Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications группой ученых под руководством Ванга, Чжана и Анандарамана, проливает свет на сложные взаимоотношения между вирусами и их хозяевами в пресноводных экосистемах. Используя передовые метагеномные методы, исследователи изучили, как одновременное воздействие экологических стрессоров, таких как загрязнение питательными веществами и колебания температуры, влияет на взаимодействие вирусов и их хозяев в пресноводных пищевых сетях.
Результаты подчеркивают хрупкий баланс, поддерживающий эти взаимодействия, и потенциальные каскадные эффекты экологических стрессоров на биоразнообразие и функционирование пресноводных экосистем. Пресноводные системы являются жизненно важными резервуарами биоразнообразия и поддерживают миллионы людей по всему миру. Однако эти экосистемы все чаще подвергаются воздействию многофакторных стрессоров, включая загрязнение питательными веществами, колебания температуры и токсичные загрязнители.
Вирусы играют решающую роль в регулировании микробных популяций и управлении биогеохимическими циклами в этих средах. Понимание того, как комбинированное воздействие экологических факторов влияет на взаимодействие вирусов и их хозяев, имеет важное значение для прогнозирования реакций экосистем на изменение окружающей среды. Исследователи провели контролируемые эксперименты в пресноводных мезокосмах для моделирования различных экологических стрессоров и их воздействия на вирусные и микробные сообщества.
Путем отбора проб ДНК из различных трофических уровней в этих мезокосмах они с беспрецедентной точностью идентифицировали геномы вирусов и их ассоциированных бактериальных и микробных эукариотических хозяев. Этот метагеномный подход выявил значительные сдвиги в составе вирусных сообществ и закономерностях связей между хозяевами под воздействием экологических возмущений.
Одним из наиболее поразительных результатов стало фрагментация сетей взаимодействия вирусов и хозяев под воздействием множественных стрессоров. Обычно вирусы проявляют высокоспецифичные отношения со своими микробными хозяевами, контролируя численность и разнообразие хозяев посредством инфекции и лизиса. Исследование показало, что при одновременном воздействии таких стрессоров, как повышение температуры и поступление питательных веществ, эти тонко настроенные взаимодействия дестабилизируются. Давление вирусного хищничества ослабевает, что позволяет определенным микробным популяциям бесконтрольно размножаться, в то время как другие сокращаются.
Это нарушение имеет глубокие последствия для круговорота питательных веществ, поскольку вирусы опосредуют высвобождение клеточного содержимого, которое питает микробные пищевые сети. Исследования показывают, что загрязнение питательными веществами, такое как сток удобрений, может ускорять разложение органического вещества, вызывая потерю углерода из речных экосистем и снижая их способность поддерживать водную жизнь. В среднем наблюдалось увеличение биомассы и активности на 48% во всех уровнях пищевой сети, причем наиболее сильная реакция наблюдалась при одновременном поступлении азота и фосфора.
Результаты исследования подчеркивают важность учета множественных стрессоров при оценке экологических рисков и разработке стратегий сохранения. Демонстрация того, что множественные стрессоры могут синергетически ухудшать взаимодействие вирусов и хозяев, предполагает, что традиционные однофакторные оценки могут недооценивать экологические риски. Эффективные стратегии сохранения должны учитывать многофакторное воздействие стрессоров и признавать основополагающую роль, которую вирусные сообщества играют в стабильности экосистем.
Например, колебания температуры могут смягчать негативное воздействие потепления на фотосинтетическую активность и чистую продуктивность экосистем. Это новаторское исследование не только раскрывает хрупкий баланс, поддерживающий взаимодействие вирусов и хозяев в пресноводных экосистемах, но и предупреждает о далеко идущих последствиях нарушения этого баланса. Отслеживая невидимые вирусные течения, которые управляют микробной экологией, результаты предлагают преобразующую перспективу с широкими последствиями для сохранения биоразнообразия, экосистемных услуг и благополучия человека.
Интеграция метагеномики с экспериментальной экологией, продемонстрированная здесь, знаменует собой новую эпоху экологических наук, где невидимое царство вирусов становится маяком для понимания и защиты пресноводных сокровищ нашей планеты.