Nature子刊：微生物病毒是气候变化的秘密驱动力

在一项新的研究中，科学家们发现，感染微生物的病毒在甲烷(一种强效温室气体)在环境中循环中发挥了关键作用，从而导致了气候变化。

　　

在一项新的研究中，科学家们发现，感染微生物的病毒在甲烷(一种强效温室气体)通过环境循环中发挥关键作用，从而导致气候变化。

通过分析来自15个不同栖息地(从各种湖泊到牛胃内部)的近1000组宏基因组DNA数据，研究人员发现微生物病毒携带控制甲烷过程的特殊遗传元素，称为辅助代谢基因(amg)。根据生物体居住的地方，这些基因的数量可能会有所不同，这表明病毒对环境的潜在影响也会因其栖息地而异。

这项研究的第一作者、俄亥俄州立大学伯德极地与气候研究中心的研究助理钟志平说，这一发现为更好地理解甲烷在不同生态系统中的相互作用和移动提供了重要的帮助。

“了解微生物如何驱动甲烷过程是很重要的，”钟说，他也是一名微生物学家，研究微生物如何在不同环境中进化。“微生物对甲烷代谢过程的贡献已经研究了几十年，但对病毒领域的研究在很大程度上仍未得到充分研究，我们希望了解更多。”

这项研究发表在今天(2024年2月29日)的《自然通讯》上。

病毒帮助促进了地球上所有的生态、生物地球化学和进化过程，但直到最近，科学家才开始探索它们与气候变化的关系。例如，甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体排放源，但它主要是由被称为古生菌的单细胞生物产生的。

“病毒是地球上最丰富的生物实体，”该研究的合著者、俄亥俄州立大学微生物学中心的微生物学教授马修·沙利文(Matthew Sullivan)说。“在这里，我们通过将甲烷循环基因添加到病毒编码代谢基因的长列表中，扩大了我们对它们影响的了解。我们的团队试图回答病毒在感染过程中实际操纵了多少‘微生物代谢’。”

虽然微生物在加速大气变暖中所起的重要作用现已得到充分认识，但感染这些微生物的病毒编码的甲烷代谢相关基因如何影响它们的甲烷产量，我们知之甚少，钟说。为了解开这个谜团，钟和他的同事们花了近十年的时间从独特的微生物库中收集和分析微生物和病毒的DNA样本。

科考队选择研究的最重要的地方之一是Vrana湖，它是克罗地亚一个受保护的自然保护区的一部分。在富含甲烷的湖泊沉积物中，研究人员发现了大量影响甲烷产生和氧化的微生物基因。此外，他们还发现了不同的病毒群落，并发现了13种有助于调节宿主代谢的amg。尽管如此，没有任何证据表明这些病毒本身直接编码甲烷代谢基因，这表明病毒对甲烷循环的潜在影响因其栖息地而异，钟说。

总的来说，研究表明，在宿主相关的环境中，如牛的胃内部，更有可能发现大量的甲烷代谢amg，而在环境栖息地，如湖泊沉积物中，发现的这些基因较少。由于奶牛和其他牲畜也产生了全球约40%的甲烷排放，他们的研究表明，病毒、生物和环境之间的复杂关系可能比科学家们曾经认为的更为复杂。

他说:“这些发现表明，病毒的全球影响被低估了，值得更多关注。”

虽然目前还不清楚人类活动是否影响了这些病毒的进化，但研究小组希望从这项工作中收集到的新见解将提高人们对传染性病原体居住在地球上所有生命的力量的认识。尽管如此，为了进一步了解这些病毒的内部机制，还需要进一步的实验来更多地了解它们对地球甲烷循环的贡献，钟说，特别是当科学家们致力于减少微生物驱动的甲烷排放的方法时。

他说:“这项工作是掌握气候变化病毒影响的第一步。”’我们还有很多东西要学。”