Die Wissenschaftler fanden heraus, dass sich die Virusgemeinschaften in den letzten 41.000 Jahren zwischen kalten und warmen Klimaperioden stark verändert haben. Massive Eisstrukturen wie Gletscher dienen als Gefrierschränke der Natur und archivieren Aufzeichnungen vergangener Klimazonen und Ökosysteme – einschließlich Viren. Ein Team aus Mikrobiologen und Paläoklimatologen, die im Gletschereis konservierte alte Mikroorganismen, darunter auch Viren, untersuchen, untersucht die Interaktion von Viren und ihren Lebensräumen in Eisbohrkernen vom Ghulia-Gletscher auf dem tibetischen Plateau.
Durch die Verknüpfung der Genome alter Virusgemeinschaften mit spezifischen Klimabedingungen im Gletschereis liefert eine neu veröffentlichte Studie Einblicke in die Art und Weise, wie sich diese Viren in den letzten 41.000 Jahren an das sich verändernde Klima der Erde angepasst haben.
Zunächst wurden Metagenome – Genomsammlungen, die den gesamten genetischen Inhalt aller in Umweltproben vorhandenen Mikroorganismen erfassen – verwendet, um virale Genome aus neun verschiedenen Zeitintervallen im Gulia-Eiskern zu rekonstruieren. Diese Zeithorizonte umfassen drei große Kalt-Warm-Zyklen und bieten eine einzigartige Gelegenheit zu beobachten, wie sich Virusgemeinschaften als Reaktion auf unterschiedliche Klimabedingungen verändert haben.
Wissenschaftler haben die Genome von etwa 1.705 Virustypen rekonstruiert und damit die Zahl der bekannten alten Viren, die auf dem Gletscher konserviert sind, um mehr als das Fünfzigfache erhöht.
Nur etwa ein Viertel der entdeckten Virusarten wies auf Artenebene Ähnlichkeiten mit einem der Viren auf, die in den fast 1.000 Metagenomen identifiziert wurden, die zuvor in globalen Datensätzen erfasst wurden. Die meisten dieser sich überschneidenden Arten stammten ebenfalls aus dem tibetischen Plateau. Dies deutet darauf hin, dass zumindest einige der im Gulia-Gletscher konservierten Viren lokal in der Region entstanden sind, deutet aber auch darauf hin, dass in den verfügbaren Datenbanken relative Abwesenheit von Gletscherviren vorliegt.
Eine der wichtigsten Erkenntnisse war, dass sich die Virusgemeinschaften zwischen kalten und warmen Klimaperioden deutlich unterschieden. Die ausgeprägteste Gemeinschaft viraler Arten auf dem Gletscher entstand vor etwa 11.500 Jahren, zeitgleich mit dem großen Übergang vom letzten Gletscherstadium zum Holozän. Dies deutet darauf hin, dass einzigartige Klimabedingungen während der Kalt- und Warmperioden einen tiefgreifenden Einfluss auf die Zusammensetzung der Virusgemeinschaften hatten. Diese Einflüsse wurden wahrscheinlich durch Viren von anderen Orten verursacht, die durch wechselnde Windmuster eingeschleppt wurden und einem Selektionsdruck aufgrund wechselnder Temperaturen auf dem Gletscher ausgesetzt waren.
Anschließend ermittelten sie, wie die Viren mit ihren Wirten interagieren. Dazu wurden mithilfe von Computermodellen virale Genome mit den Genomen anderer Mikroben verglichen, die ebenfalls in dieser Umgebung vorkommen. Die Viren infizieren nacheinander Flavobacterium, eine Bakteriengattung, die häufig in eiszeitlichen Umgebungen vorkommt.
Offenbar müssen die Viren auf dem Gulia-Gletscher ihren Wirten Gene „stehlen“, um deren Stoffwechsel zu manipulieren. Die viralen Genome kodierten 50 akzessorische Stoffwechselgene, die mit dem Stoffwechsel zusammenhängen, einschließlich der Synthese und dem Abbau von Vitaminen, Aminosäuren und Kohlenhydraten. Einige dieser Gene waren in allen neun untersuchten Zeitpunkten gemeinsam, was darauf hindeutet, dass sie mikrobiellen Wirten helfen, mit den rauen Bedingungen der Gletscheroberfläche zurechtzukommen und dadurch die virale Fitness zu verbessern.
Somit infizieren und töten Viren nicht nur Zellen, sondern verändern wahrscheinlich auch die Fitness ihrer Wirte während der Infektion, was wiederum ihre Fähigkeit beeinträchtigt, die extremen eiszeitlichen Umgebungen zu überleben.
Das Verständnis dieser alten Wechselwirkungen bietet eine einzigartige Gelegenheit für zukünftige Forschung sowohl in der Virologie als auch in den Klimawissenschaften. Durch die Untersuchung, wie alte Viren auf vergangene Klimaveränderungen reagierten, können Forscher wertvolle Informationen darüber gewinnen, wie sich Viren an aktuelle globale Klimaveränderungen anpassen. Gletschereis, das in jeder Schicht Informationen über Mikroorganismen und ihre Ökosysteme im Laufe der Zeit speichert, bleibt eine wichtige Ressource für die Erforschung der Geschichte des Erdklimas und des darauf basierenden Lebens – insbesondere, da die Gletschereisvorräte rapide abnehmen.