Ученые обнаружили, что за последние 41 000 лет вирусные сообщества существенно различались в зависимости от холодных и теплых климатических периодов. Массивные ледяные структуры, такие как ледники, служат природными морозильниками, архивируя записи прошлых климатов и экосистем — включая вирусы. Команда микробиологов и палеоклиматологов, изучающих древние микроорганизмы, включая вирусы, сохранившиеся во льду ледника, исследует взаимодействие вирусов и их среды обитания в ледяных кернах ледника Гулия на Тибетском плато.
Связывая геномы древних вирусных сообществ с определенными климатическими условиями, сохранившимися в ледниковом льду, недавно опубликованное исследование дает представление о том, как эти вирусы адаптировались к меняющемуся климату Земли за последние 41 000 лет.
В первую очередь были использованы метагеномы — коллекции геномов, которые охватывают общее генетическое содержание всех микроорганизмов, присутствующих в образцах окружающей среды, — для реконструкции вирусных геномов из девяти отдельных временных интервалов в ледяном керне Гулия. Эти временные горизонты охватывают три основных цикла от холода к потеплению, предоставляя уникальную возможность наблюдать, как вирусные сообщества менялись в ответ на различные климатические условия.
Ученые восстановили геномы примерно 1705 видов вирусов, увеличив число известных древних вирусов, сохранившихся на леднике, более чем в пятьдесят раз.
Только около четверти обнаруженных вирусных видов имели общие сходства на уровне видов с любым из вирусов, идентифицированных в почти 1000 метагеномах, ранее зафиксированных в глобальных наборах данных. Большинство из этих перекрывающихся видов также были с Тибетского нагорья. Это говорит о том, что по крайней мере некоторые вирусы, сохранившиеся в леднике Гулия, возникли локально в регионе, но это также говорит об относительном отсутствии ледниковых вирусов в доступных базах данных.
Одним из ключевых выводов было 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, совпав с крупным переходом от последней ледниковой стадии к голоцену. Это говорит о том, что уникальные климатические условия в холодные и теплые периоды оказали глубокое влияние на состав вирусных сообществ. Эти влияния, вероятно, были вызваны вирусами из других мест, занесенными из-за изменения характера ветра и подверженными давлению отбора из-за изменения температуры на леднике.
Затем определили, как вирусы взаимодействуют со своими хозяевами. Для этого были использованы компьютерные модели для сравнения вирусных геномов с геномами других микробов, также обнаруженных в этой среде. Вирусы последовательно инфицируют Flavobacterium, род бактерий, обычно встречающихся в ледниковых средах.
Очевидно, что вирусы на леднике Гулия должны «красть» гены у своих хозяев, чтобы манипулировать их метаболизмом. В вирусных геномах были закодированы 50 вспомогательных метаболических генов, связанных с метаболизмом, включая синтез и расщепление витаминов, аминокислот и углеводов. Некоторые из этих генов были распространены во всех девяти изученных временных интервалах, что позволяет предположить, что они помогают микробным хозяевам справляться с суровыми условиями на поверхности ледника и тем самым улучшают вирусную приспособленность.
Таким образом, вирусы не только заражают и убивают клетки, но и, вероятно, изменяют приспособленность своих хозяев во время заражения, что, в свою очередь, влияет на их способность выживать в экстремальных условиях ледниковой среды.
Понимание этих древних взаимодействий дает уникальную возможность для будущих исследований как в вирусологии, так и в климатологии. Изучая, как древние вирусы реагировали на прошлые изменения климата, исследователи могут получить ценную информацию о том, как вирусы адаптируются к текущим глобальным изменениям климата. Ледниковый лед, сохраняющий информацию о микроорганизмах и их экосистемах с течением времени в каждом слое, остается важнейшим ресурсом для изучения истории климата Земли и жизни, которую он поддерживал, — особенно с учетом того, что запасы ледникового льда стремительно сокращаются.
