Зараженный океан: армия водяных вирусов угрожает планете
Большинство микроорганизмов, содержащихся в морской воде, даже трудно назвать живыми. При этом в одной капле Мирового океана их миллионы и они способны повлиять на климат всей планеты. РИА Новости разбирается, чем опасны морские вирусы и стоит ли с ними бороться.
Микроорганизмы размером с 60 галактик
В 1989 году ученые из Бергенского университета решили посмотреть через трансмиссионный электронный микроскоп на материал, осажденный из морской воды. Результат был ошеломительный: выяснилось, что в одном миллилитре пробы обитает около 250 миллионов вирусов - в сто раз больше, чем считалось прежде, когда вирусные частицы изучали на искусственно культивируемых бактериальных газонах.
"Дальнейшие работы дали еще более потрясающие результаты. Вирусы оказались самыми многочисленными организмами, обитающими в Мировом океане, - их счет идет на квинтиллионы (10 30 ). Если поставить все морские вирусные частицы в цепочку, она растянется на 60 галактик", - рассказывает доктор биологических наук Елена Лихошвай, профессор, заведующая отделом ультраструктуры клетки Лимнологического института Сибирского отделения Российской академии наук.
Современные методы расшифровки ДНК еще сильнее изменили представления о числе и разнообразии вирусов, живущих на планете. В 2016 году ученые из Объединенного института генома в Калифорнии и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли проанализировали огромный объем данных, полученных после метагеномного секвенирования образцов из трех тысяч географических точек, - это были морские, пресноводные и наземные экосистемы. Исследователи обнаружили свыше 125 тысяч участков вирусных ДНК, что увеличило число известных вирусных генов в 16 раз.
Неприхотливые и очень живучие
Микроорганизмов в Мировом океане гораздо больше, чем рыб и морских млекопитающих. По некоторым данным, на них приходится до 98 процентов всей океанической биомассы. И самые многочисленные - вирусы. Каждую секунду они заражают триллиарды (10 23 ) морских обитателей и таким образом ежедневно истребляют до 20 процентов океанической биомассы.
При этом вирусы отличаются крайней живучестью и неприхотливостью. Они могут существовать в широком диапазоне температур и в самых неблагоприятных условиях. Например, вирус морской диатомеи (Chaetoceros debilis CdebDNAV) продолжает заражать и при минус 196 градусах Цельсия. Цианофаги сохраняются в осадках до ста лет, а гигантский вирус амеб Pithovirus sibericum возрастом 30 тысяч лет, не так давно обнаруженный в вечной мерзлоте, все еще был способен инфицировать микроорганизмы.
Кроме того, долгое время считалось, что каждый вирус охотится только на узкую группу внутри микробного сообщества - бактерии того или иного вида. Однако американские ученые показали, что морские вирусы не столь привередливы в еде и могут инфицировать микроорганизмы разных родов.
Никто не избежит заражения
Эти цифры и факты вовсе не значат, что отпуск на море граничит с самоубийством. Только одна шестидесятая часть всех вирусных частиц, обитающих в воде, опасна для человека. От некоторых страдают рыбы и морские млекопитающие, но основная их добыча - микробы, играющие важную роль в формировании земного климата.
"Известно, что после атаки вируса в геноме бактерии остаются последовательности CRISPR - небольшие повторяющиеся отрезки генома, разделенные нетранскрибируемыми участками ДНК, заимствованными из чужеродных генетических элементов. Они обеспечивают "иммунитет" к повторной инфекции, и по их наличию в геноме бактерии можно заключить, что она уже была заражена определенным фагом. CRISPR обнаружены у 40 процентов бактерий и 90 процентов архей", - говорит Елена Лихошвай.
По некоторым данным, цианобактерии, благодаря которым на Земле когда-то появился кислород, и другие микроскопические морские фотосинтетики сегодня потребляют примерно половину всего выделяемого в атмосферу углекислого газа. Поэтому вирусы-бактериофаги, атакующие и истребляющие их, могут играть значительную роль в процессах глобального потепления. Впрочем, пока в научном мире нет единого мнения о том, с каким знаком это влияние - плюсом или минусом.
Санитары моря
Как выяснили исследователи из Уорикского университета, вирусное заражение действительно сказывается на фотосинтетических способностях цианобактерий - фиксация углекислого газа (то есть его превращение в углеродные соединения) в бактериальной культуре замедляется после атаки бактериофагов почти в пять раз. По приблизительным оценкам, в результате инфицирования микроорганизмов в атмосфере ежегодно остаются непоглощенными до пяти миллиардов тонн углерода - это десять процентов всего углерода, фиксируемого Мировым океаном.
Впрочем, некоторые ученые указывают, что после уничтожения бактерий вирусами останки микроорганизмов погружаются на глубину, где процессы, приводящие к выделению углекислого газа, сильно замедленны. Там они выделяют железо, фосфор и некоторые другие элементы, необходимые для питания фитопланктона. Фитопланктон разрастается и поглощает еще больше углекислого газа.
"Согласно новой схеме глобального круговорота органического вещества и биогенных элементов водных экосистем, вириопланктон (совокупность всех вирусов, обитающих в Мировом океане) влияет на многие биогеохимические и экологические процессы, включая цикл питания, дыхания и распределение веществ в различных звеньях экосистемы. В оценках круговорота углерода и азота необходимо учитывать роль вирусов, так как они - важная часть пищевых сетей, регулирующая глобальные биогеохимические циклы", - резюмирует Елена Лихошвай.
