В каждой капле воды – вирусы!

В каждой капле воды – вирусы

Везде, где есть жизнь, есть вирусы. Водная среда, занимающая бóльшую часть нашей планеты, в которой сосуществует огромное число различных организмов, создает прекрасные условия и для жизни вирусов. В водных экосистемах вирусы атакуют все живые организмы – от бактерий до китов. Оставим за рамками рассмотрения вирусы крупных организмов и останемся в микромире – в мире микроскопических организмов, которые являются основой пищевых цепей и, как выясняется, многих глобальных процессов

Первая информация о количестве вирусных частиц в водных экосистемах, потрясшая исследователей, была получена в 1989 г.  Материал из проб морской воды был осажден центрифугированием прямо на сеточки с пленкой-подложкой и исследован в трансмиссионном (просвечивающем) электронном микроскопе. В одном миллилитре оказалось до 2,5 × 108 вирусных частиц, представленных в основном фагами с характерной морфологией (капсид-отросток, или голова-хвост), что в 103—107 раз превышало концентрацию фагов, определенную путем традиционного высева проб на бактериальный газон (метод бляшек). Разница на порядки объясняется тем, что не все бактерии культивируются, и не все вирусы-фаги инфицируют именно бактерии.

На современной схеме глобального круговорота органического вещества и биогенных элементов в водных экосистемах важное место занимает «вириопланктон», под которым подразумевается вся совокупность вирусов одноклеточных водных организмов, включая бактериофаги – вирусы бактерий, цианофаги – вирусы цианобактерий, вирусы архей, альговирусы, поражающие эукариотические одноклеточные водоросли, вирусы протозоа, поражающие простейших, таких как амебы и жгутиковые и вириофаги (вирусы вирусов). Как видно из схемы, вириопланктон влияет сразу на многие биогеохимические и экологические процессы в различных звеньях экосистемы.

Дальнейшие работы дали ошеломляющие результаты. Оказалось, что вирусы – самые многочисленные «организмы» океанов. Если поставить все 1030 вирусных частиц, обитающих в Мировом океане, в цепочку, то она растянется на 60 галактик! Они содержат около 200 мегатонн углерода.

Ясно, что такой объект водных экосистем нельзя оставлять без внимания. И это не «просто биомасса».

Бактериофаги в глобальном круговороте

В следующем после открытия водных вирусов году появились результаты исследований, проведенных во время весеннего развития водорослей и питающихся бактериями флагеллят . Оказалось, что концентрация вирусных частиц во время весеннего цветения меняется, достигая максимума в конце развития диатомей, когда в слизи отмерших или прекративших деление клеток наблюдается самое большое число бактерий и вирусов. Эти наблюдения позволили авторам сделать предположение, что вирусы являются активными участниками микробиальной пищевой сети в качестве агентов, приводящих к лизису бактерий, тем самым, выводя часть бактериальной продукции из пищевой цепи «хищник-жертва», в  данном случае – «флагелляты–бактерии».

Определение роли бактериофагов в водных экосистемах привело к существенному пересмотру представления о глобальном круговороте биогенных элементов. Раньше считалось, что гетеротрофные бактерии делают свое «гетеротрофное дело», расщепляя остатки органических веществ отмерших организмов и вращая по бактериальной петле циклы азота, углерода и других биогенных элементов. Введение в систему бактериофагов, активно и массово лизирующих бактерии, изменило эту схему.

Во-первых, удаление из экосистемы части бактерий, уничтоженной фагами, уменьшает интенсивность перевода нерастворимого (взвешенного в водной толще и осаждающегося на дно) биогенного вещества (различных частиц, отмерших организмов и др.) – в растворенное (расщепленное, гидролизованное). Таким образом фаги нарушают классическую пищевую цепь. Этот процесс был назван вирусным шунтом. По оценкам авторов, через этот шунт может проходить до четверти первичной продукции углерода океана.

Во-вторых, разрушение бактерий приводит к высвобождению из них органических веществ, за увеличением концентрации которых в среде следует изменение сообщества других микроскопических организмов – микроводорослей. Одни из них ответят на это активным ростом, «цветением», другие будут угнетены. Понимание этих последствий привело к пересмотру не только схемы глобального круговорота органического вещества и биогенных элементов, но и структурно-функциональной организации водных экосистем в целом. Было введено понятие вириопланктон . Согласно новой схеме глобального круговорота органического вещества и биогенных элементов водных экосистем вириопланктон влияет на многие биогеохимические и экологические процессы, включая цикл питания, дыхания и распределение веществ в различных звеньях экосистемы.

В-третьих, морфологическое разнообразие бактериофагов в водных экосистемах велико, эта «армия» может избирательно поражать различных хозяев, приводя к изменению их соотношения в сообществах водных экосистем.

Количественная мультитрофическая модель, созданная авторским коллективом океанологов и математиков описывает влияние морских вирусов на микробиальные пищевые сети и процессы, проходящие в экосистемах. Согласно этой модели водные экосистемы, содержащие вирусы, будут иметь усиленный круговорот органического вещества, уменьшенный перенос этого вещества на более высокие трофические уровни и увеличенную валовую первичную продуктивность. Авторы модели считают, что в оценках круговорота углерода и азота необходимо учитывать роль вирусов, так как они являются важной составляющей пищевых сетей и регулируют глобальные биогеохимические циклы.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *