氷河に保存されていた古代のウイルスゲノムは、地球の気候の歴史とウイルスが気候変動にどのように適応するかを明らかにします

人間が地球の気候と生態系を変える中、科学者たちは気候変動から何が起こるかを予測するために地球の歴史に注目しています。この目的のために、氷河のような巨大な氷の構造は、 自然の冷凍庫, 、ウイルスを含む過去の気候と生態系の詳細な記録をアーカイブします。

私たちは次のチームです 微生物学者 そして 古気候学者 氷河の氷の中に保存されていたウイルスを含む古代の微生物を研究する研究です。私たちの仲間たちと一緒に ロニー・トンプソン, ヴァージニア・リッチ および他の研究者 氷床古気候学グループ オハイオ州立大学では、氷床コアに保管されたウイルスとその環境との相互作用を研究しています。 チベット高原のグリヤ氷河.

私たちが新たに発表した研究では、古代のウイルス群集のゲノムを氷河の氷に保存されている特定の気候条件と結びつけることで、ウイルス群集がどのようにウイルス群集の環境に存在するのかについての洞察を提供している。 ウイルスは地球の気候変動に適応してきた 過去41,000年にわたって。

ウイルス遺伝子の歴史を読む

私たちは主に 使用されたメタゲノム – 環境サンプル中に存在するすべての微生物の全遺伝的内容を捕捉するゲノムのコレクション – グリヤ氷床コア内の 9 つの異なる時間間隔からウイルス ゲノムを再構築します。これらの時間軸は 3 つの主要な寒冷から温暖のサイクルにまたがっており、さまざまな気候条件に応じてウイルス コミュニティがどのように変化したかを観察するユニークな機会を提供します。

分析を通じて、私たちはゲノムを回復しました。 1,705種類のウイルスに相当, 、氷河に保存されている既知の古代ウイルスを50倍以上に拡大しました。

たったの4分の1くらい 私たちは、世界のデータセットで以前に捕捉された約 1,000 のメタゲノムで同定されたウイルスのいずれかと種レベルの類似性を共有するウイルス種を発見しました。これらの重複する種のほとんどもチベット高原出身でした。これは、グリヤ氷河に保存されている少なくとも一部のウイルスがこの地域で局所的に発生したことを示唆していますが、利用可能なデータベースに氷河ウイルスが相対的に不足していることも物語っています。

これらの新しい参照ゲノムを使用して、私たちは彼らの物語を「読み取る」ことを試みました。

重要な発見の 1 つは、 ウイルスコミュニティは大きく異なります 寒い気候期と暖かい気候期の間。氷河上で最も特徴的なウイルス種のコミュニティは約 11,500 年前に出現し、これは最終氷期から完新世への大きな移行期と一致しました。これは、寒冷期と温暖期の独特の気候条件がウイルス群集の構成に大きな影響を与えたことを示唆しています。私たちは、これらの影響は、風のパターンの変化によって他の場所からウイルスが吹き込まれ、氷河の温度変化による選択圧を受けたことによるものである可能性が高いと仮説を立てています。

次に、ウイルスが宿主とどのように相互作用するかをさらに詳しく調べました。これを行うために、私たちはコンピューター モデルを使用して、ウイルスのゲノムをこの環境に存在する他の微生物のゲノムと比較しました。私たちはウイルスを発見しました 継続的に感染している フラボバクテリウム, 、氷河環境で一般的に見られる細菌の系統。

また、グリヤ氷河のウイルスは代謝を操作するために宿主から遺伝子を「盗む」必要があることも分かりました。ウイルスゲノム内にコードされていたのは、 50の補助代謝遺伝子 ビタミン、アミノ酸、炭水化物の合成と分解を含む代謝に関連します。これらの遺伝子の一部は、調査した9つの期間すべてにわたって豊富に存在しており、微生物宿主が氷河表面の過酷な条件に対処するのを助け、それによってウイルスの適応度を向上させることを示唆している。

したがって、ウイルスは細胞に感染して殺すだけでなく、感染中に宿主の適応度を変化させ、ひいては氷河環境の極限状態での生存能力に影響を与える可能性が高い。

時間の経過に伴う気候変動

私たちの発見は、ウイルスの形で生命が数万年にわたる気候変動にどのように反応してきたかについて、新しい視点を提供します。

これらの古代の相互作用を理解することは、ウイルス学と気候科学の両方における将来の研究のためのユニークな機会を提供します。古代のウイルスが過去の気候変動にどのように反応したかを研究することで、研究者はウイルスが現在進行中の地球規模の気候変動にどのように適応するかについて貴重な洞察を得ることができます。

私たちは、氷河が各層の微生物とその生態系に関する情報を時間の経過とともに捕捉することにより、特に氷河の氷の埋蔵量として、地球の気候とそれが支えてきた生命の歴史を解明するための重要な資源であり続けると信じています。 急速に減少する.