تكشف الجينومات الفيروسية القديمة المحفوظة في الأنهار الجليدية عن تاريخ مناخ الأرض، وكيف تتكيف الفيروسات مع تغير المناخ

بينما يغير البشر مناخ الكوكب والأنظمة البيئية، يتطلع العلماء إلى تاريخ الأرض للمساعدة في التنبؤ بما قد يتكشف من تغير المناخ.ولتحقيق هذه الغاية، تعمل الهياكل الجليدية الضخمة مثل الأنهار الجليدية ثلاجات الطبيعة, وأرشفة السجلات التفصيلية للمناخات والأنظمة البيئية السابقة - بما في ذلك الفيروسات.

نحن فريق من علماء الأحياء الدقيقة و علماء المناخ القديم الذي يدرس الكائنات الحية الدقيقة القديمة، بما في ذلك الفيروسات المحفوظة داخل الجليد الجليدي.جنبا إلى جنب مع زملائنا لوني طومسون, فرجينيا ريتش وغيرهم من الباحثين في مجموعة علم المناخ القديم في قلب الجليد في جامعة ولاية أوهايو، نقوم بالتحقيق في التفاعلات بين الفيروسات وبيئتها المؤرشفة في عينات الجليد الجوفية من نهر جوليا الجليدي على هضبة التبت.

من خلال ربط جينومات المجتمعات الفيروسية القديمة بظروف مناخية محددة محفوظة في الجليد الجليدي، يقدم بحثنا المنشور حديثًا رؤى حول كيفية لقد تكيفت الفيروسات مع مناخ الأرض المتغير على مدى 41000 سنة الماضية.

قراءة التاريخ في الجينات الفيروسية

نحن في المقام الأول الميتاجينومات المستخدمة – مجموعات الجينوم التي تلتقط المحتوى الجيني الإجمالي لجميع الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في العينات البيئية – لإعادة بناء الجينومات الفيروسية من تسع فترات زمنية متميزة داخل قلب جوليا الجليدي.تمتد هذه الآفاق الزمنية على ثلاث دورات رئيسية من البرد إلى الدفء، مما يوفر فرصة فريدة لمراقبة كيفية تغير المجتمعات الفيروسية استجابةً للظروف المناخية المختلفة.

ومن خلال تحليلاتنا، استعدنا جينومات الـ ما يعادل 1705 نوعا من الفيروسات, مما أدى إلى توسيع الفيروسات القديمة المعروفة المحفوظة في الأنهار الجليدية أكثر من خمسين ضعفًا.

حوالي الربع فقط من بين الأنواع الفيروسية، وجدنا أوجه تشابه مشتركة على مستوى الأنواع مع أي من الفيروسات التي تم تحديدها في ما يقرب من 1000 ميتاجينوم تم التقاطها مسبقًا في مجموعات البيانات العالمية.وكانت معظم هذه الأنواع المتداخلة أيضًا من هضبة التبت.يشير هذا إلى أن بعض الفيروسات المحفوظة في نهر غوليا الجليدي على الأقل نشأت محليًا في المنطقة، لكنه يشير أيضًا إلى النقص النسبي في الفيروسات الجليدية في قواعد البيانات المتاحة.

وباستخدام هذه الجينومات المرجعية الجديدة، حاولنا "قراءة" قصصهم.

وكان أحد النتائج الرئيسية هو ذلك تباينت المجتمعات الفيروسية بشكل كبير بين الفترات المناخية الباردة والدافئة.ظهر المجتمع الأكثر تميزًا من الأنواع الفيروسية على النهر الجليدي منذ حوالي 11500 عام، بالتزامن مع التحول الرئيسي من المرحلة الجليدية الأخيرة إلى الهولوسين.يشير هذا إلى أن الظروف المناخية الفريدة خلال الفترات الباردة والدافئة أثرت بشكل عميق على تكوين المجتمعات الفيروسية.نحن نفترض أن هذه التأثيرات كانت على الأرجح بسبب فيروسات من أماكن أخرى تم نقلها عن طريق تغيير أنماط الرياح وإخضاعها لضغوط اختيارية من درجات الحرارة المتغيرة على النهر الجليدي.

ومن خلال التعمق أكثر، حددنا بعد ذلك كيفية تفاعل الفيروسات مع مضيفيها.وللقيام بذلك، استخدمنا نماذج حاسوبية لمقارنة الجينومات الفيروسية مع جينومات الميكروبات الأخرى الموجودة أيضًا في هذه البيئة.وجدنا أن الفيروسات المصابة باستمرار فلافوباكتريوم, ، سلالة من البكتيريا توجد عادة في البيئات الجليدية.

وعلمنا أيضًا أن الفيروسات الموجودة على نهر جوليا الجليدي يجب أن "تسرق" الجينات من مضيفيها للتلاعب بعملية التمثيل الغذائي الخاصة بها.كانت مشفرة داخل الجينومات الفيروسية 50 جينًا استقلابيًا مساعدًا تتعلق بعملية التمثيل الغذائي، بما في ذلك تخليق وتكسير الفيتامينات والأحماض الأمينية والكربوهيدرات.كانت بعض هذه الجينات وفيرة عبر الفترات الزمنية التسعة التي تمت دراستها، مما يشير إلى أنها تساعد المضيفين الميكروبيين على التكيف مع الظروف القاسية على الأسطح الجليدية وبالتالي تحسين اللياقة الفيروسية.

وبالتالي، فإن الفيروسات لا تصيب الخلايا وتقتلها فحسب، بل من المحتمل أيضًا أن تغير من لياقة مضيفها أثناء العدوى، مما يؤثر بدوره على قدرتها على البقاء في الظروف القاسية للبيئات الجليدية.

تغير المناخ مع مرور الوقت

تقدم النتائج التي توصلنا إليها وجهة نظر جديدة حول كيفية استجابة الحياة، على شكل فيروسات، للتغيرات المناخية على مدى عشرات الآلاف من السنين.

إن فهم هذه التفاعلات القديمة يوفر فرصة فريدة للبحث المستقبلي في علم الفيروسات وعلوم المناخ.ومن خلال دراسة كيفية استجابة الفيروسات القديمة للتغيرات المناخية الماضية، يمكن للباحثين الحصول على رؤى قيمة حول كيفية تكيف الفيروسات مع تغير المناخ العالمي المستمر.

نحن نعتقد أن الجليد الجليدي، من خلال التقاط معلومات عن الكائنات الحية الدقيقة وأنظمتها البيئية بمرور الوقت في كل طبقة، يظل موردًا بالغ الأهمية لكشف تاريخ مناخ الأرض والحياة التي دعمها - خاصة كمحميات الجليد الجليدي. تتضاءل بسرعة.