В то время как человек изменяет климат и экосистемы планеты, ученые обращаются к истории Земли, чтобы предсказать, что может произойти в результате изменения климата.
Массивные ледяные образования, такие как ледники, служат природными морозильными камерами, в которых хранятся подробные записи о климате и экосистемах прошлого, включая вирусы. Группа микробиологов и палеоклиматологов из Университета Огайо изучает древние микроорганизмы, в том числе вирусы, сохранившиеся в ледниковом льду и взаимодействие между вирусами и окружающей средой в ледниковых кернах из ледника Гулия на Тибетском плато.
Связав геномы древних вирусных сообществ с конкретными климатическими условиями, сохранившимися в ледниковом льду, недавно опубликованное исследование позволяет понять, как эти вирусы приспосабливались к меняющемуся климату Земли на протяжении последних 41 000 лет. Исследовались метагеномы - массивы геномов, отражающие общее генетическое содержание всех микроорганизмов, присутствующих в образцах окружающей среды, - для реконструкции вирусных геномов из девяти различных временных интервалов в ледяных кернах Гулии. Эти временные горизонты охватывают три основных цикла перехода от холода к теплу, что дает уникальную возможность проследить, как менялись вирусные сообщества в ответ на различные климатические условия.
В результате проведенного анализа ученые восстановили геномы 1705 видов вирусов, что более чем в пятьдесят раз увеличило число известных древних вирусов, сохранившихся в ледниках. Лишь четвертая часть найденных видов вирусов имела сходство на уровне видов с вирусами, идентифицированными в около 1000 метагеномах, ранее представленных в глобальных базах данных. Большинство из этих пересекающихся видов также происходили с Тибетского нагорья. Это позволяет предположить, что по крайней мере некоторые вирусы, сохранившиеся в леднике Гулия, возникли в этом регионе, но это также говорит об относительном отсутствии ледниковых вирусов в имеющихся базах данных.
Используя эти новые эталонные геномы, авторы попытались «прочитать» их историю. Одним из ключевых результатов стало то, что вирусные сообщества значительно различались между холодными и теплыми климатическими периодами. Наиболее отчетливое сообщество вирусных видов на леднике появилось около 11 500 лет назад, что совпадает с основным переходом от последней ледниковой стадии к голоцену. Это позволяет предположить, что уникальные климатические условия в холодный и теплый периоды оказывали сильное влияние на состав вирусных сообществ. Исследователи предполагают, что эти влияния, скорее всего, были обусловлены тем, что вирусы из других мест заносились сюда меняющимися ветрами и подвергались давлению отбора в результате изменения температуры на леднике.
Углубившись в изучение вопроса, ученые выяснили, как вирусы взаимодействуют со своими хозяевами. Для этого они использовали компьютерные модели, чтобы сравнить геномы вирусов с геномами других микроорганизмов, также встречающихся в этой среде. Было обнаружено, что вирусы постоянно заражают Flavobacterium - род бактерий, обычно встречающихся в ледниковых экосистемах.
Авторы исследования также обнаружили, что вирусы на леднике Гулия вынуждены «красть» гены у своих хозяев, чтобы манипулировать их метаболизмом. В вирусных геномах было закодировано 50 вспомогательных метаболических генов, связанных с обменом веществ, включая синтез и распад витаминов, аминокислот и углеводов. Некоторые из этих генов в изобилии присутствовали во всех девяти изученных временных интервалах, что позволяет предположить, что они помогают микробам-хозяевам справляться с суровыми условиями на поверхности ледников и тем самым улучшают жизнеспособность вирусов. Таким образом, вирусы не только заражают и убивают клетки, но и, вероятно, изменяют приспособленность своих хозяев во время инфицирования, в свою очередь влияя на их способность выживать в экстремальных условиях ледниковой среды.
Полученные данные позволяют по-новому взглянуть на то, как вирусная жизнь реагировала на климатические изменения на протяжении десятков тысяч лет. Понимание этих древних взаимодействий предоставляет уникальную возможность для будущих исследований как в области вирусологии, так и климатологии. Изучая, как древние вирусы реагировали на изменения климата в прошлом, исследователи могут получить ценные сведения о том, как вирусы адаптируются к текущим глобальным изменениям климата. Ледниковый лед, содержащий в каждом слое информацию о микроорганизмах и их экосистемах с течением времени, остается важнейшим ресурсом для разгадки истории климата Земли и жизни, которую он поддерживал, особенно в условиях быстрого сокращения запасов ледникового льда.
