科学网—黄石公园巨型病毒的生命进化秘密
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2024-4-10 07:06
| 系统分类: 海外观察
巨型病毒 在生命进化中的重要性！
许多研究者这样认为， 国家公园富含微生物的沸腾温泉是早期地球上生命出现条件的模型。现在，对黄石一个温泉的研究表明，所谓的 “ 巨型病毒 ” 在这些原始生态系统中扮演了关键角色，并可能帮助推动了早期的进化步骤。
今天发表在《通讯生物学》杂志上的这项研究强调， “ 理解古代病毒的进化可能是我们理解 [ 生命 ] 早期发展的关键 ” ，能源部联合基因组研究所的微生物学家西蒙 · 鲁说，他没有参与这项工作。
自 2003 年发现以来，巨型病毒就让生物学家感到惊讶 。它们的 体积可以比一些细菌还大，它们的基因组比大多数病毒要大得多，它们具有一些细菌和其他细胞生命形式的特征 。生物学家们在深海中发现了巨型病毒，并在红藻的基因组中发现了它们的踪迹。它们也栖息在温泉中 —— 海因里希 · 海涅大学杜塞尔多夫分校的生物化学家安德烈亚斯 · 韦伯称之为 “ 提供早期真核生命窗口的时间胶囊 ” 。
为了更多地了解巨型病毒在温泉中的确立程度以及它们在那里扮演的角色，罗格斯大学的基因组科学家德巴希什 · 巴塔查亚和他的同事们利用了新的 DNA 测序和分析技术。他们专注于柠檬水溪，这是黄石公园一个非常酸性的温泉小溪，其温度保持在 44°C 左右。小溪的底部被一层厚厚的绿色藻垫覆盖，尽管颜色如此，但它们由红藻组成。研究人员从藻垫、相邻的土壤以及附近岩石之间的空间取样。他们对样本中的所有 DNA 进行了测序。
通过这次收获，博士后费利佩 · 贝尼特斯筛选出了所有已知的古菌、藻类和细菌序列。 这让他得到了大约 3700 个潜在病毒的 DNA ；令人惊讶的是，其中近三分之二是巨型病毒。 通过进一步的计算机分析，贝尼特斯及其同事能够拼凑出大约 25 种不同类型病毒的大部分基因组。他们认为这些病毒通过感染红藻来繁殖。
由于温泉在地质时期出现又消失，研究人员假设这些巨型病毒都不会很古老；他们认为每次温泉在某个地方出现时，新的病毒都会从较冷的环境中迁移进来并适应高温。但他们的生物分子讲述了不同的故事。 “ 病毒与 [ 宿主 ] 之间的联系是古老的， ” 巴塔查亚说。
首先，病毒蛋白具有长期居住在温泉中的标志：它们倾向于有较短的环，并且比适应温和条件的蛋白质更紧凑。此外，它们的 DNA“ 偏向 ” 于拥有其他温泉居民所具有的相同的三碱基编码。当研究人员根据新测序的病毒和其他病毒基因重建了一个病毒家族树时，他们得出结论， 温泉病毒在病毒历史的早期就分叉了 。他们与红藻的关联可能可以追溯到 15 亿年前，该团队报告说。
“ 这项工作支持了这样一个概念，即病毒存在于所有细胞生命存在的地方，病毒至少和细胞生命一样久远， ” 蒙大拿州立大学环境病毒学名誉教授马克 · 杨说，他没有参与这项工作。
它们也可能有助于解决一个进化难题。许多温泉居民通过借用彼此的基因来应对热量和毒素（如砷），但像藻类这样的更复杂生物是如何做到这一点的还是 “ 难以捉摸 ” ，研究红藻基因交换已有十年的韦伯说。病毒可能是中间媒介，他和其他人认为，它们很容易从细菌和古菌那里取得基因，并将它们传递给它们感染的真核生物。在这种角色中， “ 病毒可能在温泉群落的长期稳定性中发挥重要作用， ” 韦伯说。
巴塔查亚怀疑病毒可能以另一种方式也很重要：当它们感染藻类细胞时，它们导致细胞破裂，使其内容物可供其他细胞在一个营养物质稀缺的环境中生长。
研究人员还发现了另一个令人惊讶的现象：藻垫上、土壤中以及岩石之间的病毒群落出人意料地不同。 “ 我本以为相邻地点之间会有更多的交流，有时它们只相隔几厘米， ” 韦伯说。这些群落如何以及为什么保持如此孤立是另一个谜团，杨说 —— 这 “ 指出了我们对微生物群落中病毒的多样性和作用了解有多少。 ”
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