在南加州的海浪中，细菌战发生在一场与生命本身一样古老的斗争中。
在那里，南加州大学的海洋生物学家完成了一项全面的新研究，展示了细菌和病毒相互竞争的策略。他们发现，无论时间、季节或地点如何，都不太可能出现僵局，这证明了红皇后假说的进化原理。
这项研究的主要作者、美国南加州大学多恩西夫文理学院的海洋生物学家杰德·富尔曼说:“生物学中的‘红皇后’概念是指一个物种在原地快速移动，以保持平衡，这就是我们在这些微生物群落中发现的。”“这是进化生物学的现代原则之一，而我们的观察恰好符合这一框架。”
这项研究发表在今天的《自然微生物学》杂志上。
为什么细菌与病毒的对抗会陷入僵局?
这场微生物大战的战场是位于洛杉矶和卡塔琳娜岛之间的一小片太平洋。这些水域紧邻美国一些最受欢迎的海滩。
海洋里充满了病毒和细菌;它们是地球上最古老和最多样化的生物。尽管体积很小，但如果把它们合在一起，它们占了海洋中所有生物体重的90%。它们在生态系统中起着重要的作用，循环利用营养物质，影响地球的气候。它们从一开始就生活在海洋中，而且它们大多不会打扰游泳者和游泳者。但是他们对彼此不友好。
病毒总是试图感染藻类和细菌。乍一看，这场斗争似乎是一边倒的，因为病毒的数量远远超过其他海洋生物。一杯海水可以容纳10亿个病毒粒子。然而，细菌依靠反措施来保护自己。
南加州大学的科学家试图解释为什么这场斗争是一个僵局。
富尔曼说:“令人吃惊的是，海洋病毒以每毫升海水约1000万的数量大量存在，尽管它们的宿主——主要是细菌——有能力保护自己，但它们如何能保持如此高的丰度一直是个谜。”
病毒群落:稳定但变异
研究人员在2009年至2014年的夏季期间，几乎每个月都对表层海水进行采样。他们分析了超过10亿个基因序列来分类不同类型的病毒。他们将这些发现与天气、海洋状况和细菌数量进行了比较。
有两个重要的发现:
- 病毒群落保持稳定。几乎所有样本中都鉴定出了95%的同种病毒。稳定性随时间和地点而持续。虽然之前也有类似的发现，但这项新研究是独一无二的，因为没有其他研究显示在如此长的时间内这种程度的稳定性。
- 在每一种病毒中，突变体不断发生变化，每一种突变体仅在种群中占主导地位几个月。科学家们说，这种搅动使病毒比宿主防御领先一步，这意味着它们需要不断变化才能生存。
海洋微生物的动态变化“与红皇后的动态变化非常相似，红皇后的动态变化是种群内基因型在生态和进化机制上的快速变化，”研究报告说。
红皇后假说认为，生物必须不断适应传播，否则就会在竞争对手不断变化的环境中死亡。南加州大学的研究是少数几个在自然界任何地方展示这种进化动力的研究之一。
南加州大学海洋科学项目主要设在南加州大学多恩西夫学院和南卡罗莱纳大学箭利环境研究所，有22名科学家——约占该大学生物系的四分之一——专注于海洋和环境生物学。
这项研究的作者是福尔曼，J.塞萨尔伊格纳西奥-埃斯皮诺萨和内森阿勒格伦在克拉克大学，前博士后研究员南加州大学。支持的工作是由美国国家科学基金会(1737409),国立卫生研究院的资助(1 r01gm120624-01a1)戈登和贝蒂·摩尔基金会以及海洋微生物倡议(3779),一个社区测序项目从美国能源部的基因组联合研究所,和西蒙斯协作计算海洋生态系统的生物地球化学模型(549943)。
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