Морские вирусы: крошечные убийцы микробов, которые управляют жизнью в океане

Море полно микроорганизмов. Меньше миллиметра и часто состоящие из одной клетки, они бывают всех форм и размеров: от бактерий и микроводорослей до простейших. Но есть и вирусы — неполноценные сущности, которым для размножения и выживания нужен хозяин.

Отдельные вирусные частицы имеют невероятно простую структуру. Они состоят из генетического материала (ДНК или РНК) и окружены белковой оболочкой. Каждая частица имеет размер от 20 до 200 нанометров.

Несмотря на кажущуюся незначительность, вирусы — самые многочисленные сущности в океане. Всего один миллилитр прибрежной воды с поверхности может содержать до 10 миллионов вирусов. Их количество уменьшается вдали от берега и с глубиной: в открытом море на глубине 4000 метров, вероятно, содержится около 100 000 вирусов на миллилитр.

Больше вирусов, чем звёзд

По оценкам, в океанах содержится один нониллион вирусов — это число с 30 нулями (10³⁰), что намного больше, чем звёзд в нашей галактике Млечный Путь.

Хотя это число со временем остаётся более или менее постоянным, бесчисленное множество вирусов поедается микроорганизмами или деактивируется излучением, а бесчисленное множество новых высвобождается из заражённых хозяев. В морской воде существует динамический баланс между исчезновением вирусов и появлением новых.

Большинство морских вирусов имеют двуцепочечную ДНК и принадлежат к одному из трёх семейств:

• Myoviridae — с длинным хвостом, способным сокращаться.
• Syphoviridae — с изогнутым не сокращающимся хвостом.
• Podoviridae — с очень коротким не сокращающимся хвостом.

Вирусы и их жертвы

Морские вирусы обычно считаются убийцами микробов. После встречи с клеткой-хозяином вирус идентифицирует её по поверхностным рецепторам, внедряет свой генетический материал, захватывает внутренние механизмы клетки и начинает репликацию. После лизиса (разрыва клеточной мембраны) может высвободиться от 20 до 300 новых вирусов на клетку, каждый из которых готов заразить нового хозяина.

Морские вирусы могут заражать любой организм — от бактерий до китов. Но из-за обилия океанических бактерий (1 миллион на миллилитр морской воды, что делает их доминирующим микроорганизмом) именно бактерии являются их наиболее вероятными хозяевами.

По оценкам, в море каждую секунду происходит 10²³ вирусных инфекций. Это приводит не только к высвобождению новых вирусов, но и 10⁹ тонн углерода из разрушенных клеток. В масштабах всего океана вирусы в результате этого процесса высвобождают около 140 гигатонн углерода в год.

Иногда вирус не разрушает заражённого хозяина, а встраивает часть своего генома в ДНК хозяина. Такие вирусы известны как профаги или лизогенные вирусы. Они могут контролировать экспрессию генов хозяина и даже его метаболизм. Но если лизогенный вирус обнаруживает неблагоприятные изменения в окружающей среде или если хозяин повреждён, профаг становится вирулентным и уничтожает клетку-хозяина.

Каждое новое заражение потенциально может ввести новые гены в хозяина, а каждое новое поколение высвобождаемых вирусов может содержать гены, «украденные» у хозяина. Таким образом, вирусы являются величайшим резервуаром разнообразия в океане.

Роль вирусов в океане

Морские вирусы являются частью микробной пищевой сети и помогают контролировать численность и разнообразие бактерий и водорослей.

По оценкам, вирусы убивают около 20% всех океанических микробов каждый день. Помимо производства новых вирусов, разрыв клеток бактерий и водорослей-хозяев высвобождает содержащийся в них материал, который остаётся в толще воды в виде растворённых органических и неорганических питательных веществ.

Это растворённое вещество будет снова использовано другими микроорганизмами для роста. Их, в свою очередь, съедят более крупные существа, такие как зоопланктон и рыбы, которых затем съедят акулы, киты и люди. Таким образом, микроскопические вирусы перерабатывают материалы, необходимые для процветания жизни. А поскольку океан покрывает более 70% поверхности Земли, они сильно влияют на жизнь на большей части планеты.