Уникальное открытие было сделано на Тибетском нагорье: анализ ледяных кернов, добытых с ледника Гулия, позволил выявить геномы 1705 различных вирусов. Возраст самого древнего из них оценивается в 41 000 лет. Это исследование показало, что разнообразие вирусных сообществ напрямую связано с климатическими циклами, значительно возрастая в периоды глобального потепления. Полученные данные указывают на глубокую взаимосвязь между эволюцией микробных экосистем и крупномасштабными климатическими изменениями.
Ледники служат бесценными природными архивами, сохраняющими информацию о прошлом Земли на протяжении сотен тысяч лет. Учёные из Университета штата Огайо и Университета Небраски полагают, что вирусы, «законсервированные» во льдах, могут дать уникальное представление об эволюции как климата, так и экосистем в долгосрочной перспективе.
Микроорганизмы, включая вирусы, являются ключевыми игроками в формировании экосистем. Они влияют на разнообразие и адаптацию других видов через механизмы естественного отбора или горизонтального переноса генов. Кроме того, микробы регулируют экологический метаболизм, определяя концентрацию таких соединений, как углекислый газ, и скорость биохимических процессов.
«В этих ледяных архивах сохранились вирусы, которые, вероятно, играли важную экологическую роль в далёком прошлом, до оледенения», — отмечают авторы исследования, опубликованного в журнале «Естественные геологические науки». Однако до недавнего времени технические сложности и недостаток данных не позволяли детально изучить, как изменения климата в прошлом влияли на разнообразие вирусных экосистем.
Работа с ледяными кернами сопряжена с рядом трудностей: в них содержится крайне мало биомассы, а сами экспедиции в удалённые ледниковые регионы сложны и дороги. Кроме того, микробиология ледников — относительно молодая и считающаяся рискованной область из-за потенциального высвобождения древних патогенов, что ограничивает доступ к финансированию.
Несмотря на это, соавтор исследования Мэтью Б. Салливан подчёркивает важность таких работ: «Подобные данные критически важны для понимания того, какой была Земля в прошлом». Он также отметил, что риск для здоровья человека минимален, поскольку древние вирусы с большой вероятностью инфицировали прокариот (бактерии и археи), а не многоклеточные организмы. Именно на этих вирусах и сосредоточились учёные, чтобы проследить связь их эволюции с климатическими циклами.
Пик разнообразия в эпохи потепления
Образцы для исследования были добыты на леднике Гулия, расположенном на северо-западе Тибетского нагорья на высоте около 6000 метров.
Обратите внимание: Вспомним самые надежные мотоциклы СССР..
Эта экспедиция стала масштабным мероприятием: команда из 60 человек в течение двух месяцев собирала керны, которые затем транспортировали с помощью яков. Каждое животное переносило сегменты льда длиной около 12 метров, причём некоторые образцы были взяты с глубины 310 метров, у самого ложа ледника.Применяя передовые методы геномного секвенирования в лаборатории, исследователи идентифицировали 1705 вирусных геномов. Возраст находок варьировался от 41 000 лет до всего лишь 160 лет. Этот объём данных в 50 раз превышает всё, что было собрано с ледников ранее.
Сбор образцов ледяного керна ледника Гулия. Большинство обнаруженных вирусов (свыше 70%) оказались совершенно новыми для науки и, по-видимому, являются эндемиками ледников. Около четверти вирусов имеют сходство с образцами из других регионов мира. Ведущий автор исследования Чжипин Чжун предположил, что некоторые из них могли быть занесены, например, с Ближнего Востока или даже из Арктики.
Анализ показал чёткую закономерность: состав вирусных сообществ менялся в зависимости от климатических условий, которые соответствовали разным слоям льда. В холодные периоды сообщества были стабильными и однородными, а в периоды потепления их разнообразие резко возрастало.
Наибольшее разнообразие и специфичность вирусных популяций было зафиксировано в слоях возрастом около 11 500 лет. Этот период совпадает с переходом от последнего ледникового периода к голоцену — самым резким потеплением климата за последние 41 000 лет. Данные убедительно свидетельствуют о том, что эволюция вирусов в значительной степени управляется изменениями климата.
Биогеография гулиавирусов. Вирусная адаптация и выживание хозяев
Дальнейший анализ выявил ещё один важный аспект: климатическая адаптация вирусов влияла на способность их хозяев (бактерий и архей) выживать в меняющихся условиях. Вирусы ледника Гулия, как выяснилось, «заимствуют» у хозяев гены, участвующие в метаболизме. Некоторые из этих генов были широко распространены на протяжении всего изученного периода, что говорит об эволюционном совершенствовании вирусных стратегий со временем.
Это указывает на то, что вирусы не просто паразитируют, но и активно модифицируют своих хозяев, влияя на их морфологию и, следовательно, на способность переносить экстремальные условия. Учёные считают, что подобные исследования помогают понять механизмы эволюции вирусов в ответ на серьёзные экологические сдвиги и смоделировать их потенциальную реакцию на современное глобальное потепление. Для интеграции этих данных в климатические и экологические модели необходимы дальнейшие исследования. Научная группа уже планирует новые экспедиции для сбора дополнительных образцов с ледника Гулия.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.