以病毒为食:这个首次发现的形象 终于填补了食物链的空缺

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  科学家在大洋外貌找到了噬食病毒的浮游生物。这项“改写生物书”的发现,也许能为海洋生态钻研带来崭新的思考手段。

  撰文 | 罗丁豪

  编辑 | 吴非

  病毒体型微弱,但它们在生态编制中无处不在。据钻研估算,世界上病毒的数现在大约是1031,比宇宙中的恒星总数还要众1亿倍,总重量则与250亿人的体重相等。几乎所有的物栽,都会被病毒感染。但风趣的是,很长一段时间内,科学家从未找到一栽以病毒为食的生物——不息以来,病毒益似处于食物链之外,只顾感染并蚕食生物,而不会被生物当成食物。这望上去分歧常理。所以,生物学家不息在追求噬食病毒的生物。就在近来,他们终于在两类原生生物的体内,找到了它们食用病毒的证据。

  追求“噬病毒体”

  实际上,这并不是科学家第一次发现“噬病毒体”。早在2008年,法国科学家就发现了一栽能感染、息灭病毒的病毒,并将其命名为“斯普特尼克”(Sputnik,俄文意为“卫星”)。但想要找到食用病毒的生物,却没那么浅易。此前,科学家就发现一些原生生物体内有病毒的DNA,所以疑心它们有能够吃下了病毒;更何况,一些实验外明,原生生物也实在能够以病毒为食。但美国毕格罗海洋科学实验室(Bigelow Laboratory for Ocean Sciences)的拉穆纳斯·斯特潘纳乌斯卡斯(Ramunas Stepanauskas)钻研员认为,这些实验室教育的原生生物并不及代外自然界中的情况。为了晓畅在自然情况下原生生物是否真的以病毒为食,斯特潘纳乌斯卡斯的团队决定前去海岸,搜集浮游原生生物的新闻。

  在缅因州的海湾中搜集海面样本。(图片来源:斯特潘纳乌斯卡斯等人)

  在美国缅因州的海湾和地中海里,钻研人员统统采集了1698个原生生物样本,并对这些样本进走了DNA序列分析。他们采用了单细胞基因组分析(single-cell genomics),其测序效果能够表明微生物和病毒是否存在。

  这些原生生物来自十众个分歧的门。其中,在51%的来自缅因海湾的原生生物样本,以及35%的来自地中海的样本中,都检测到了病毒DNA。值得仔细的是,在皮胆虫(picozoan)和聚胞动物(choanozoan)两类原生生物的样本中,每一个个体都含有病毒DNA。固然有些原生生物能够以细菌为食,而噬菌体会寄生在细菌中,从而“搭便车”成为原生生物的晚宴,但是皮胆虫和聚胞动物样本中只有大量病毒DNA,却很少展现细菌DNA,这足以倾轧“搭便车”的能够性。并且,2013年的一项钻研还指出,皮胆虫的进食“器官”大幼并不及以吞噬细菌,吃下病毒倒是绰绰众余。钻研团队称,加上之前的实验室钻研,吾们终于有证据表明,噬食病毒的原生生物实在存在。团队的分析效果于9月24日发外在《微生物学前沿》(Frontiers in Microbiology)期刊上。

  左:聚胞动物;右:皮胆虫。(图片来源:Wikimedia Commons)

  无论是对于皮胆虫照样聚胞动物钻研来说,这都是激动人心的发现。一方面,聚胞动物长3~10微米,三级片网址是动物和真菌的至亲,与海绵的鞭毛细胞(choanocyte)有着惊人的相通之处。另一方面,皮胆虫长度不到3微米,暂时发现以来,科学家都未弄清皮胆虫的膳食是什么,毕竟如前所述,它们的“嘴”可吃不下细菌。

  “病毒含有雄厚的磷和氮,也许能给皮胆虫和聚胞动物的伙食增增一些主要的营养元素。”毕格罗海洋科学实验室的生物新闻学家朱莉娅·布朗(Julia Brown)指出。既然病毒不光息灭其他生物,还会逆被其他生物息灭,在食物链中欠缺的那一个节点,现在也能补上了。

  填补生态圈空缺

  对于像斯特潘纳乌斯卡斯如许的海洋微生物学家来说,这项钻研挑出了一个很主要的题目:既然原生生物能直接调控病毒的数目,这对海洋生态圈来说,这意味着什么?此前,最常用于注释海洋中病毒的角色的模型是“病毒分流模型”(viral shunt model),即病毒能够侵犯并裂解海洋中的微生物,将它们以可溶性有机物(dissolved organic matter)的形势送回食物链底端。

  考虑到新钻研的效果,论文的作者团队认为,要想注释海洋中生物和病毒的动态均衡,不光有“病毒分流模型”这一个手段。以去的模拟钻研表现,这类浅易的病毒-宿主-捕食者(virus-host-consumer)模型末了都会导致病毒和微生物之间强烈的资源竞争,从而导致其中一方的胜利和另一方的湮灭。而这次发现的原生生物能直接噬食病毒的证据,实际上安详了这三者之间的交互,维持了均衡。

  斯特潘纳乌斯卡斯钻研团队的最新发现则声援了“病毒穿梭模型”(viral shuttle model)。这个模型挑出,原生生物食用病毒,能直接将病毒含有的有机原料从食物链底层向上输送;而病毒自己裂解其宿主,则将这些生物的有机原料送去食物链底层。如许一来,病毒就担任了食物链中的“穿梭车”,协助维持海洋环境中的养料均衡。团队指出,以前已经有钻研声援了这个新增“病毒连接”的存在。例如,2016年发外于《自然》的一项钻研发现,病毒DNA与向食物链上方输送的有机物呈正有关,也就是说,病毒实在能够在食物链中担任“输送养料”的“穿梭车”。

  “病毒穿梭模型”的简化图;在这个模型中,病毒既将其宿主裂解成消融有机物,送至食物链底端,又被幼型浮游生物(例如皮胆虫和聚胞动物)食用,将自己包含的有机物送至食物链上端。(制图:罗丁豪)

  钻研团队外示,这项新效果并不是尽头。清新有原生生物能以病毒为食,能够给吾们挑供“一个新的思考倾向”。然而,这只是新钻研倾向的一个首点;要阐明病毒在海洋生态中的角色,吾们仍需大量的钻研。但现在吾们总算清新,就连“感染一致”的病毒,也会沦为幼幼单细胞生物的晚餐,在大自然的动态均衡中,异国谁能够成为漏网之鱼。

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posted @ 2020-10-07 23:54 作者:admin  阅读:

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