اكتشف العلماء فيروسات تحكم محيطات العالم سرا

اكتشف العلماء فيروسات تحكم محيطات العالم سرا 

قد تؤثر فيروسات الحمض النووي الريبي في المحيط على كيفية تدفق الكربون والطاقة عبر النظام البيئي بأكمله.

تصيب فيروسات الحمض النووي الريبي كائنات المحيط المؤثرة.

أفاد العلماء أن الآلاف من الفيروسات الغامضة التي تم اكتشافها مؤخرًا كامنة في محيطات العالم قد تمارس تأثيرًا كبيرًا على النظم البيئية ، وذلك جزئيًا عن طريق "إعادة برمجة" العوائل التي تصيبها.

البحث الجديد الذي نشر الخميس (9 يونيو) في مجلة Science، يركز على الفيروسات التي تحتوي على RNA ، وهو ابن عم جزيئي للحمض النووي. تكثر أمثلة فيروسات الحمض النووي الريبي في الأمراض التي تصيب الإنسان. على سبيل المثال ، تعتمد فيروسات كورونا والإنفلونزا على الحمض النووي الريبي. ومع ذلك ، عندما يتعلق الأمر بفيروسات الحمض النووي الريبي في المحيط ، فإن العلماء يتعلمون فقط عن التنوع الذي يمكن العثور عليه ومجموعة المضيفات التي يمكن أن تصيبهم.

استنادًا إلى الدراسة الجديدة ، "نحن متأكدون من أن معظم فيروسات الحمض النووي الريبي في المحيط تصيب حقيقيات النوى الميكروبية ، لذا فإن الفطريات والطلائعيات ، وبدرجة أقل ، اللافقاريات" ، كما قال المؤلف الأول المشارك Guillermo Dominguez-Huerta ، الذي كان باحثًا في مرحلة ما بعد الدكتوراه. قال باحث في علم البيئة الفيروسية في جامعة ولاية أوهايو (OSU) في وقت الدراسة ، لـ Live Science Arab. حقيقيات النوى هي كائنات ذات خلايا معقدة تحمل مادتها الوراثية داخل النواة. 

هذه العوائل الفيروسية - وهي الفطريات والطلائعيات ، والتي تشمل الطحالب والأميبا - تسحب ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وبالتالي تؤثر على كمية الكربون المخزنة في المحيط. من خلال إصابة هذه الكائنات ، من المحتمل أن تؤثر فيروسات الحمض النووي الريبي على كيفية تدفق الكربون عبر المحيط بشكل عام ، كما قال ستيفن ويلهيلم ، الباحث الرئيسي في مجموعة أبحاث البيئة الميكروبية المائية في جامعة تينيسي نوكسفيل ، والذي لم يشارك في الدراسة الجديدة.

قال فيلهلم لـ Live Science Arab في رسالة بالبريد الإلكتروني: "بالنظر إلى وفرة جزيئات فيروسات الحمض النووي الريبي ، فإن معرفة أنها تستطيع القيام بذلك يستمر في بناء قصة مدى أهمية الفيروسات في العالم فيما يتعلق بكيفية تدفق الطاقة والكربون".

(تعاون فيلهلم مع العديد من مؤلفي الدراسة ، بما في ذلك ماثيو سوليفان وألكسندر كولي ، في مشاريع لا علاقة لها بالدراسة الجديدة.)

الفيروسات والفيروسات في كل مكان 

في وقت سابق من هذا العام ، أفاد دومينغيز هويرتا وزملاؤه بالعثور على أكثر من 5500 فيروسات RNA لم يتم التعرف عليها سابقًا في محيطات العالم. 

لهذه الدراسة التي نُشرت في 7 أبريل في مجلة Science ، حلل الفريق 35000 عينة مياه تم جمعها من 121 موقعًا في المحيطات الخمسة بواسطة اتحاد تارا للمحيطات ، وهي دراسة عالمية جارية تبحث في تأثير تغير المناخ على المحيطات. تعج عينات المياه هذه بالعوالق - وهي كائنات دقيقة تنجرف في التيار وغالبًا ما تعمل كمضيف لفيروسات الحمض النووي الريبي. لاكتشاف الفيروسات داخل هذه العوالق ، قام الباحثون بفحص جميع الحمض النووي الريبي في خلايا العوالق للعثور على مقتطف معين من الشفرة الجينية ، يسمى جين RdRp.

قال دومينغيز هويرتا ، الذي يعمل حاليًا كمستشار علمي مع شركة تُدعى Virosphaera: "هذا هو تسلسل الترميز الوحيد المشترك عبر جميع فيروسات الحمض النووي الريبي". ومع ذلك ، فإن جين RdRp غائب عن الخلايا وأنواع الفيروسات الأخرى. 

في النهاية ، وجد الفريق الكثير من فيروسات الحمض النووي الريبي المخبأة في العوالق لدرجة أنهم اقترحوا مضاعفة عدد شعب فيروسات الحمض النووي الريبي - الفئة التصنيفية الواسعة التي تقع أسفل "المملكة" - من خمسة إلى 10 من أجل تصنيفهم جميعًا.

من هناك ، أراد الباحثون أن يفهموا بشكل أفضل كيفية انتشار هذه الفيروسات في جميع أنحاء العالم وما هي المضيفات التي تستهدفها. 

قرر العلماء أن المجتمعات الفيروسية يمكن تصنيفها إلى أربع مناطق رئيسية: القطب الشمالي والقطب الجنوبي والمعتدل والمداري Epipelagic ، وهذا يعني بالقرب من سطح المحيط ، و Mesopelagic المعتدلة والمدارية ، وهذا يعني حوالي 656 إلى 3280 قدمًا (200 إلى 1000 متر) تحت الماء. ومن المثير للاهتمام ، أن تنوع الفيروسات بدا أعلى في المناطق القطبية ، على الرغم من وجود مجموعة متنوعة من العوائل التي تصيب في المياه الدافئة.  

في رحلة استكشافية استمرت لسنوات ، جمع العلماء عينات من المياه من جميع محيطات العالم.

قال المؤلف الأول المشارك أحمد زايد ، عالم أبحاث في قسم الأحياء الدقيقة بجامعة ولاية أوهايو: "الفيروسات ، عندما يتعلق الأمر بالتنوع ، لا تهتم حقًا بمدى برودة الماء". هذا الاكتشاف يلمح إلى أنه بالقرب من القطبين ، من المحتمل أن تتنافس العديد من الفيروسات على نفس المضيفين ، كما قال زايد لـLive Science Arab.

لتحديد المضيفين الفيروسيين ، استخدم الفريق عدة استراتيجيات ؛ على سبيل المثال ، تضمنت إحدى الطرق مقارنة جينومات فيروسات الحمض النووي الريبي مع مضيفات معروفة مع تلك الموجودة في الفيروسات المكتشفة حديثًا ، واشتملت طريقة أخرى على البحث عن مقتطفات نادرة من الحمض النووي الريبي في جينومات الخلايا المضيفة ، حيث يمكن أحيانًا ترك أجزاء من الحمض النووي الريبي وراءها. كشف هذا التحليل أن العديد من فيروسات الحمض النووي الريبي في المحيط تصيب الفطريات والطلائعيات ، وبعضها يصيب اللافقاريات وجزء صغير يصيب البكتيريا . 

وقال دومينجيز هويرتا إن الفريق اكتشف أيضًا بشكل غير متوقع أن 95 من الفيروسات تحمل جينات "سرقتها" من الخلايا المضيفة لها. في المضيف ، تساعد هذه الجينات على توجيه عمليات التمثيل الغذائي داخل الخلية. وخلص الباحثون إلى أن هذا الاكتشاف يشير إلى أن الفيروسات قد عبثت بعملية التمثيل الغذائي لمضيفها بطريقة ما ، من أجل تعظيم إنتاج جزيئات فيروسية جديدة.

أشارت دومينغيز-هويرتا إلى أن بعض الدراسات الأصغر حجمًا قد ألمحت إلى قدرة الضرب الجيني هذه في الماضي.

بعد تحديد المضيفين المحتمل أن تصيب فيروسات المحيطات ، قرر الفريق أن حوالي 1200 من الفيروسات قد تكون متورطة في تصدير الكربون - وهي العملية التي يتم من خلالها استخراج الكربون من الغلاف الجوي ، ودمجها في الكائنات البحرية ثم "تصديرها" إلى أعماق البحار حيث تغرق تلك الكائنات في قاع البحر بعد الموت. 

كلما تعمقت مخازن الكربون هذه ، زاد احتمال بقائها مخزنة في المحيط قبل إعادة تدويرها إلى الغلاف الجوي ، وفقًا لمعهد أبحاث خليج مونتيري للأحياء المائية. لهذا السبب ، يعد تصدير الكربون عاملاً مهمًا يدرجه العلماء في نماذج تغير المناخ. تشير الدراسة الجديدة إلى أن إصابة الكائنات البحرية بفيروسات الحمض النووي الريبي قد تكون عاملاً آخر غير معترف به سابقًا يقود تدفق الكربون في المحيطات ، من حيث أن الفيروسات تغير النشاط الخلوي للمضيف الذي تصيبه. 

قال فيلهلم إن فيروسات الحمض النووي الريبي قد تدفع أيضًا تدفق الكربون عن طريق فصل مضيفيها وانسكاب الكربون المحتجز في المحيط ، نظرًا لأن الفيروسات غالبًا ما تنفجر من مضيفها بعد التكاثر السريع داخلها.