Czy wiedziałeś, że część niewidzialnych "potworów" w morzach to tak naprawdę bohaterowie krytyczni dla życia, jakie znamy? Okazuje się, że to, co często kojarzymy z chorobami, w głębinach oceanów odgrywa fundamentalną, rzadko docenianą rolę. Nowe badania rzucają światło na to, jak wirusy wpływają na cały morski łańcuch pokarmowy i produkcję tlenu, pokazując nam fascynujący świat, który działa na naszych oczach, a my tego nie widzimy.
Mikroskopijni bohaterowie napędzający ekosystem
Słowo "wirus" zwykle przywołuje obrazy chorób i obaw przed epidemią. Jednak w oceanach nie wszystkie wirusy są złe. W rzeczywistości niektóre z nich odgrywają kluczową, a nawet pomocną rolę w podtrzymywaniu życia morskiego. Międzynarodowy zespół naukowców, w którym miałem okazję uczestniczyć, badał zachowanie wirusów w dużej, bogatej w tlen warstwie wody tuż pod powierzchnią Oceanu Atlantyckiego. To, co odkryliśmy, a zwłaszcza ich rola w łańcuchu pokarmowym, pokazuje morskie wirusy w zupełnie nowym świetle.
Skala, której nie widzimy
Wirusy są niewiarygodnie małe – zwykle nie przekraczają kilkudziesięciu nanometrów średnicy. Są prawie sto razy mniejsze od bakterii i ponad tysiąc razy mniejsze od grubości ludzkiego włosa. Są tak małe, że nie można ich zobaczyć za pomocą zwykłych mikroskopów. Przez lata naukowcy sądzili, że morskie wirusy są albo nieobecne, albo nieistotne ekologicznie, mimo że ich znaczenie dla ludzi, roślin i zwierząt jest oczywiste. Jednak dzięki postępowi w dziedzinie mikroskopów elektronowych pod koniec lat 80. XX wieku wszystko się zmieniło. Naukowcy mogli badać wodę morską pod ogromnym powiększeniem i zobaczyli miliony maleńkich, okrągłych obiektów zawierających DNA. Były to wirusy i występowały w stężeniu dziesiątków milionów na mililitr wody – czyli dziesiątki tysięcy razy więcej, niż szacowano wcześniej.
Teoria wirusowego spłukiwania: jak wirusy "karmią" morze
Większość morskich wirusów infekuje komórki mikroorganizmów – bakterii i glonów, które stanowią podstawę morskiego łańcucha pokarmowego i odpowiadają za około połowę tlenu wytwarzanego na Ziemi. Pod koniec lat 90. naukowcy zdali sobie sprawę, że aktywność wirusów prawdopodobnie kształtuje cykle obiegu węgla i składników odżywczych w systemach oceanicznych. Postawiliśmy hipotezę, znaną jako model wirusowego spłukiwania (viral shunt), że morskie wirusy rozrywają komórki mikroorganizmów, uwalniając ich węgiel i składniki odżywcze do wody.
Ten proces może zwiększyć ilość składników odżywczych docierających do fitoplanktonu morskiego. Fitoplankton stanowi pożywienie dla kryla i ryb, które z kolei karmią większe organizmy morskie w całym oceanie. Oznaczałoby to, że wirusy są niezbędne dla łańcucha pokarmowego, który napędza ogromny globalny przemysł rybołówstwa i akwakultury, produkujący blisko 200 milionów ton metrycznych owoców morza rocznie.
Obserwacja wirusów w działaniu
W nowych badaniach opublikowanych w czasopiśmie Nature Communications, które prowadziły biolog Naomi Gilbert i Daniel Muratore, nasz międzynarodowy zespół zademonstrował działanie wirusowego spłukiwania. Z pobranych próbek pobrano wodę z kilkumetrowej warstwy tlenu rozciągającej się na setki mil po wodach subtropikalnego Oceanu Atlantyckiego. W tym regionie, będącym częścią Morza Sargassowego, jednokomórkowe sinice znane jako Prochlorococcus dominują w procesie fotosyntezy morskiej, występując w ilości od 50 000 do ponad 100 000 komórek w każdym mililitrze wody morskiej.
Poprzez sekwencjonowanie RNA społeczności – cząsteczek przenoszących instrukcje genetyczne w komórkach – nasz zespół był w stanie przyjrzeć się wspólnym działaniom prawie wszystkich wirusów i ich gospodarzy. Zauważyliśmy, że tempo infekcji wirusowych w tej bogatej w tlen warstwie oceanu jest około czterokrotnie wyższe niż w innych częściach otaczającego oceanu, gdzie sinice nie rozmnażają się tak szybko. Zaobserwowaliśmy, że wirusy powodują masowe infekcje Prochlorococcus.
Ekosystemowa skala wpływu
Wirusy atakowały komórki i uwalniały materię organiczną, którą bakterie pobierały i wykorzystywały do napędzania nowego wzrostu. Bakterie przetwarzały węgiel i uwalniały azot w postaci amoniaku. A ten azot wydaje się stymulować fotosyntezę i wzrost kolejnych komórek Prochlorococcus, co prowadzi do większej produkcji generującej pasmo tlenu. Infekcja wirusowa miała wpływ w skali ekosystemu.
Choć wirusy mogą powodować ostre, chroniczne i katastrofalne skutki dla zdrowia ludzi i zwierząt, to nowe badania, możliwe dzięki ekspedycji na otwartym oceanie wspieranej przez National Science Foundation, dołączają do rosnącej liczby badań pokazujących, że wirusy są kluczowymi graczami w funkcjonowaniu ekosystemów, w tym odgrywają rolę w magazynowaniu węgla w głębokich oceanach. Żyjemy na zmieniającej się planecie. Monitorowanie i reagowanie na zmiany w środowisku wymaga zrozumienia mikroorganizmów i mechanizmów napędzających globalne procesy.
Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak takie maleńkie organizmy mogą mieć tak ogromny wpływ na planetę? Podziel się swoimi przemyśleniami w komentarzach!
