Десятилетнее исследование выявило повторяющиеся закономерности распространения вирусов в открытом океане
Вирусы заполняют океан и оказывают значительное влияние на океаническую биологию, в частности на морскую микробиологию.
Новые результаты, полученные в результате десятилетних исследований, выявляют поразительные повторяющиеся закономерности динамики вириопланктона в открытом море, что имеет значение для нашего понимания круговорота питательных веществ в мировом океане.
Морские вирусы охватывают огромное генетическое разнообразие, влияют на биогеохимический цикл элементов и частично контролируют аспекты продукции и разнообразия микробов. Несмотря на их важность, существовал удивительный недостаток данных, описывающих распределение вириопланктона во времени и по глубине в открытых океанических системах.
«Микробные взаимодействия между океаническими вирусами и бактериями происходят в нанометровом масштабе, но чрезвычайно важны для управления потоком энергии и круговоротом таких питательных веществ, как углерод, азот и фосфор, в масштабе экосистемы мирового океана», — сказал Крейг А. Карлсон, ведущий автор исследования.
Учёные в течение десятилетия изучали микробы в толще воды Саргассова моря у Бермудских островов.
«Морские микробы — доминирующие формы жизни в наших океанах. Они составляют 95% живой биомассы в океанах — больше, чем весь криль, рыбы и киты вместе взятые. Они растут со скоростью, во много раз превышающей скорость роста более крупных животных. В результате их огромного количества и скорости роста они ответственны за преобразование и формирование распределения основных элементов жизни и помогают контролировать климат на нашей планете», — отметила первый автор Рэйчел Дж. Парсонс.
По оценкам учёных, в каждой капле поверхностной морской воды содержится примерно 10 миллионов вирусов. Однако почти все морские вирусы являются «фагами» — вирусами, которые специфически атакуют морские бактерии. Морские фаги не могут осуществлять клеточный метаболизм и поэтому должны полагаться на метаболический аппарат своих хозяев-бактериопланктонов для репликации. Эта «война» часто убивает хозяев, заставляя их высвобождать внутреннее питательное содержимое в окружающую воду.
В исследовании описаны удивительно регулярные годовые модели численности вириопланктона, связанные с физикой и химией океана. Эти модели, в свою очередь, контролируют динамику хозяев-бактериопланктонов. Данные позволяют предположить, что значительная часть вирусов в верхней фотической (световой) зоне субтропических океанических круговоротов может быть цианофагами — вирусами, инфицирующими фотосинтезирующий бактериопланктон.
Доминирование цианофагов в системах открытого океана имеет важные биогеохимические последствия. Опосредованное вирусами разрушение цианобактерий может приносить пользу фитопланктону за счёт высвобождения макро- и микроэлементов. Вирусный лизис клеток-хозяев преобразует частичный материал во взвешенные или растворённые вещества, такие как аминокислоты и нуклеиновые кислоты, что фактически приводит к удержанию азота, фосфора и железа в поверхностных водах. Эти растворённые вещества питают микробную активность в иначе бедной питательными веществами системе открытого океана.
В этом десятилетнем исследовании учёные с беспрецедентной детализацией изучили временные и вертикальные закономерности численности вириопланктона в открытом океане. Пробы отбирались ежемесячно, начиная с 2000 года, в верхних 300 метрах водной толщи на открытой океанической станции Bermuda Atlantic Time-series Study (BATS).
«Это высокоразрешающее десятилетнее исследование даёт представление о возможных механизмах контроля динамики вириопланктона и той роли, которую они играют в регулировании биологии и круговорота питательных веществ в открытом океане. Эти данные теперь будут использоваться специалистами по моделированию экосистем и биогеохимических циклов, чтобы лучше понять, как микробные процессы влияют на более масштабный биогеохимический цикл в океане», — заключил Карлсон.