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想不到它们的猎物 居然改写了海洋食物链

来源:科技日报

作者:

2020-10-20 08:45:10

想不到它们的猎物 居然改写了海洋食物链

本报记者 付丽丽

我们都知道,海洋中存在“藻类—原生生物—鱼类”的经典食物链,一直以来,病毒似乎处于经典食物链之外,最近科学家终于发现了原生生物以病毒为食,从而让病毒进入了经典食物链。

据媒体报道,在美国缅因州的海湾和地中海里,研究人员共采集了1698个原生生物样本,并对这些样本进行了DNA序列分析。他们采用了单细胞基因组分析,其测序结果可以说明微生物和病毒是否存在。结果表明,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,且在皮胆虫和聚胞动物两类原生生物的样本中,每一个个体都含有病毒DNA。这使得科学家终于有证据证明噬食病毒的原生生物的确存在。其研究结果发表在《微生物学前沿》上。

这在业内被誉为是“改写海洋食物链”的发现。那么,什么样的生物以病毒为食,科学家是如何发现的,病毒为什么对它们没有伤害呢?

生物学家一直在寻找噬食病毒的生物

一直以来,病毒似乎只感染并裂解杀死生物,而不会被生物当成食物,这看上去不合常理。因此生物学家一直在寻找噬食病毒的生物。

中国海洋大学生命学院副教授梁彦韬在接受科技日报记者采访时介绍,1993年,加拿大科学家柯蒂斯·萨特尔院士课题组发现,病毒和相似尺寸的荧光颗粒物能够被原生生物捕食的现象,他们将病毒和小球用荧光标记,然后加入原生生物,检测海水中病毒和荧光小球被清除的速度,以反映病毒被原生生物捕食的效率,结果发现大颗粒病毒更容易被原生生物捕食和消化。并且病毒可能贡献了原生生物食物中0.2%—9%的碳、0.3%—14%的氮、0.6%—28%的磷。后续一些研究也发现,某些原生生物可以捕食病毒,并且可以在捕食细菌的同时将细菌体内和表面的病毒同步摄食到体内。但目前这方面的研究还非常有限。

“目前发现,病毒主要是被进食‘器官’比较小的原生生物捕食。一般来说,病毒大小在100纳米左右,能吃病毒的原生生物进食‘器官’的大小是病毒大小的10倍左右。”梁彦韬说,此前其他科学家的研究发现,皮胆虫进食“器官”非常小,大小不足以吃下细菌,吃下病毒倒是绰绰有余。因此推测这类原生生物可能直接吞噬捕食病毒。

此次报道中,研究人员在多类不同原生生物的单细胞基因组中都检测到了病毒DNA序列,尤其在聚胞动物和皮胆虫两类原生生物体中,病毒序列的数量比较高。此外,一个有趣的现象是,这两类原生生物体内含有大量病毒DNA序列,细菌DNA序列却较少。这就排除了“搭便车”的可能性——有些原生生物可能以细菌为食,病毒噬菌体会寄生在细菌中,从而随着细菌被原生生物吃掉。

它们吃病毒为什么没被病毒反杀

“此前科学家们认为,原生生物可能通过吞噬的方式将细菌等微生物颗粒摄入体内,并在吞噬细菌、微藻的同时将它们细胞表面和细胞里的病毒摄入体内。”梁彦韬说,而此次研究结果推测,皮胆虫和聚胞动物两类原生生物可能直接吞噬捕食病毒,这是独立于病毒随微生物被原生生物捕食以外的另一个原生生物捕食病毒的途径。

说到此,可能有读者会问,人类感染病毒都会生病,这些原生生物还把病毒吃下去,难道不会对它们产生危害吗?想知道这个问题的答案,就需要了解一下病毒的生活习性了。

梁彦韬说,病毒是一类严格依赖宿主细胞专性寄生的生命形式,每类病毒都具有非常严格的宿主范围,仅有非常少的病毒能够跨不同种属感染不同的生物。

海洋里,每毫升海水中有上千万个病毒,并且这些病毒的种类可能高达几十万种。但目前的研究表明,这些病毒绝大多数只感染细菌和微藻,而海洋中感染原生生物的病毒数量可能远远低于感染细菌和微藻的病毒。“因此,尽管这几类原生生物可能摄食了非常多的病毒颗粒,但这些病毒大多数不是感染这类原生生物的病毒,所以不会对这些吃病毒的原生生物造成危害。”梁彦韬说。

不仅仅是食物链被补全这么简单

这是一个激动人心的发现。

“病毒含有丰富的磷和氮,或许能给皮胆虫和聚胞动物的伙食增添一些重要的营养元素。”美国毕格罗海洋科学实验室的生物信息学家朱莉娅·布朗指出,既然病毒不只消灭其它生物,还会反被其它生物消灭,那么在食物链中缺少的那一个节点,如今也能补上了。

不过这次发现的意义真的仅仅是补全食物链吗?梁彦韬认为,发现病毒被捕食的现象和能够捕食病毒的原生生物,使人们对病毒重新进入比较高营养级的原生生物乃至经典的“藻类—原生生物—鱼类食物链”有了新的认识,这项最新研究将病毒被原生动物捕食这一新的途径命名为viral link,这个途径与之前对病毒生态作用的普遍认识(Viral shunt)有所不同。

梁彦韬表示,此前病毒在海洋生物地球化学循环中的作用主要是通过裂解细菌和微藻,释放溶解有机物和无机物到海水中,而这些溶解有机物和无机物又可以被细菌和藻类重新利用,形成一个微食物环,从而减少有机营养向经典食物链的传输。而这个关于Viral link的新认识,不但可以增进人们对海洋中的微生物复杂相互作用和微食物环的认识,还可以使人们对海洋中碳、氮、磷、硫等元素的循环有新的认识。而海洋中的微生物显著影响着海洋的碳、氮、磷、硫等元素和能量循环,这不但对于维持生态系统的健康非常重要,还可以通过海洋碳汇的作用对全球气候变化产生影响。

正如研究团队表示,这项新结果并不是终点。知道有原生生物能以病毒为食,可以给人们提供“一个新的思考方向”。然而,这只是新研究方向的一个起点,要阐明病毒在海洋生态中的角色,仍需科学家大量的研究。

但能够确定的是,就连“感染一切”的病毒,也会沦为小小单细胞生物的晚餐,在大自然的动态平衡中,没有谁可以成为漏网之鱼。

[责任编辑:杨凡、武云泉]

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