In Gletschern konservierte alte Virusgenome enthüllen die Geschichte des Erdklimas – und wie sich Viren an den Klimawandel anpassen

Während der Mensch das Klima und die Ökosysteme des Planeten verändert, blicken Wissenschaftler auf die Erdgeschichte, um vorherzusagen, was sich aus dem Klimawandel ergeben könnte.Zu diesem Zweck dienen massive Eisstrukturen wie Gletscher Die Gefrierschränke der Natur, Archivierung detaillierter Aufzeichnungen vergangener Klimazonen und Ökosysteme – einschließlich Viren.

Wir sind ein Team von Mikrobiologen Und Paläoklimatologen das antike Mikroorganismen untersucht, einschließlich Viren, die im Gletschereis konserviert sind.Zusammen mit unseren Kollegen Lonnie Thompson, Virginia Rich und andere Forscher am Gruppe für Eiskern-Paläoklimatologie An der Ohio State University untersuchen wir Wechselwirkungen zwischen Viren und ihrer Umgebung, archiviert in Eiskernen aus der Ohio State University Guliya-Gletscher auf dem tibetischen Plateau.

Durch die Verknüpfung der Genome alter Virusgemeinschaften mit spezifischen Klimabedingungen, die im Gletschereis erhalten bleiben, bietet unsere neu veröffentlichte Forschung Einblicke in die Funktionsweise dieser Bedingungen Viren haben sich an das sich verändernde Klima der Erde angepasst in den letzten 41.000 Jahren.

Geschichte in viralen Genen lesen

Wir in erster Linie verwendete Metagenome – Genomsammlungen, die den gesamten genetischen Inhalt aller in Umweltproben vorhandenen Mikroorganismen erfassen – um virale Genome aus neun verschiedenen Zeitintervallen innerhalb des Guliya-Eiskerns zu rekonstruieren.Diese Zeithorizonte umfassen drei große Kalt-Warm-Zyklen und bieten eine einzigartige Gelegenheit zu beobachten, wie sich Virusgemeinschaften als Reaktion auf unterschiedliche klimatische Bedingungen verändert haben.

Durch unsere Analysen haben wir die Genome der gefunden Äquivalent von 1.705 Virusarten, wodurch sich bekannte, in Gletschern konservierte alte Viren um mehr als das Fünfzigfache vergrößerten.

Nur etwa ein Viertel Bei den Virusarten fanden wir Ähnlichkeiten auf Artenebene mit allen Viren, die in fast 1.000 Metagenomen identifiziert wurden, die zuvor in globalen Datensätzen erfasst wurden.Die meisten dieser sich überschneidenden Arten stammten ebenfalls aus dem tibetischen Plateau.Dies deutet darauf hin, dass zumindest einige im Guliya-Gletscher konservierte Viren lokal in der Region entstanden sind, es deutet aber auch auf den relativen Mangel an Gletscherviren in den verfügbaren Datenbanken hin.

Mithilfe dieser neuen Referenzgenome versuchten wir, ihre Geschichten zu „lesen“.

Eine wichtige Erkenntnis war das Die viralen Gemeinschaften variierten erheblich zwischen kalten und warmen Klimaperioden.Die ausgeprägteste Gemeinschaft viraler Arten auf dem Gletscher entstand vor etwa 11.500 Jahren, zeitgleich mit dem großen Übergang vom letzten Gletscherstadium zum Holozän.Dies deutet darauf hin, dass die einzigartigen Klimabedingungen während der Kalt- und Warmperioden die Zusammensetzung der Virusgemeinschaften tiefgreifend beeinflusst haben.Wir gehen davon aus, dass diese Einflüsse wahrscheinlich darauf zurückzuführen sind, dass Viren von anderen Orten durch wechselnde Windmuster eingeblasen wurden und einem Selektionsdruck durch wechselnde Temperaturen auf dem Gletscher ausgesetzt waren.

Als wir tiefer gruben, stellten wir als Nächstes fest, wie Viren mit ihren Wirten interagierten.Dazu haben wir mithilfe von Computermodellen virale Genome mit den Genomen anderer Mikroben verglichen, die ebenfalls in dieser Umgebung vorkommen.Wir haben diese Viren gefunden ständig infiziert Flavobakterium, eine Bakterienlinie, die häufig in Gletscherumgebungen vorkommt.

Wir haben auch erfahren, dass Viren auf dem Guliya-Gletscher ihren Wirten Gene „stehlen“ müssen, um ihren Stoffwechsel zu manipulieren.Innerhalb der viralen Genome kodiert waren 50 zusätzliche Stoffwechselgene im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel, einschließlich der Synthese und dem Abbau von Vitaminen, Aminosäuren und Kohlenhydraten.Einige dieser Gene waren in allen neun untersuchten Zeitintervallen reichlich vorhanden, was darauf hindeutet, dass sie mikrobiellen Wirten helfen, mit den rauen Bedingungen auf Gletscheroberflächen zurechtzukommen und dadurch die virale Fitness zu verbessern.

Somit infizieren und töten Viren nicht nur Zellen, sondern verändern wahrscheinlich auch die Fitness ihrer Wirte während der Infektion, was wiederum ihre Fähigkeit beeinflusst, unter den extremen Bedingungen der Gletscherumgebung zu überleben.

Klimawandel im Laufe der Zeit

Unsere Ergebnisse bieten eine neue Perspektive darauf, wie Leben in Form von Viren über Zehntausende von Jahren auf klimatische Veränderungen reagiert hat.

Das Verständnis dieser alten Wechselwirkungen bietet eine einzigartige Gelegenheit für zukünftige Forschung sowohl in der Virologie als auch in den Klimawissenschaften.Durch die Untersuchung, wie alte Viren auf vergangene Klimaveränderungen reagierten, können Forscher wertvolle Erkenntnisse darüber gewinnen, wie sich Viren an den anhaltenden globalen Klimawandel anpassen.

Wir glauben, dass Gletschereis durch die Erfassung von Informationen über Mikroorganismen und ihre Ökosysteme im Laufe der Zeit in jeder Schicht eine entscheidende Ressource für die Aufklärung der Geschichte des Erdklimas und des darauf basierenden Lebens bleibt – insbesondere als Gletschereisreserven nehmen schnell ab.