新研究发现微生物病毒是气候变化的秘密驱动因素

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)在环境中的循环中发挥着关键作用，从而导致了气候变化。

通过分析来自15个不同栖息地(从各个湖泊到牛胃内部)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件，称为辅助代谢基因(AMG)。根据生物体居住的地点，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因其栖息地而异。

该研究的主要作者、俄亥俄州立大学伯德极地与气候研究中心的助理研究员钟志平说，这一发现为更好地了解甲烷如何在不同生态系统中相互作用和移动提供了重要的依据。

“了解微生物如何驱动甲烷过程非常重要，”钟说，他也是一名微生物学家，他的研究方向是微生物在不同环境中如何进化。“微生物对甲烷代谢过程的贡献已经被研究了几十年，但对病毒领域的研究仍然很大程度上没有得到充分调查，我们希望了解更多。”

该研究今天发表在《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，科学家们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，但主要是由称为古细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组科学中心微生物学教授马修·沙利文说。“在这里，我们通过将甲烷循环基因添加到病毒编码的代谢基因的长列表中，扩展了我们对其影响的了解。我们的团队试图回答病毒在感染过程中实际上操纵了多少‘微生物代谢’。”

钟说，虽然微生物在加速大气变暖方面发挥的重要作用现已得到广泛认可，但人们对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其甲烷产生却知之甚少。为了解开这个谜团，钟和他的同事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DNA样本。

该团队选择的最重要的研究地点之一是弗拉纳湖，它是克罗地亚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种有助于调节宿主新陈代谢的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。

总体而言，该研究表明，在与宿主相关的环境(如牛胃内部)中更有可能发现更多的甲烷代谢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产生的甲烷排放量约占全球甲烷排放量的40%，因此他们的研究表明，病毒、生物和整个环境之间的复杂关系可能比科学家曾经认为的更为复杂。

钟说：“这些发现表明，病毒对全球的影响被低估了，值得更多关注。”

尽管尚不清楚人类活动是否可能影响这些病毒的进化，但研究小组预计，从这项工作中收集到的新见解将提高人们对传染源在地球上所有生命中栖息的力量的认识。尽管如此，为了继续更多地了解这些病毒的内部机制，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，特别是当科学家们致力于寻找减轻微生物驱动的甲烷排放的方法时。

“这项工作是了解气候变化病毒影响的开始，”他说。“我们还有很多东西需要学习。”