Một nghiên cứu tiên phong được công bố trên tạp chí Nature Communications đã làm sáng tỏ những động lực phức tạp giữa virus và vật chủ của chúng trong các hệ sinh thái nước ngọt. Các nhà nghiên cứu, dẫn đầu bởi Wang, Zhang và Anantharaman, đã sử dụng các kỹ thuật metagenomic tiên tiến để điều tra tác động của các yếu tố gây căng thẳng môi trường đồng thời, bao gồm ô nhiễm dinh dưỡng và biến động nhiệt độ, đối với các tương tác virus-chủ trong mạng lưới thức ăn nước ngọt. Phát hiện của họ nhấn mạnh sự cân bằng mong manh duy trì các tương tác này và nêu bật các tác động lan tỏa tiềm tàng của các yếu tố gây căng thẳng môi trường đối với đa dạng sinh học và chức năng hệ sinh thái nước ngọt.
Các hệ sinh thái nước ngọt, mặc dù chỉ chiếm chưa đầy ba phần trăm bề mặt Trái đất, nhưng lại là nơi sinh sống của gần mười phần trăm tất cả các loài động vật đã biết và gần một nửa số loài cá. Tuy nhiên, những môi trường sống quan trọng này đang ngày càng bị đe dọa bởi các yếu tố gây căng thẳng đa diện. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự kết hợp của nhiệt độ nước tăng và dư thừa dinh dưỡng, chủ yếu do ô nhiễm, tạo ra một môi trường nguy hiểm cho sự sống dưới nước. Sự đơn giản hóa của mạng lưới thức ăn trong các vùng nước ấm hơn, giàu dinh dưỡng hơn đã được quan sát, dẫn đến các chuỗi thức ăn ngắn hơn và suy thoái chức năng hệ sinh thái. Điều này đặc biệt ảnh hưởng đến các loài săn mồi đỉnh, vốn rất cần thiết cho sự ổn định của hệ sinh thái.
Nghiên cứu đã sử dụng các thí nghiệm mesocosm nước ngọt được kiểm soát để mô phỏng các yếu tố gây căng thẳng sinh thái khác nhau và ảnh hưởng của chúng đối với các cộng đồng virus và vi khuẩn. Bằng cách lấy mẫu DNA từ các lớp dinh dưỡng khác nhau trong các mesocosm này, các nhà nghiên cứu đã xác định được bộ gen virus và các vật chủ vi khuẩn và sinh vật đơn bào nhân chuẩn của chúng với độ phân giải chưa từng có. Phương pháp metagenomic, cho phép giải trình tự vật liệu di truyền từ toàn bộ cộng đồng mà không cần nuôi cấy, đã tiết lộ sự đa dạng ẩn và tiềm năng chức năng của quần thể virus.
Một trong những phát hiện đáng chú ý nhất là sự phân mảnh của mạng lưới tương tác virus-chủ dưới tác động của nhiều yếu tố gây căng thẳng. Thông thường, virus thể hiện các mối quan hệ đặc hiệu cao với vật chủ vi khuẩn của chúng, thường kiểm soát số lượng và sự đa dạng của vật chủ thông qua nhiễm trùng và ly giải. Tuy nhiên, nghiên cứu đã phát hiện ra rằng khi các yếu tố gây căng thẳng như nhiệt độ tăng và tải lượng dinh dưỡng xảy ra đồng thời, các tương tác được điều chỉnh tinh vi này trở nên mất ổn định. Áp lực săn mồi của virus suy yếu, cho phép một số quần thể vi khuẩn phát triển mạnh mà không bị kiểm soát, trong khi những quần thể khác lại suy giảm. Sự gián đoạn các cơ chế kiểm soát của virus này có ý nghĩa sâu sắc đối với chu trình dinh dưỡng, vì virus điều tiết việc giải phóng các thành phần tế bào thúc đẩy mạng lưới thức ăn vi khuẩn.
Các phát hiện này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc xem xét nhiều yếu tố gây căng thẳng khi đánh giá rủi ro sinh thái và phát triển các chiến lược bảo tồn. Nghiên cứu đã chứng minh rằng nhiều yếu tố gây căng thẳng có thể làm suy giảm một cách hiệp đồng các tương tác virus-chủ, cho thấy rằng các đánh giá dựa trên một yếu tố duy nhất có thể đánh giá thấp rủi ro sinh thái. Các chiến lược bảo tồn hiệu quả sẽ cần kết hợp các tác động của nhiều yếu tố gây căng thẳng và nhận ra vai trò nền tảng mà các cộng đồng virus đóng góp vào sự ổn định của hệ sinh thái.
Nghiên cứu này cũng ủng hộ sức mạnh của sự hợp tác đa ngành kết hợp vi sinh vật học, sinh thái học, hệ gen học và sinh học tính toán. Sự tổng hợp các phương pháp mesocosm thực nghiệm với giải trình tự có thông lượng cao đã tạo ra một mô hình cho các cuộc điều tra trong tương lai nhằm làm sáng tỏ các quá trình sinh thái phức tạp. Bằng cách khám phá khía cạnh virus của chức năng hệ sinh thái, nghiên cứu của Wang và các cộng sự đã mở rộng câu chuyện sinh thái vượt ra ngoài các quan điểm truyền thống tập trung vào sinh vật vĩ mô, đặt virus vào trung tâm của khoa học môi trường.
Một phát hiện bổ sung từ các nghiên cứu gần đây cho thấy rằng các hệ sinh thái nước ngọt có mức dinh dưỡng thấp hơn có xu hướng có sự đa dạng loài virus thấp hơn so với các môi trường có năng suất cao hơn, cho thấy mối liên hệ giữa mức dinh dưỡng và sự phong phú của virus.