如今，我们越来越习惯于这样一种观点，即整个生态系统中微小的细菌都生活在我们的皮肤上、花园里的土壤里和我们捕捉食物的海洋里。
但有一个方面仍未得到充分的探索，那就是这些生态系统的生态系统。细菌也会感染病毒——芝加哥大学科学家的一项新研究探索了这些病毒在构成地球气候的巨大全球循环系统中可能扮演的角色。
“每升海水中有100亿病毒。我们已经知道了至少20或30年，但我们对它们在做什么以及它们如何影响全球碳循环知之甚少，”地球物理科学助理教授莫林科尔曼(Maureen Coleman)说。科尔曼的开创性研究探索了微生物、生态和气候之间的相互作用。
在7月15日发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的一项新研究中，科学家们发现，感染病毒的蓝藻细菌会继续将氮从环境中分离出来，并将其引导成更多的病毒。这一发现是病毒生物地球化学这一新兴领域的一个重要发现，即病毒如何在空气、水和土壤中塑造营养物质的运动，从而影响地球气候。
细菌是我们来到这里的原因。曾几何时，他们在数十亿年的时间里安静而耐心地进行氧气的光合作用，把地球从一个荒凉、空虚的世界改变了。它们仍然在世界气候中发挥着巨大的作用，将氮、碳和其他营养物质移进移出大气层和海洋。
但是因为它们是如此之小，如此之多，我们还有很多不了解的地方。例如，我们知道，对于每一个细菌细胞，都有更多的病毒——而这些病毒正在感染细菌，影响它们的活动并争夺营养。例如，病毒劫持细胞的生物合成工厂，迫使它们制造更多的病毒拷贝，然后释放这些拷贝来传播感染。这如何影响细胞对碳或其他重要营养物质的吸收?
研究人员想知道病毒将如何改变细菌对氮的利用，氮是所有细胞的关键营养物质。他们从一种叫做蓝细菌的特别重要的细菌开始，蓝细菌生活在世界各地的海洋和水域中，在世界范围内进行大量的光合作用和碳固定。
“所有固碳过程中，有一半发生在海洋中，而蓝藻在这个循环中扮演着极其重要的角色，”纽鲍尔家族助理教授、该研究的联合首席作者雅各布·瓦尔德鲍尔(Jacob Waldbauer)说。“我们需要对影响病毒功能和生产力的因素有一个基本的了解，而我们对病毒的作用知之甚少。”
为了了解更多，研究人员用氮喂养蓝藻细菌，用病毒感染一些蓝藻细菌，然后将它们放入含有不同类型氮的水中。这意味着他们可以精确地追踪细胞在感染后吸收了多少氮，以及氮在哪里被使用。
结果很明显:受感染的细菌吸收了大量的氮。所有这些都被用于制造更多的病毒——没有一个被用于为宿主细胞制造蛋白质。
科尔曼说，以前，许多人认为病毒只是从宿主细胞中吞噬营养物质。她说:“我们还没有意识到，为了自身的目的，它也会从环境中获取营养。”“很明显，病毒正在对宿主细胞进行重新编程，这可能会对系统中营养物质的命运产生影响。”
研究人员说，还有更多的东西需要探索。例如，他们想知道一个被感染的细胞是否比一个健康的细胞吸收更多的氮;不同种类的病毒是否有不同的效果;以及整个海洋如何受到温度的影响——随着海洋开始变暖，这一点很重要。
科尔曼说:“故事中还有很多。“但即使从这项研究来看，很明显它们改变了生态系统使用营养物质的方式，如果我们想完全了解气候，我们需要知道如何使用。”
论文中的其他芝加哥大学科学家包括研究技术员凯瑟琳·坎贝尔和张立春，以及本科生阿德里亚娜·里佐，SB ‘ 16和John Lotus, SB ‘ 17。
引文:“海洋蓝藻病毒感染过程中的氮源。Waldbauer和Coleman等人，《美国国家科学院院刊》，2019年7月15日。DOI: 10.1073 / pnas.1901856116
资金:戈登,贝蒂·摩尔海洋微生物学基金会，西蒙斯基金会。