Могут ли вирусы влиять на климат?

Вирусы-цианофаги запрещают цианобактериям поглощать углекислый газ

Считается, что когда-то кислород появился на Земле благодаря морским цианобактериям – давным-давно они научились фотосинтезу и начали с помощью солнечного света запасать энергию и тратить её на синтез углеводов из углекислого газа, взамен выделяя О₂.

Сейчас цианобактерии и другие микроскопические фотосинтетики, живущие в Мировом океане, «съедают» половину всего СО₂ из атмосферы; поскольку углекислый газ считается одним из главных парниковых газов, роль океанических микробов в формировании земного климата трудно переоценить.

Однако цианобактерии, как и любые бактерии, часто становятся жертвами вирусов-цианофагов. Вирусы, попадая в клетку, используют её ресурсы для собственного размножения, для того, чтобы создать как можно больше новых вирусных частиц.Можно предположить, что с вирусом внутри цианобактериям становится не до фотосинтеза.

 

Исследователи из Уорикского университета решили поподробнее узнать, как вирусное заражение сказывается на фотосинтетических способностях цианобактерий Synechococcus – одних из самых многочисленных микробов-фотосинтетиков. Дэвид Скэнлан (David J. Scanlan) и его коллеги добавляли к культуре Synechococcus цианофагов, выловленных (точнее, выделенных) из воды Красного моря и пролива Ла-Манш.

В качестве источника СО₂ для бактерий использовали гидрокарбонат натрия, который легко распадается с образованием углекислого газа; углерод в гидрокарбонате был радиоактивным, чтобы можно было следить за поглощением СО₂ цианобактериями.

В статье в Current Biology авторы пишут, что спустя всего несколько часов после заражения фиксация углекислого газа в бактериальной культуре замедлялась: те Synechococcus, которым достались цианофаги из Красного моря, поглощали СО₂ в 4,8 раз медленнее, а те, которым достались цианофаги из Ла-Манша – в 2,3 раза медленнее по сравнению со «здоровыми» клетками.

При этом вирусы отключали вовсе не весь фотосинтез, а лишь его поздние стадии. Как известно, фотосинтетические реакции делятся на два этапа: на первом, или световом, энергия солнечного света улавливается специальными белковыми комплексами и запасается в виде энергетических молекул АТФ (и тут же образуется кислород); на втором, или темновом, этапе происходит превращение углекислого газа в глюкозу, на что и уходит запасённая в виде АТФ энергия.

Вирусы отключают именно стадию фиксации СО₂, что понятно – они зависят от внутриклеточных запасов энергии и потому стараются сохранить их для себя, для собственного размножения.

Насколько сильно подобные цианофаги могут повлиять на динамику углекислого газа? По оценкам исследователей, из-за вирусов в атмосфере могут оставаться непоглощёнными от 20 млн до 5,39 млрд тонн углерода, где верхняя цифра (5,39 млрд тонн) – это 10% всего углерода, который фиксируется (то есть превращается в усваиваемые углеводы) Мировым океаном, и 5% вообще всего углерода, фиксируемого всеми экосистемами Земли.

Возможно, парниковый эффект удалось бы сильно ослабить, если бы мы помогли цианобактериям как-то избавиться от их цианофагов. Но для того, чтобы точно определить степень вредительства вирусов и понять, стоит ли освобождать от них бактерий, нужно сначала узнать, насколько вообще бактерии от них страдают. А тут разброс цифр очень велик: по разным оценкам, доля заражённых цианобактерий составляет от 1% до 60%.

С другой стороны, вышеописанные эксперименты ставили в лабораторных условиях. В океане же, в условиях естественной экосистемы с множеством других цианобактерий и других цианофагов, ситуация с вирусным влиянием на фиксацию углекислого газа может выглядеть иначе.