Атака с двух фронтов может заставить океанские бактерии поглощать больше углерода
Новое исследование показало, что виды океанских бактерий, поглощающие CO2 из воздуха, требуют больше энергии (в форме углерода) и других ресурсов, когда одновременно инфицированы вирусами и подвергаются атаке хищников-простейших.
Вирусы в изобилии присутствуют в океане, и исследования показывают, что они выполняют полезные функции, включая помощь в транспортировке поглощенного из атмосферы углерода на постоянное хранение на дно океана. Когда вирусы заражают другие микроорганизмы, это взаимодействие приводит к созданию новых организмов — «вироклеток».
В этом исследовании ученые работали с циановироклетками — цианобактериями, поглощающими углерод и выделяющими кислород в процессе фотосинтеза, которые были заражены вирусами. Анализ изменений в активности генов и метаболизме инфицированных бактерий в лабораторных условиях, имитирующих природные, указывает на интригующую возможность: двойная угроза вирусной инфекции и присутствия хищников может заставить циановироклетки поглощать больше углерода.
«Больше энергии для этих организмов, вероятно, означает больше фиксации CO2, поэтому я бы предположила, что погружение углерода и его секвестрация из атмосферы усиливаются из-за взаимодействия между хищниками, фотосинтезирующими бактериями и вирусами», — сказала Кристина Ховард-Варона, первый автор исследования.
Это первая работа, в которой ученые наблюдали за этими бактериями, одновременно инфицированными вирусами и находящимися в присутствии поедающих их простейших (протистов).
«Океан покрывает 70% нашей планеты и смягчает последствия изменения климата — и под поверхностью происходят все эти сложные взаимодействия, о которых мы так мало знаем», — отметил Мэтью Салливан, соавтор исследования.
Исследователи создали океаноподобные условия, объединив цианобактерии Synechococcus, вирусы и протиста Oxyrrhis marina в морской воде, получив циановироклетки, которые затем атаковал хищник. Их генные и метаболические изменения сравнили с тремя контрольными группами: незараженными бактериями, циановироклетками без хищника и незараженными бактериями в присутствии протистов.
С помощью вычислительных методов ученые обнаружили значительные различия в экспрессии генов и метаболитах инфицированных бактерий при введении хищников в среду. Некоторые из этих изменений были связаны с вирусом внутри клетки, что позволяет предположить, что циановироклетка может «чувствовать» присутствие протиста.
«Сущность, возникающая в результате вирусной инфекции — циановироклетка — имеет совершенно другой метаболизм и продолжительность жизни, и её заботят другие функции», — пояснила Ховард-Варона. — «В присутствии более крупного протиста этим вироклеткам для выживания требуется больше ресурсов и энергии. Чтобы увидеть этот рост потребности в энергии, необходимо наблюдать всех трех игроков одновременно».
Циановироклетки также выделяли в воду питательные вещества, связанные с метаболизмом, которые потреблялись протистами — такие наблюдения были сделаны впервые.
Микробы в океане выполняют работу по поглощению половины антропогенного CO2 из атмосферы и производству половины кислорода, которым мы дышим. Однако в этом процессе еще много неизученных экосистемных факторов.
«Эта работа представляет собой базовые данные, важные для формирования нашего понимания того, как работает круговорот углерода в океанах, и какую роль в нём играют вирусы», — заключил Салливан.
Исследование опубликовано в журнале ISME Communications.