Ученые раскрыли тайную причину изменения климата

Исследование показывает, что микроорганизмы после заражения содержат новые гены, генерирующие метан.

Недавнее исследование показывает, что вирусы, поражающие микробы, способствуют изменению климата, играя ключевую роль в круговороте метана, мощного парникового газа, в окружающей среде.

Анализируя почти 1000 групп метагеномики ДНК Используя данные из 15 различных сред обитания, от разных озер до внутренней части коровьего желудка, исследователи обнаружили, что микробные вирусы несут особые генетические элементы для контроля процессов метана, называемые дополнительными метаболическими генами (AMG). В зависимости от того, где живут организмы, количество этих генов может варьироваться, что позволяет предположить, что потенциальное воздействие вирусов на окружающую среду также варьируется в зависимости от их среды обитания.

Это открытие добавляет жизненно важную информацию к лучшему пониманию того, как метан взаимодействует и перемещается в различных экосистемах, сказал Чжипин Чжун, ведущий автор исследования и научный сотрудник Центра полярных и климатических исследований Берда Университета штата Огайо.

«Важно понять, как микроорганизмы управляют процессами метана», — сказал Чжун, который также является микробиологом, чьи исследования изучают, как микробы развиваются в различных средах. «Вклад микробов в метаболизм метана изучается на протяжении десятилетий, но исследования в области вирусов остаются в значительной степени недостаточно изученными, и мы хотим узнать больше».

Исследование опубликовано в журнале Природные коммуникации.

Роль вирусов в выбросах парниковых газов

Вирусы способствовали осуществлению всех экологических, биогеохимических и эволюционных процессов на Земле, но ученые начали изучать их связь с изменением климата лишь относительно недавно. Например, метан является вторым по величине источником выбросов парниковых газов после углекислого газа, но его производят в основном одноклеточные организмы, называемые археями.

«Вирусы — самый распространенный биологический объект на Земле», — сказал Мэтью Салливан, соавтор исследования и профессор микробиологии в Центре микробиомных наук штата Огайо. «Здесь мы расширяем то, что знаем об их эффектах, добавляя гены метанового цикла в длинный список генов. вирус— Кодируемые метаболические гены. Наша команда стремилась ответить на вопрос, насколько вирусы «микробного метаболизма» фактически манипулируют во время заражения.

Хотя жизненно важная роль, которую микробы играют в ускорении глобального потепления, теперь хорошо известна, мало что известно о том, как гены, связанные с метаболизмом метана, кодируемые вирусами, которые заражают эти микробы, влияют на выработку метана, сказал Чжун. Решение этой загадки побудило Чжуна и его коллег провести почти десять лет, собирая и анализируя образцы микробной и вирусной ДНК из уникальных микробных резервуаров.

Одним из важнейших мест, которые команда выбрала для исследования, является озеро Врана, которое является частью природного заповедника в Хорватии. В богатых метаном озерных отложениях исследователи обнаружили множество микробных генов, которые влияют на производство и окисление метана. Кроме того, они исследовали разнообразные вирусные сообщества и обнаружили 13 типов AMG, которые помогают регулировать метаболизм хозяина. Однако нет никаких доказательств того, что эти вирусы сами непосредственно кодируют гены метаболизма метана, что позволяет предположить, что потенциальное влияние вирусов на цикл метана варьируется в зависимости от их среды обитания, сказал Чжун.

Воздействие на домашний скот и окружающую среду

В целом, исследование показало, что большее количество AMG метаболизма метана с большей вероятностью можно обнаружить в среде, связанной с хозяином, например, внутри коровьего желудка, тогда как меньшее количество этих генов обнаруживается в средах обитания, таких как отложения озер. Поскольку коровы и другой домашний скот также ответственны за производство около 40% глобальных выбросов метана, их работа предполагает, что сложные взаимоотношения между вирусами, организмами и окружающей средой в целом могут быть более запутанными, чем считали ученые ранее.

«Эти результаты показывают, что глобальные последствия, вызванные вирусами, недооценены и заслуживают большего внимания», — сказал Чжун.

Хотя неясно, повлияла ли деятельность человека на эволюцию этих вирусов, команда ожидает, что новые выводы из этой работы повысят осведомленность о силе инфекционных агентов, населяющих всю жизнь на Земле. Однако, по словам Чжуна, чтобы продолжить изучение внутренних механизмов этих вирусов, потребуются дополнительные эксперименты, чтобы лучше понять их вклад в метановый цикл на Земле, особенно сейчас, когда ученые работают над поиском способов смягчения выбросов метана, вызываемых микробами.

«Эта работа является стартовым шагом в понимании вирусных последствий изменения климата», — сказал он. «Нам еще предстоит многому научиться».

Ссылка: «Вирусный потенциал модулировать микробный метаболизм метана зависит от среды обитания», Чжи-Пин Чжун, Цзинцзе Ду, Стефан Кёстльбахер, Петра Пьевац, Сэнди Орлич и Мэтью Б. Салливан, 29 февраля 2024 г., Природные коммуникации.
doi: 10.1038/s41467-024-46109-x

Эту работу поддержали Национальный научный фонд, Хорватский научный фонд, Фонд Гордона и Бетти Мур, Фонд Хайсинга-Саймонса, Европейский Союз и Министерство энергетики США. В число соавторов входят Джинджи Ду из штата Огайо, а также Стефан Костельбейкер и Петра Беевац из Венского университета и Сэнди Орлич из Института Рудера Бошковича.