Вирусы как важный фактор суточной динамики морского бактериопланктона

Суточный цикл — один из самых распространённых периодических паттернов в морских экосистемах. Ранее суточные ритмы морского бактериопланктона часто объясняли такими факторами, как светозависимые физиологические механизмы бактерий или их взаимодействие с фотосинтезирующими организмами.

Однако важная роль вирусов в этих суточных изменениях долгое время оставалась недооценённой. Вирусы, как самые многочисленные, разнообразные и динамично меняющиеся частицы жизни в океане, являются неотъемлемым компонентом морских экосистем. Они регулируют глобальные биогеохимические циклы, заражая бактерии-хозяева. Предыдущие исследования уже показали, что активность вирусов следует определённым суточным паттернам.

Например, вирусы, заражающие фотосинтезирующие цианобактерии, более активны днём и склонны переходить в «спящее» состояние ночью. Однако о том, как вирусы в естественной морской среде влияют на суточные ритмы планктонных бактерий, известно мало, что мешает точному пониманию морских экосистем.

Новое исследование, опубликованное в Research, показало, что взаимодействия «вирус–хозяин» имеют разные суточные паттерны в прибрежных и открытых водах, и выявило вирусы как важный фактор, управляющий суточными изменениями морского бактериопланктона.

Команда под руководством профессоров Руй Чжана и Няньчжи Цзяо из Сямэньского университета собрала полевые образцы за полный суточный цикл из разных слоёв воды в прибрежной и открытой океанской средах. Они проанализировали взаимосвязь между численностью, продукцией, распадом и стратегиями заражения вирусов и численностью, метаболической активностью, структурой сообщества и разнообразием бактериопланктона, изучив суточные паттерны взаимодействий «вирус–хозяин». Результаты показывают, что эти суточные ритмы различаются в разных экосистемах и водных слоях.

Вирусы в поверхностных водах как прибрежной зоны, так и открытого океана демонстрируют паттерн «ночной продукции», для которого характерны низкая продукция и высокая скорость распада днём и высокая продукция с низкой скоростью распада ночью. В то же время паттерны различаются в слое максимума хлорофилла, у нижней границы эвфотической зоны и в афотическом слое. Более того, исследование показало, что в суточном масштабе литическое действие вирусов является важным фактором, подавляющим метаболическую активность бактерий.

Исследование также обнаружило, что суточные вариации в бактериальных сообществах разных местообитаний значительно зависят от разных стратегий вирусной инфекции. В прибрежных районах разнообразие бактериальных сообществ демонстрирует значительную отрицательную корреляцию с продукцией лизогенных вирусов.

Это говорит о том, что увеличение лизогенных инфекций приводит к снижению разнообразия сообществ бактерий-хозяев, что является веским доказательством в пользу новой теории «piggyback-the-winner» («прокатись на победителе»). В открытом океане, однако, наблюдается статистически значимая положительная корреляция между разнообразием бактериальных сообществ и продукцией литических вирусов.

Это указывает на то, что увеличение литических инфекций приводит к росту разнообразия сообществ бактерий-хозяев, что согласуется с классической моделью «kill-the-winner» («убей победителя»). Это показывает, что вирусные инфекции являются важным фактором, движущим суточные динамические изменения в морских бактериальных сообществах.

Таким образом, исследование показывает, что классическая теория «kill-the-winner» и новая «piggyback-the-winner» не противоречат друг другу, а служат взаимодополняющими, сосуществующими вирусными экологическими стратегиями. Это раскрывает, что взаимодействия «вирус–хозяин» имеют разные паттерны в разных экологических условиях.

Данное исследование определяет вирусы как важный фактор, управляющий суточными вариациями бактериальных сообществ. Выявленные паттерны взаимодействий «вирус–хозяин» также открывают новую перспективу для изучения вклада вирусов в морские биогеохимические циклы.

Выбор разных стратегий вирусной инфекции может не только регулировать структуру сообществ хозяев, но и влиять на морские углеродные циклы и глобальные климатические изменения, воздействуя на пул растворённого органического вещества. Будущие исследования должны углублённо изучить процессы и экологическую значимость литических и лизогенных взаимодействий «вирус–хозяин» в различных экологических условиях и на разных временных масштабах.