冰川中保存的古代病毒基因组揭示了地球气候的历史 - 以及病毒如何适应气候变化

随着人类改变地球的气候和生态系统，科学家们正在寻找地球的历史来帮助预测气候变化可能会发生什么。为此，像冰川这样的巨大冰结构可以充当 大自然的冰柜, ，归档过去气候和生态系统（包括病毒）的详细记录。

我们是一个团队 微生物学家 和 古气候学家 研究古代微生物，包括保存在冰川冰中的病毒。与我们的同事一起 朗尼·汤普森, 弗吉尼亚·里奇 以及该研究所的其他研究人员 冰芯古气候学组 在俄亥俄州立大学，我们研究了保存在冰芯中的病毒与其环境之间的相互作用 青藏高原古里雅冰川.

通过将古代病毒群落的基因组与冰川中保存的特定气候条件联系起来，我们新发表的研究提供了关于这些病毒如何发生的见解。 病毒已经适应了地球不断变化的气候 过去41,000年。

解读病毒基因的历史

我们主要 使用的宏基因组 – 捕获环境样本中存在的所有微生物的总遗传内容的基因组集合 – 从古利亚冰芯内的九个不同时间间隔重建病毒基因组。这些时间范围跨越三个主要的冷到暖周期，为观察病毒群落如何响应不同的气候条件而变化提供了独特的机会。

通过我们的分析，我们恢复了基因组 相当于 1,705 种病毒, ，将已知的冰川保存的古代病毒扩大了五十倍以上。

仅约四分之一 在病毒物种中，我们发现与之前在全球数据集中捕获的近 1,000 个宏基因组中发现的任何病毒在物种水平上有相似之处。这些重叠的物种大多数也来自青藏高原。这表明，至少古利亚冰川中保存的一些病毒起源于该地区本地，但这也说明了现有数据库中冰川病毒相对缺乏。

使用这些新的参考基因组，我们尝试“阅读”他们的故事。

一项重要发现是 病毒群落差异显着 寒冷和温暖的气候时期之间。冰川上最独特的病毒物种群落出现于大约 11,500 年前，恰逢末次冰期到全新世的重大转变。这表明寒冷和温暖时期独特的气候条件深刻影响了病毒群落的组成。我们假设这些影响可能是由于风型变化而从其他地方吹来的病毒，以及冰川温度变化带来的选择压力。

通过更深入的研究，我们接下来确定了病毒如何与其宿主相互作用。为此，我们使用计算机模型将病毒基因组与在该环境中发现的其他微生物的基因组进行比较。我们发现病毒 持续感染 黄杆菌属, ，冰川环境中常见的细菌谱系。

我们还了解到，古利亚冰川上的病毒必须从宿主那里“窃取”基因来操纵它们的新陈代谢。病毒基因组中编码的是 50个辅助代谢基因 与新陈代谢有关，包括维生素、氨基酸和碳水化合物的合成和分解。其中一些基因在研究的所有九个时间间隔中都很丰富，这表明它们有助于微生物宿主应对冰川表面的恶劣条件，从而提高病毒的适应性。

因此，病毒不仅感染并杀死细胞，而且还可能在感染过程中改变宿主的适应性，进而影响它们在冰川环境极端条件下的生存能力。

气候随时间变化

我们的研究结果为了解病毒形式的生命如何应对数万年来的气候变化提供了新的视角。

了解这些古老的相互作用为病毒学和气候科学的未来研究提供了独特的机会。通过研究古代病毒如何应对过去的气候变化，研究人员可以获得有关病毒如何适应当前全球气候变化的宝贵见解。

我们相信，冰川冰通过捕获每一层随时间变化的微生物及其生态系统的信息，仍然是揭示地球气候及其所支持的生命历史的关键资源——特别是作为冰川冰储备 迅速减少.