点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:科学家找到了噬食病毒的生物
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

科学家找到了噬食病毒的生物

来源:环球科学2020-10-16 08:53

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面


image.png

  撰文 | 罗丁豪

  编辑 | 吴非

  病毒体型微小,但它们在生态系统中无处不在。据研究估算,世界上病毒的数目大约是1031,比宇宙中的恒星总数还要多1亿倍,总重量则与250亿人的体重相当。几乎所有的物种,都会被病毒感染。但有趣的是,很长一段时间内,科学家从未找到一种以病毒为食的生物——一直以来,病毒似乎处于食物链之外,只顾感染并蚕食生物,而不会被生物当成食物。这看上去不合常理。因此,生物学家一直在寻找噬食病毒的生物。就在最近,他们终于在两类原生生物的体内,找到了它们食用病毒的证据。

  寻找“噬病毒体”

  实际上,这并不是科学家第一次发现“噬病毒体”。早在2008年,法国科学家就发现了一种能感染、消灭病毒的病毒,并将其命名为“斯普特尼克”(Sputnik,俄文意为“卫星”)。但想要找到食用病毒的生物,却没那么简单。此前,科学家就发现一些原生生物体内有病毒的DNA,因此怀疑它们有可能吃下了病毒;更何况,一些实验表明,原生生物也的确能够以病毒为食。但美国毕格罗海洋科学实验室(Bigelow Laboratory for Ocean Sciences)的拉穆纳斯·斯特潘纳乌斯卡斯(Ramunas Stepanauskas)研究员认为,这些实验室培养的原生生物并不能代表自然界中的情况。为了了解在自然情况下原生生物是否真的以病毒为食,斯特潘纳乌斯卡斯的团队决定前往海岸,搜集浮游原生生物的信息。

image.png

在缅因州的海湾中收集海面样本。

  在美国缅因州的海湾和地中海里,研究人员总共采集了1698个原生生物样本,并对这些样本进行了DNA序列分析。他们采用了单细胞基因组分析(single-cell genomics),其测序结果可以说明微生物和病毒是否存在。

  这些原生生物来自十多个不同的门。其中,在51%的来自缅因海湾的原生生物样本,以及35%的来自地中海的样本中,都检测到了病毒DNA。值得注意的是,在皮胆虫(picozoan)和聚胞动物(choanozoan)两类原生生物的样本中,每一个个体都含有病毒DNA。虽然有些原生生物可能以细菌为食,而噬菌体会寄生在细菌中,从而“搭便车”成为原生生物的晚宴,但是皮胆虫和聚胞动物样本中只有大量病毒DNA,却很少出现细菌DNA,这足以排除“搭便车”的可能性。并且,2013年的一项研究还指出,皮胆虫的进食“器官”大小并不足以吞噬细菌,吃下病毒倒是绰绰有余。研究团队称,加上之前的实验室研究,我们终于有证据证明,噬食病毒的原生生物的确存在。团队的分析结果于9月24日发表在《微生物学前沿》(Frontiers in Microbiology)期刊上。

image.png

左:聚胞动物;右:皮胆虫。

  不论是对于皮胆虫还是聚胞动物研究来说,这都是激动人心的发现。一方面,聚胞动物长3~10微米,是动物和真菌的近亲,与海绵的鞭毛细胞(choanocyte)有着惊人的相似之处。另一方面,皮胆虫长度不到3微米,且自发现以来,科学家都未弄清皮胆虫的膳食是什么,毕竟如前所述,它们的“嘴”可吃不下细菌。

  “病毒含有丰富的磷和氮,或许能给皮胆虫和聚胞动物的伙食增添一些重要的营养元素。”毕格罗海洋科学实验室的生物信息学家朱莉娅·布朗(Julia Brown)指出。既然病毒不只消灭其他生物,还会反被其他生物消灭,在食物链中缺少的那一个节点,如今也能补上了。

  填补生态圈空缺

  对于像斯特潘纳乌斯卡斯这样的海洋微生物学家来说,这项研究提出了一个很重要的问题:既然原生生物能直接调控病毒的数量,这对海洋生态圈来说,这意味着什么?此前,最常用于解释海洋中病毒的角色的模型是“病毒分流模型”(viral shunt model),即病毒能够入侵并裂解海洋中的微生物,将它们以可溶性有机物(dissolved organic matter)的形式送回食物链底端。

  考虑到新研究的结果,论文的作者团队认为,要想解释海洋中生物和病毒的动态平衡,不只有“病毒分流模型”这一个办法。以往的模拟研究显示,这类简单的病毒-宿主-捕食者(virus-host-consumer)模型最后都会导致病毒和微生物之间激烈的资源竞争,从而导致其中一方的胜利和另一方的消失。而这次发现的原生生物能直接噬食病毒的证据,实际上稳定了这三者之间的交互,维持了平衡。

  斯特潘纳乌斯卡斯研究团队的最新发现则支持了“病毒穿梭模型”(viral shuttle model)。这个模型提出,原生生物食用病毒,能直接将病毒含有的有机材料从食物链底层向上输送;而病毒本身裂解其宿主,则将这些生物的有机材料送往食物链底层。这样一来,病毒就担任了食物链中的“穿梭车”,帮助维持海洋环境中的养料平衡。团队指出,过往已经有研究支持了这个新增“病毒连接”的存在。例如,2016年发表于《自然》的一项研究发现,病毒DNA与向食物链上方输送的有机物呈正相关,也就是说,病毒的确可能在食物链中担任“输送养料”的“穿梭车”。

image.png

“病毒穿梭模型”的简化图;在这个模型中,病毒既将其宿主裂解成溶解有机物,送至食物链底端,又被小型浮游生物(例如皮胆虫和聚胞动物)食用,将自身包含的有机物送至食物链上端。(制图:罗丁豪)

  研究团队表示,这项新结果并不是终点。知道有原生生物能以病毒为食,可以给我们提供“一个新的思考方向”。然而,这只是新研究方向的一个起点;要阐明病毒在海洋生态中的角色,我们仍需大量的研究。但现在我们总算知道,就连“感染一切”的病毒,也会沦为小小单细胞生物的晚餐,在大自然的动态平衡中,没有谁可以成为漏网之鱼。罗丁豪

  参考文献:

  [1] Wu, K. (2020). There are more viruses than stars in the universe. Why do only some infect us? National Geographic. 16 April, 2020. Retrieved 29 September, 2020 from: https://www.nationalgeographic.co.uk/science-and-technology/2020/04/there-are-more-viruses-stars-universe-why-do-only-some-infect-us.

  [2] La Scola, B., Desnues, C., Pagnier, I. et al. (2008). The virophage as a unique parasite of the giant mimivirus. Nature 455, 100–104. doi: 10.1038/nature07218.

  [3] Brown, J.M., Labonté, J.M., Brown, J. et al. (2020). Single Cell Genomics Reveals Viruses Consumed by Marine Protists. Front. Microbiol. 11:524828. doi: 10.3389/fmicb.2020.524828.

  [4] Seenivasan, R., Sausen, N., Medlin, L.K., & Melkonian, M. (2013). Picomonas judraskeda Gen. Et Sp. Nov.: The First Identified Member of the Picozoa Phylum Nov., a Widespread Group of Picoeukaryotes, Formerly Known as ‘Picobiliphytes’. PLoS ONE 8(3): e59565. doi: 10.1371/journal.pone.0059565.

  [5] Miki, T., & Yamamura, N. (2005). Intraguild predation reduces bacterial species richness and loosens the viral loop in aquatic systems: ‘kill the killer of the winner’ hypothesis. Aquat. Microb. Ecol. 40, 1-12. doi: 10.3354/ame040001.

  [6] Guidi, L., Chaffron, S., Bittner, L. et al. (2016) Plankton networks driving carbon export in the oligotrophic ocean. Nature 532, 465-470. doi: 10.1038/nature16942.

[ 责编:肖春芳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 沈阳举行纪念抗美援朝出国作战70周年活动

  • 三峡大坝生态蓄水即将抵进175米高程

独家策划

推荐阅读
四川省科学技术厅近日宣布,将对在科技活动中弄虚作假、违反科研伦理规范、转移挪用贪污财政科研经费等行为进行惩处,并将责任主体列入失信记录名单。
2020-10-24 21:11
地理信息产业具有促发展与保安全的双重属性,维护地理信息安全是促进地理信息产业发展的前提,没有国家安全就没有产业的可持续发展。全行业要强化国家安全意识,坚持总体国家安全观,守住国家地理信息的安全底线。
2020-10-24 21:10
日前,习近平总书记在湖南考察时强调:“自主创新是企业的生命,是企业爬坡过坎、发展壮大的根本。
2020-10-23 16:29
2020年,突如其来的新冠疫情给科普工作出了一道加试题。从科技馆到大篷车,中国科普搭建起一套跨越万水千山、覆盖全国的科普基础设施体系。
2020-10-23 09:41
10月12日0时57分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功将高分十三号卫星发射升空,我国在轨遥感卫星大家族又新添了一员。
2020-10-23 09:33
欢乐茶馆是一座吊脚楼式建筑,茶馆内随处可见蜡染工艺品和藤编装饰品,灯笼、抱枕、帷幔等文创产品也有不少苗族图腾元素。
2020-10-23 16:14
近年来,我国载人深潜技术和装备从无到有、从浅海到深海、从单项到系列,获得了前所未有的高速发展,取得了举世瞩目的成就
2020-10-23 16:11
芯片行业是技术资本密集行业,因此,其发展离不开人才的培养和资金的支持。要让这样的现象不再发生,各地政府必须在制定产业政策过程中充分尊重芯片行业的内在发展逻辑。
2020-10-23 16:05
中国始终把解决人民吃饭问题作为治国安邦的首要任务,经过艰苦奋斗和不懈努力,有效地解决了“吃得饱”的问题,城乡居民消费正在向“吃得好”跨越。
2020-10-23 16:20
《中国新一代人工智能发展报告2020》显示,2019年中国共发表人工智能论文2.87万篇,比上年增长12.4%,在人工智能领域各顶级国际会议上的活跃度和影响力不断提升。
2020-10-23 16:16
《怀柔科学城控制性详细规划(街区层面)(2020年—2035年)》(草案)昨天开始公示。
2020-10-23 16:15
进博会电力保障智慧升级 分布于上海的129个抢修基地、173个抢修驻点、5000余名抢修人员、近1000台应急抢修车辆也已全部到位,将以最佳状态迎接第三届进博会的到来。
2020-10-23 16:08
黄利斌说,我国及时出台阶段性、有针对性的减税降费政策,各项政策落地显效,有效缓解了企业生产经营困难。
2020-10-23 16:00
【环球网科技综合报道】美国东部时间10月21日,全球备受瞩目的权威AI基准测试MLPerf公布今年的推理测试榜单,浪潮AI服务器NF5488A5一举创造18项性能纪录,在数据中心AI推理性能上遥遥领先其他厂商产品。
2020-10-23 13:23
随着经济的发展,老百姓的收入增加了,拥有私家汽车已成为很普通的事情了。
2020-10-23 09:44
我们在初中物理课上就学过光速等于波长乘以频率的计算公式,在一般的环境中,光的速度是不变的,那么频率和波长的关系就是此消彼长的相互关系。
2020-10-23 09:44
10月14日,是26个月一遇的火星冲日。探测器发射要提前2-3个月  在航天时代以前,每逢火星冲日,全世界的天文学家都会把望远镜对准火星。
2020-10-23 09:42
各式各样的塑料产品、塑料包装在便利人们日常生活的同时,也引发了严重的环境问题。
2020-10-23 09:43
国仪量子(合肥)技术有限公司是国内最早成立的量子测量企业,技术源于中科院院士杜江峰领导的科研团队。
2020-10-23 16:10
国研智库、山东省政府发展研究中心和山东广播电视台主办,山东省高质量发展研究院(国研智库济南中心)、山东广播电视台融媒体资讯中心承办的“高端智库看山东‘十四五’规划调研行”走进德州,进行为期两天的调研,并举办交流座谈会,来自国家高端智库和相关部委及山东省内研究机构的近20位专家与会交流。调研过程中,专家对德州的发展予以充分肯定,对调研中发现的“堵点”“痛点”“难点”问题提出了优化发展建议。
2020-10-23 14:38
加载更多