導(dǎo)讀：研究人員發(fā)現(xiàn)一些漂浮在海洋中的微小的單細(xì)胞生物可能是以病毒為食的生物。
海洋浮游生物是一類具有進(jìn)化和功能多樣性的單細(xì)胞真核生物。含葉綠素的原生生物對整體碳固定有顯著貢獻(xiàn)，而不含葉綠素的異養(yǎng)生物和質(zhì)體混合營養(yǎng)菌被認(rèn)為是原核生物和原生生物的重要捕食者。由于吞噬營養(yǎng)的原生生物種類繁多，對捕食者與獵物之間特定的相互作用及其對生物地球化學(xué)循環(huán)的影響仍然知之甚少。
2020年9月24日，美國緬因州畢格羅海洋科學(xué)實驗室的Julia M. Brown等人在 Frontiers in Microbiology 雜志發(fā)表了題為：Single Cell Genomics Reveals Viruses Consumed by Marine Protists 的研究論文。
研究人員從緬因州灣和西班牙加泰羅尼亞海岸附近的地中海的表層海水中撈出了一些原生生物。發(fā)現(xiàn)大量的病毒DNA與兩種不同的原生生物有關(guān)，分別是choanozoans和picozoans。盡管這些單細(xì)胞生物中有一些并沒有緊密的親緣關(guān)系，但在這兩個類群的許多成員身上都出現(xiàn)了相同的DNA序列。這些漂浮在海洋中的微小的單細(xì)胞生物可能是第一個被證實以病毒為食的生物。
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緬因州畢格羅海洋科學(xué)實驗室的生物信息學(xué)家Julia Brown是該論文的第一作者，她說:“這些生物體之間的遠(yuǎn)親關(guān)系就像樹木和人類一樣，甚至比這還要遠(yuǎn)。這些病毒能夠感染我們發(fā)現(xiàn)的所有生物體，這是非常、非常不可能的。”
在進(jìn)行了一系列的測試之后，研究團(tuán)隊得出結(jié)論：這些原生生物很可能把病毒當(dāng)作食物吃掉了，而不是偶然吸收了它們的DNA或者被它們感染。
研究小組認(rèn)為，這可能會重塑我們對整個海洋食物網(wǎng)的看法，這個誰吃誰的網(wǎng)絡(luò)連接著從微小細(xì)菌到植物、藍(lán)鯨的一切。
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然而，來自維也納大學(xué)的生態(tài)學(xué)家Christian Griebler卻表示，這項研究并不能最終證明原生生物確實吃了病毒。單獨(dú)的細(xì)胞和病毒序列檢測，很難回答這些病毒顆粒是如何進(jìn)入細(xì)胞的問題。
Griebler說，還需要做更多的工作來證明這些原生生物如何以及是否吞食病毒，如果是這樣，它們從這些微小的零食中獲得了多少營養(yǎng)？
他指出，有細(xì)胞核保存DNA的原生生物，即真核生物，在過去已經(jīng)被證明攜帶病毒DNA。然而，科學(xué)家們并不清楚細(xì)胞最初是如何吸收病毒的。
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濾食的原生生物可能會從周圍的水中吸入自由漂浮的病毒，或者它們可能會攜帶上水中的病毒，這些病毒依附在海洋中的其他微小物質(zhì)顆粒上。此外，一種叫做噬菌體的病毒會感染細(xì)菌細(xì)胞，而以細(xì)菌為食的原生生物可能會無意中吸收這些病毒。
但是一個大問題仍然是，作為食物源的病毒對于那些能夠吞食它們的原生生物來說有多重要？
畢格羅海洋科學(xué)實驗室的高級研究科學(xué)家、該論文的通訊作者Ramunas Stepanauskas表示：“過去有關(guān)原生生物消耗病毒的少量研究是在受控的實驗室環(huán)境中進(jìn)行的，但是這些分離的原生生物并不能代表海洋中大量存在的物種，而且它們與現(xiàn)實世界中發(fā)生的事情之間的關(guān)系也沒有定論。”
為了找到原生生物吃病毒的真實證據(jù)，研究團(tuán)隊來到了廣闊的海洋。研究小組從緬因州灣和地中?？偣彩占私?700個原生生物個體。盡管前面提到的原生生物：choanozoans和picozoans主要出現(xiàn)在緬因灣的水樣中，但他們捕獲了10多個不同原生生物群體的細(xì)胞。
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然后，研究團(tuán)隊通過流式細(xì)胞儀對漂浮在水中的細(xì)胞進(jìn)行分類，他們分析了與每個分選細(xì)胞相關(guān)的DNA，其中包括細(xì)胞本身的DNA、附著在細(xì)胞表面的任何微生物以及被困在細(xì)胞內(nèi)的任何生物體。
總的來說，病毒DNA出現(xiàn)在來自緬因州海灣的51%的原生生物和來自地中海的35%的原生生物中，這些病毒大多數(shù)是噬菌體，或者是感染細(xì)菌的病毒。但是在choanozoans和picozoans組中，100%的樣本都含有病毒的DNA序列，但是相比之下細(xì)菌的DNA卻很少。
這暗示原生生物是孤立地吸收了病毒，而不是通過攝食被感染的細(xì)菌。
盡管有這些數(shù)據(jù)，對于病毒DNA是如何最終進(jìn)入原生生物體內(nèi)的，仍然有其他的解釋，包括原生生物消耗被感染的細(xì)菌細(xì)胞的可能性。
此外，如果這些病毒確實代表了一種食物來源，那么病毒提供的營養(yǎng)物質(zhì)的數(shù)量仍然需要計算。而一個粗略的計算表明，當(dāng)原生動物細(xì)胞吃掉一個細(xì)菌細(xì)胞時，它需要吃掉100個(或更多)病毒顆粒來獲得相同數(shù)量的碳。
“原生動物”——真核原生生物——“似乎不太可能從病毒飲食中滿足對碳和營養(yǎng)的需求。這就是說，雖然choanozoans以攝食細(xì)菌而聞名，但picozoans的飲食仍然有些神秘。
2007年發(fā)表在 PLOS ONE 雜志上的一篇報告發(fā)現(xiàn)，picozoa的取食器太小，無法捕獲細(xì)菌細(xì)胞，但大到足以吞噬直徑小于150納米的顆粒，其中可能包括病毒。
Stepanauskas指出:“Picozoa是海洋中一群非常神秘的原生生物。”他說，在一個特定的原生生物群落中，它們可以占到15%，尤其是那些生活在沿海水域的原生生物。因此，了解Picozoa是否吞噬病毒可以重塑我們對海洋中營養(yǎng)物質(zhì)流動方式的理解。
如果把海洋原生生物或海洋病毒的生物量結(jié)合起來，生物量比所有鯨魚的總和還要大。我們用肉眼看到的較大的生物體，它們完全依賴于微生物通過食物網(wǎng)將營養(yǎng)物質(zhì)輸送上去。病毒不僅感染細(xì)胞，而且可以被視為食物網(wǎng)中的一個關(guān)鍵節(jié)點，這一發(fā)現(xiàn)代表了“一種不同的思維方式”。
通過吞噬病毒，原生生物可以在整個海洋生態(tài)系統(tǒng)中產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，既可以限制感染細(xì)菌細(xì)胞的病毒數(shù)量，也可以將營養(yǎng)物質(zhì)從病毒中轉(zhuǎn)移到食物鏈的更高層次。
論文鏈接：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2020.524828/full
110102000668（1）號