Oamenii de știință descoperă motorul secret al schimbărilor climatice

Studiul dezvăluie că microorganismele, odată infectate, conțin noi gene generatoare de metan.

Un studiu recent dezvăluie că virușii care infectează microbii contribuie la schimbările climatice, jucând un rol cheie în ciclarea metanului, un puternic gaz cu efect de seră, prin mediu.

Prin analiza a aproape 1000 de grupuri metagenomice ADN Prin date din 15 habitate diferite, de la diferite lacuri până la interiorul stomacului unei vaci, cercetătorii au descoperit că virusurile microbiene poartă elemente genetice speciale pentru a controla procesele metanului, numite gene metabolice accesorii (AMG). În funcție de locul în care trăiesc organismele, numărul acestor gene poate varia, ceea ce sugerează că impactul potențial al virușilor asupra mediului variază și în funcție de habitatul lor.

Această descoperire adaugă o piesă vitală pentru o mai bună înțelegere a modului în care metanul interacționează și se mișcă în diferite ecosisteme, a spus Zhiping Zhong, autorul principal al studiului și asociat de cercetare la Centrul de Cercetare Polară și Climatică Byrd de la Universitatea de Stat din Ohio.

„Este important să înțelegem modul în care microorganismele conduc procesele metanului”, a spus Zhong, care este și un microbiolog ale cărui cercetări studiază modul în care microbii evoluează în diverse medii. „Contribuțiile microbiene la metabolismul metanului au fost studiate de zeci de ani, dar cercetările în domeniul viral rămân în mare parte substudiate și dorim să aflăm mai multe.”

Studiul a fost publicat în jurnal Comunicarea naturii.

Rolul virusurilor în emisiile de gaze cu efect de seră

Virușii au ajutat la alimentarea tuturor proceselor ecologice, biogeochimice și evolutive de pe Pământ, dar oamenii de știință au început să exploreze legăturile lor cu schimbările climatice abia de curând. De exemplu, metanul este al doilea cel mai mare motor al emisiilor de gaze cu efect de seră după dioxidul de carbon, dar este produs în mare parte de organisme unicelulare numite arheea.

„Virușii sunt cea mai abundentă entitate biologică de pe Pământ”, a spus Matthew Sullivan, coautor al studiului și profesor de microbiologie la Centrul pentru Științe Microbiomului din Ohio. „Aici, extindem ceea ce știm despre efectele lor adăugând gene ciclului metanului pe lista lungă de gene. virus– gene metabolice codificate. Echipa noastră a încercat să răspundă cât de mult manipulează de fapt virușii „metabolismului microbian” în timpul infecției.

Deși rolul vital pe care îl joacă microbii în accelerarea încălzirii globale este acum binecunoscut, se știe puțin despre modul în care genele legate de metabolismul metanului codificate de virușii care infectează acești microbi afectează producția de metan, a spus Zhong. Rezolvarea acestui mister este ceea ce ia determinat pe Zhong și colegii săi să petreacă aproape un deceniu colectând și analizând probe de ADN microbian și viral din rezervoare microbiene unice.

Unul dintre cele mai importante locuri alese de echipa pentru studiu este Lacul Vrana, care face parte dintr-o rezervație naturală din Croația. În cadrul sedimentelor lacului bogat în metan, cercetătorii au descoperit o abundență de gene microbiene care influențează producția și oxidarea metanului. În plus, au explorat diverse comunități virale și au descoperit 13 tipuri de AMG care ajută la reglarea metabolismului gazdei lor. Cu toate acestea, nu există nicio dovadă că acești viruși codifică în mod direct genele metabolismului metanului în sine, ceea ce sugerează că impactul potențial al virușilor asupra ciclului metanului variază în funcție de habitatul lor, a spus Zhong.

Impactul asupra animalelor și asupra mediului

În general, studiul a arătat că un număr mai mare de AMG-uri ale metabolismului metanului este mai probabil să se găsească în mediile asociate gazdei, cum ar fi interiorul stomacului unei vaci, în timp ce mai puține dintre aceste gene se găsesc în habitatele de mediu, cum ar fi sedimentele lacurilor. Deoarece vacile și alte animale sunt, de asemenea, responsabile pentru generarea a aproximativ 40% din emisiile globale de metan, munca lor sugerează că relația complexă dintre viruși, organisme și mediu în ansamblu poate fi mai strâns legată decât credeau oamenii de știință anterior.

„Aceste rezultate indică faptul că impacturile globale cauzate de viruși sunt subestimate și merită mai multă atenție”, a spus Zhong.

Deși nu este clar dacă activitățile umane au influențat evoluția acestor viruși, echipa se așteaptă ca noi perspective din această lucrare să crească gradul de conștientizare cu privire la puterea agenților infecțioși care populează întreaga viață de pe Pământ. Cu toate acestea, pentru a continua să înveți mai multe despre mecanismele interne ale acestor viruși, vor fi necesare mai multe experimente pentru a înțelege mai multe despre contribuțiile lor la ciclul metanului de pe Pământ, a spus Zhong, mai ales pe măsură ce oamenii de știință lucrează pentru a găsi modalități de a atenua emisiile de metan cauzate de microbi.

„Această muncă este un pas de pornire în înțelegerea impactului viral al schimbărilor climatice”, a spus el. „Avem încă multe de învățat”.

Referință: „Potențialul viral de a modula metabolismul microbian al metanului variază în funcție de habitat” de Zhi-Ping Zhong, Jingjie Du, Stephan Köstlbacher, Petra Pjevac, Sandi Orlić și Matthew B. Sullivan, 29 februarie 2024, Comunicarea naturii.
doi: 10.1038/s41467-024-46109-x

Această lucrare a fost susținută de Fundația Națională pentru Știință, Fundația Croată pentru Știință, Fundația Gordon și Betty Moore, Fundația Hysing-Simons, Uniunea Europeană și Departamentul de Energie al SUA. Printre coautorii se numără Jinji Du din Ohio State, precum și Stefan Kostelbaker și Petra Bejevac de la Universitatea din Viena și Sandy Orlich de la Institutul Ruder Boškovitch.