Учените откриват тайния двигател на изменението на климата

Проучването разкрива, че микроорганизмите, след като бъдат заразени, съдържат нови гени, генериращи метан.

Скорошно проучване разкрива, че вирусите, които заразяват микробите, допринасят за изменението на климата, като играят ключова роля в циркулирането на метана, мощен парников газ, в околната среда.

Чрез анализиране на близо 1000 метагеномни групи ДНК Чрез данни от 15 различни местообитания, вариращи от различни езера до вътрешността на стомаха на крава, изследователите откриха, че микробните вируси носят специални генетични елементи за контролиране на процесите на метан, наречени допълнителни метаболитни гени (AMG). В зависимост от това къде живеят организмите, броят на тези гени може да варира, което предполага, че потенциалното въздействие на вирусите върху околната среда също варира в зависимост от тяхното местообитание.

Това откритие добавя жизненоважна част към по-доброто разбиране на взаимодействието и движението на метана в различни екосистеми, каза Zhiping Zhong, водещ автор на изследването и научен сътрудник в Центъра за полярни и климатични изследвания на Държавния университет в Охайо.

„Важно е да разберем как микроорганизмите управляват процесите на метан“, каза Чунг, който също е микробиолог, чиито изследвания изучават как микробите се развиват в различни среди. „Микробният принос към метаболизма на метана е изследван от десетилетия, но изследванията в областта на вирусите остават до голяма степен недостатъчно проучени и ние искаме да научим повече.“

Проучването е публикувано в сп Nature Communications.

Ролята на вирусите в емисиите на парникови газове

Вирусите са помогнали за захранването на всички екологични, биогеохимични и еволюционни процеси на Земята, но учените са започнали да изследват връзките им с изменението на климата едва сравнително наскоро. Например метанът е вторият по големина двигател на емисиите на парникови газове след въглеродния диоксид, но той се произвежда предимно от едноклетъчни организми, наречени археи.

„Вирусите са най-разпространената биологична единица на Земята“, каза Матю Съливан, съавтор на изследването и професор по микробиология в Центъра за микробиомични науки на щата Охайо. „Тук разширяваме това, което знаем за техните ефекти, като добавяме гени за метановия цикъл към дългия списък от гени вирус– Кодирани метаболитни гени. Нашият екип се опита да отговори колко „микробен метаболизъм“ вирусите всъщност манипулират по време на инфекция.

Въпреки че жизненоважната роля на микробите за ускоряване на глобалното затопляне вече е добре известна, малко се знае за това как гените, свързани с метаболизма на метана, кодирани от вируси, които заразяват тези микроби, влияят на производството на метан, каза Zhong. Разрешаването на тази мистерия е това, което накара Zhong и неговите колеги да прекарат почти десетилетие в събиране и анализиране на микробни и вирусни ДНК проби от уникални микробни резервоари.

Едно от най-важните места, които екипът избра за изследване, е езерото Врана, което е част от природен резерват в Хърватия. В богатите на метан езерни утайки изследователите откриха изобилие от микробни гени, които влияят на производството и окисляването на метан. В допълнение, те изследваха различни вирусни общности и откриха 13 вида AMG, които помагат за регулиране на метаболизма на своя гостоприемник. Въпреки това, няма доказателства, че тези вируси директно кодират самите гени за метаболизъм на метан, което предполага, че потенциалното въздействие на вирусите върху метановия цикъл варира в зависимост от местообитанието им, каза Zhong.

Въздействия върху добитъка и околната среда

Като цяло, проучването разкри, че по-голям брой метанови метаболитни AMGs е по-вероятно да бъдат открити в среда, свързана с гостоприемника, като например вътрешността на стомаха на крава, докато по-малко от тези гени се намират в екологични местообитания, като езерни седименти. Тъй като кравите и другите животни също са отговорни за генерирането на около 40% от глобалните емисии на метан, тяхната работа предполага, че сложната връзка между вирусите, организмите и околната среда като цяло може да е по-сложно свързана, отколкото учените смятаха преди.

„Тези резултати предполагат, че глобалните въздействия, причинени от вирусите, са подценени и заслужават повече внимание“, каза Zhong.

Въпреки че не е ясно дали човешките дейности са повлияли на еволюцията на тези вируси, екипът очаква, че новите прозрения от тази работа ще повишат осведомеността за силата на инфекциозните агенти, които населяват целия живот на Земята. Въпреки това, за да продължим да научаваме повече за вътрешните механизми на тези вируси, ще са необходими повече експерименти, за да разберем повече за техния принос към метановия цикъл на Земята, каза Чунг, особено когато учените работят за намиране на начини за смекчаване на емисиите на метан, предизвикани от микроби.

„Тази работа е начална стъпка в разбирането на вирусните въздействия на изменението на климата“, каза той. „Имаме още много да учим.“

Референция: „Потенциалът на вируса за модулиране на метаболизма на микробния метан варира в зависимост от местообитанието“ от Zhi-Ping Zhong, Jingjie Du, Stephan Köstlbacher, Petra Pjevac, Sandi Orlić и Matthew B. Sullivan, 29 февруари 2024 г., Nature Communications.
doi: 10.1038/s41467-024-46109-x

Тази работа беше подкрепена от Националната научна фондация, Хърватската научна фондация, Фондация Гордън и Бети Мур, Фондация Хайзинг-Саймънс, Европейския съюз и Министерството на енергетиката на САЩ. Съавторите включват Джинджи Ду от щата Охайо, както и Стефан Костелбакер и Петра Беевац от Виенския университет и Санди Орлич от Института Рудер Бошкович.