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      想不到它們的獵物 居然改寫了海洋食物鏈

      2020-10-21 11:09:05 來源: 科技日報 作者:
      摘要:我們都知道,海洋中存在“藻類—原生生物—魚類”的經典食物鏈。

        原標題:想不到它們的獵物 居然改寫了海洋食物鏈

        我們都知道,海洋中存在“藻類—原生生物—魚類”的經典食物鏈,一直以來,病毒似乎處于經典食物鏈之外,最近科學家終于發現了原生生物以病毒為食,從而讓病毒進入了經典食物鏈。

        據媒體報道,在美國緬因州的海灣和地中海里,研究人員共采集了1698個原生生物樣本,并對這些樣本進行了DNA序列分析。他們采用了單細胞基因組分析,其測序結果可以說明微生物和病毒是否存在。結果表明,在51%的來自緬因海灣的原生生物樣本,以及35%的來自地中海的樣本中,都檢測到了病毒DNA,且在皮膽蟲和聚胞動物兩類原生生物的樣本中,每一個個體都含有病毒DNA。這使得科學家終于有證據證明噬食病毒的原生生物的確存在。其研究結果發表在《微生物學前沿》上。

        這在業內被譽為是“改寫海洋食物鏈”的發現。那么,什么樣的生物以病毒為食,科學家是如何發現的,病毒為什么對它們沒有傷害呢?

        生物學家一直在尋找噬食病毒的生物

        一直以來,病毒似乎只感染并裂解殺死生物,而不會被生物當成食物,這看上去不合常理。因此生物學家一直在尋找噬食病毒的生物。

        中國海洋大學生命學院副教授梁彥韜在接受科技日報記者采訪時介紹,1993年,加拿大科學家柯蒂斯·薩特爾院士課題組發現,病毒和相似尺寸的熒光顆粒物能夠被原生生物捕食的現象,他們將病毒和小球用熒光標記,然后加入原生生物,檢測海水中病毒和熒光小球被清除的速度,以反映病毒被原生生物捕食的效率,結果發現大顆粒病毒更容易被原生生物捕食和消化。并且病毒可能貢獻了原生生物食物中0.2%—9%的碳、0.3%—14%的氮、0.6%—28%的磷。后續一些研究也發現,某些原生生物可以捕食病毒,并且可以在捕食細菌的同時將細菌體內和表面的病毒同步攝食到體內。但目前這方面的研究還非常有限。

        “目前發現,病毒主要是被進食‘器官’比較小的原生生物捕食。一般來說,病毒大小在100納米左右,能吃病毒的原生生物進食‘器官’的大小是病毒大小的10倍左右。”梁彥韜說,此前其他科學家的研究發現,皮膽蟲進食“器官”非常小,大小不足以吃下細菌,吃下病毒倒是綽綽有余。因此推測這類原生生物可能直接吞噬捕食病毒。

        此次報道中,研究人員在多類不同原生生物的單細胞基因組中都檢測到了病毒DNA序列,尤其在聚胞動物和皮膽蟲兩類原生生物體中,病毒序列的數量比較高。此外,一個有趣的現象是,這兩類原生生物體內含有大量病毒DNA序列,細菌DNA序列卻較少。這就排除了“搭便車”的可能性——有些原生生物可能以細菌為食,病毒噬菌體會寄生在細菌中,從而隨著細菌被原生生物吃掉。

        它們吃病毒為什么沒被病毒反殺

        “此前科學家們認為,原生生物可能通過吞噬的方式將細菌等微生物顆粒攝入體內,并在吞噬細菌、微藻的同時將它們細胞表面和細胞里的病毒攝入體內。”梁彥韜說,而此次研究結果推測,皮膽蟲和聚胞動物兩類原生生物可能直接吞噬捕食病毒,這是獨立于病毒隨微生物被原生生物捕食以外的另一個原生生物捕食病毒的途徑。

        說到此,可能有讀者會問,人類感染病毒都會生病,這些原生生物還把病毒吃下去,難道不會對它們產生危害嗎?想知道這個問題的答案,就需要了解一下病毒的生活習性了。

        梁彥韜說,病毒是一類嚴格依賴宿主細胞專性寄生的生命形式,每類病毒都具有非常嚴格的宿主范圍,僅有非常少的病毒能夠跨不同種屬感染不同的生物。

        海洋里,每毫升海水中有上千萬個病毒,并且這些病毒的種類可能高達幾十萬種。但目前的研究表明,這些病毒絕大多數只感染細菌和微藻,而海洋中感染原生生物的病毒數量可能遠遠低于感染細菌和微藻的病毒。“因此,盡管這幾類原生生物可能攝食了非常多的病毒顆粒,但這些病毒大多數不是感染這類原生生物的病毒,所以不會對這些吃病毒的原生生物造成危害。”梁彥韜說。

        不僅僅是食物鏈被補全這么簡單

        這是一個激動人心的發現。

        “病毒含有豐富的磷和氮,或許能給皮膽蟲和聚胞動物的伙食增添一些重要的營養元素。”美國畢格羅海洋科學實驗室的生物信息學家朱莉婭·布朗指出,既然病毒不只消滅其它生物,還會反被其它生物消滅,那么在食物鏈中缺少的那一個節點,如今也能補上了。

        不過這次發現的意義真的僅僅是補全食物鏈嗎?梁彥韜認為,發現病毒被捕食的現象和能夠捕食病毒的原生生物,使人們對病毒重新進入比較高營養級的原生生物乃至經典的“藻類—原生生物—魚類食物鏈”有了新的認識,這項最新研究將病毒被原生動物捕食這一新的途徑命名為viral link,這個途徑與之前對病毒生態作用的普遍認識(Viral shunt)有所不同。

        梁彥韜表示,此前病毒在海洋生物地球化學循環中的作用主要是通過裂解細菌和微藻,釋放溶解有機物和無機物到海水中,而這些溶解有機物和無機物又可以被細菌和藻類重新利用,形成一個微食物環,從而減少有機營養向經典食物鏈的傳輸。而這個關于Viral link的新認識,不但可以增進人們對海洋中的微生物復雜相互作用和微食物環的認識,還可以使人們對海洋中碳、氮、磷、硫等元素的循環有新的認識。而海洋中的微生物顯著影響著海洋的碳、氮、磷、硫等元素和能量循環,這不但對于維持生態系統的健康非常重要,還可以通過海洋碳匯的作用對全球氣候變化產生影響。

        正如研究團隊表示,這項新結果并不是終點。知道有原生生物能以病毒為食,可以給人們提供“一個新的思考方向”。然而,這只是新研究方向的一個起點,要闡明病毒在海洋生態中的角色,仍需科學家大量的研究。

        但能夠確定的是,就連“感染一切”的病毒,也會淪為小小單細胞生物的晚餐,在大自然的動態平衡中,沒有誰可以成為漏網之魚。


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