研究确定了1200多种跟碳通量有关的RNA病毒

海洋是令人难以置信得广阔，随着我们对生活在那里的微生物及它们与碳的相互作用有了更多的了解，我们有可能设想出能够增加海洋碳储存的工程项目。

科学家们最近对5500种海洋RNA病毒进行了深入研究，他们发现有几种病毒可能有助于推动从大气中吸收的碳在海底的永久储存。

该分析还表明，这些新发现的物种中有一小部分从它们感染的生物体中“偷”来了基因，并帮助研究人员确定它们的假定宿主和在海洋过程中的功能。

除了绘制基础生态数据图之外，这项研究还使人们更全面地了解这些微小颗粒在海洋生态系统中发挥的巨大作用。

来自俄亥俄州立大学的微生物学研究科学家、该研究的论文共同第一作者Ahmed Zayed指出：“这些发现对于模型开发和预测碳的正确方向和正确幅度非常重要。”

如果考虑到海洋的浩瀚，量级问题则是一个严肃的考虑。

这项研究的论文第一作者、俄亥俄州立大学微生物学教授Matthew Sullivan设想，当大规模设计时，识别出的病毒可以作为生物泵的可控“旋钮”以影响海洋中碳的储存方式。

“随着人类向大气中投入更多的碳，我们要依靠海洋的巨大缓冲能力来减缓气候变化，”Sullivan说道，“我们越来越意识到，我们可能需要在海洋的规模上调整这个泵。我们对那些能调整到更易消化的碳的病毒感兴趣，这使得系统能够生长、产生越来越大的细胞并且下沉。如果它下沉，我们就能再获得几百年或一千年的时间，免受气候变化的最坏影响。我认为社会基本上指望这种技术修复，但这是一个复杂的基础科学问题从而将其拆开。”

这项研究于6月9日发表在《科学》上。

这些RNA病毒是在Tara Oceans Consortium收集的浮游生物样本中检测到的，这是一项在Tara双桅帆船上进行的关于气候变化对海洋的影响的全球研究。这项国际努力的目标是通过熟悉生活在那里的神秘生物可靠地预测海洋将如何应对气候变化。据了解，这些生物承担着吸收大气中人类产生的一半碳和生产我们呼吸的一半氧气的大部分工作。

尽管这些海洋病毒物种并不对人类健康构成威胁，但它们的行为跟所有病毒一样，每一种都会感染另一种生物体并利用其细胞机制来制造自己的副本。虽然结果总是被认为对宿主不利，但病毒的活动可能为环境带来好处--比如帮助消散有害的藻类繁殖。

界定它们在生态系统中的位置的诀窍是开发计算技术，该技术可以从基因组的片段中哄骗有关RNA病毒功能和宿主的信息，而这些片段按照基因组学的标准，一开始就很小。

论文共同第一作者Guillermo Dominguez-Huerta表示：“我们让数据成为我们的指南。”他曾是Sullivan实验室的博士后研究员。

对44,000条序列的统计分析揭示了病毒群落的结构模式，研究小组利用这些模式将RNA病毒群落分为四个生态区：北极、南极、温带和热带上层（最接近表面，发生光合作用的地方），以及温带和热带中层（200-1000米深）。这些区域跟研究人员之前确定的近20万个海洋DNA病毒物种的区域分配密切相关。

研究显示，虽然生物多样性在赤道附近的温暖地区趋于扩大而在靠近寒冷的两极地区则下降，但Zayed指出，基于网络的生态互动分析显示，RNA病毒物种的多样性高于北极和南极地区的预期。

“当涉及到多样性时，病毒并不关心温度，”他说道，“在极地地区，病毒和细胞生命之间有更明显的相互作用。这告诉我们，我们在极地地区看到的高多样性基本上是因为我们有更多的病毒物种在竞争同一个宿主。我们看到较少的宿主种类，但有更多的病毒种类感染同一宿主。”

研究团队使用了多种方法来确定可能的宿主。首先他们根据海洋浮游生物中的病毒分类来推断宿主，然后根据病毒和宿主的数量如何“共同变化”进行预测--因为它们的丰度是相互依赖的。第三个策略则包括寻找RNA病毒在细胞基因组中整合的证据。

Dominguez-Huerta解释称：“我们研究的病毒不会自己插入到宿主的基因组中，但许多病毒会意外地被整合到基因组中。当它发生时，这是一条关于宿主的线索，因为如果你在宿主基因组内发现一个病毒信号，那是因为在某些时候病毒在细胞内。”

虽然大多数dsDNA病毒被发现会感染细菌和古细菌，而这些细菌和古细菌在海洋中非常丰富，但这项新分析发现，RNA病毒大多会感染真菌和微生物真核生物，在较小程度上感染无脊椎动物。只有极小部分的海洋RNA病毒感染细菌。

该分析还意外地发现，在95种RNA病毒中散布着72个功能不同的辅助代谢基因(AMGs)，这提供了一些最好的线索--说明这些病毒感染哪种生物及它们试图重新编程哪些代谢过程以便最大限度地“制造”海洋中的病毒。

据悉，进一步基于网络的分析确定了1243种跟碳输出有关的RNA病毒，非常保守地讲，有11种病毒被暗示参与了促进向海底的碳输出。其中，跟藻类家族的宿主有关的两种病毒被选为最有希望的后续目标。

Sullivan说道：“建模已经到了我们可以从这些大规模的基因组调查中提取基因袋并绘制代谢图的地步。我设想我们使用AMG和这些被预测为感染特定宿主的病毒来实际拨动这些代谢图以获得我们需要的碳。而正是通过这种新陈代谢活动，我们可能需要采取行动。”