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

عندما يغير البشر مناخ الكوكب والنظم الإيكولوجية ، يبحث العلماء إلى تاريخ الأرض للمساعدة في التنبؤ بما قد يتكشف عن تغير المناخ. تحقيقًا لهذه الغاية ، تعمل الهياكل الجليدية الضخمة مثل الأنهار الجليدية كتجميد الطبيعة ، وأرشفة سجلات مفصلة للمناخات السابقة والنظم الإيكولوجية – بما في ذلك الفيروسات.

نحن فريق من علماء الأحياء الدقيقة وعلماء التاميل القديم الذين يدرسون الكائنات الحية الدقيقة القديمة ، بما في ذلك الفيروسات المحفوظة داخل الجليد الجليدي. جنبا إلى جنب مع زملائنا لوني تومبسون ، فرجينيا ريتش وغيرها من الباحثين في مجموعة الجليد الأساسي للعلم القديم في جامعة ولاية أوهايو ، نتحقق من التفاعلات بين الفيروسات وبيئتهم المؤرشفة في النوى الجليدية من جوليا الجليدية على الهضبة التبتية.

من خلال ربط جينومات المجتمعات الفيروسية القديمة بظروف مناخية محددة محفوظة في الجليد الجليدي ، يقدم أبحاثنا المنشورة حديثًا نظرة ثاقبة حول كيفية تكييف هذه الفيروسات مع مناخ الأرض المتغير على مدار الـ 41000 عام الماضية.

قراءة التاريخ في الجينات الفيروسية

لقد استخدمنا في المقام الأول metagenomes – مجموعات من الجينومات التي تلتقط المحتوى الوراثي الكلي لجميع الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في العينات البيئية – لإعادة بناء الجينومات الفيروسية من تسعة فترات زمنية متميزة داخل جوهر الجليدي. تمتد هذه الآفاق الزمنية على ثلاث دورات رئيسية باردة ، مما يوفر فرصة فريدة لمراقبة كيفية تغير المجتمعات الفيروسية استجابة لظروف مناخية مختلفة.

من خلال تحليلاتنا ، استعادنا جينومات ما يعادل 1705 نوعًا فيروسًا ، وتوسيع نطاق الفيروسات القديمة المحفوظة بالأنهار الجليدية التي تزيد عن خمسين أضعاف.

فقط حوالي ربع الأنواع الفيروسية ، وجدنا أوجه تشابه على مستوى الأنواع المشتركة مع أي من الفيروسات المحددة في ما يقرب من 1000 ميتاجنوم تم التقاطها سابقًا في مجموعات البيانات العالمية. وكانت معظم هذه الأنواع المتداخلة أيضا من هضبة التبت. هذا يشير إلى أنه على الأقل بعض الفيروسات المحفوظة في الجليدية الجليدية نشأت محليًا في المنطقة ، لكنها تحدثت أيضًا عن النقص النسبي للفيروسات الجليدية في قواعد البيانات المتاحة.

باستخدام هذه الجينومات المرجعية الجديدة ، حاولنا “قراءة” قصصهم.

كان أحد الاكتشافات الرئيسية هو أن المجتمعات الفيروسية تباينت بشكل كبير بين الفترات المناخية الباردة والدفء. ظهر مجتمع الأنواع الفيروسية الأكثر تميزًا على الجبل الجليدي منذ حوالي 11500 عام ، متزامنًا مع الانتقال الرئيسي من المرحلة الجليدية الأخيرة إلى الهولوسين. هذا يشير إلى أن الظروف المناخية الفريدة خلال الفترات الباردة والدافئة أثرت بشكل كبير على تكوين المجتمعات الفيروسية. نحن نفترض أن هذه التأثيرات كانت على الأرجح بسبب الفيروسات من أماكن أخرى يتم تفجيرها عن طريق تغيير أنماط الرياح وتخضع لضغوط الاختيار من تغيير درجات الحرارة على الجبل الجليدي.

حفر أعمق ، قررنا بعد ذلك كيف تفاعلت الفيروسات مع مضيفيها. للقيام بذلك ، استخدمنا نماذج الكمبيوتر لمقارنة الجينومات الفيروسية مع جينومات الميكروبات الأخرى الموجودة أيضًا في هذه البيئة. وجدنا أن الفيروسات مصابة باستمرار فلافوباكتيريوم، نسب من البكتيريا التي توجد عادة في بيئات الجبل الجليدي.

لقد تعلمنا أيضًا أن الفيروسات على الجليدية الجليدية يجب أن “سرقة” الجينات من مضيفيها للتلاعب بأعداءها. تم ترميزها داخل الجينومات الفيروسية 50 جينًا الأيض المساعدة المتعلقة بالتمثيل الغذائي ، بما في ذلك تخليق وتفصيل الفيتامينات والأحماض الأمينية والكربوهيدرات. كانت بعض هذه الجينات وفيرة في جميع الفواصل الزمنية التسعة التي تمت دراستها ، مما يشير إلى أنها تساعد المضيفين الميكروبيين في التعامل مع الظروف القاسية على الأسطح الجليدية وبالتالي تحسين اللياقة الفيروسية.

وبالتالي ، فإن الفيروسات لا تصيب الخلايا وتقتلها فحسب ، بل إنها على الأرجح تغير ملاءمة مضيفيها 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 ، في شكل فيروسات ، للتغيرات المناخية على عشرات الآلاف من السنين.

يوفر فهم هذه التفاعلات القديمة فرصة فريدة للبحث في المستقبل في كل من علم الفيروسات وعلوم المناخ. من خلال دراسة كيفية استجابة الفيروسات القديمة للتغيرات المناخية السابقة ، يمكن للباحثين اكتساب رؤى قيمة حول كيفية تتكيف الفيروسات مع تغير المناخ العالمي المستمر.

نعتقد أن الجليد الجليدي ، من خلال التقاط معلومات عن الكائنات الحية الدقيقة وأنظمةها الإيكولوجية مع مرور الوقت في كل طبقة ، لا يزال مصدرًا مهمًا لكشف تاريخ مناخ الأرض والحياة التي دعمتها – خاصةً مع انخفاض احتياطيات الجليد الجليدية بسرعة.

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة ، وهي مؤسسة إخبارية مستقلة غير ربحية تجلب لك الحقائق والتحليلات الجديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتبه: Zhi-Ping Zhong ، جامعة ولاية أوهايو؛ إلين موسلي ثومبسون ، جامعة ولاية أوهايو؛ لوني طومسون ، جامعة ولاية أوهايو؛ ماثيو سوليفان ، البشر في فيروس 8 ٪ – كيف يلعب الحمض النووي القديم في الجينوم دورًا في الأمراض البشرية والتنمية

حدد الباحثون أكثر من 5500 فيروسات جديدة في المحيط ، بما في ذلك الارتباط المفقود في التطور الفيروسيفيديو: كيف تعرض النوى الجليدية القديمة أحداث “Swan” في التاريخ – حتى الأوبئة

يتلقى Zhi-Ping Zhong دعم تمويل من زمالة Byrd Postdoctoral ، ومؤسسة Heings-Simons ، ومؤسسة العلوم الوطنية ، ومؤسسة Gordon و Betty Moore ، ومعهد الجينوم المشترك التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.

تتلقى إلين موسلي تومبسون تمويلًا من مؤسسة Heings-Simons

تتلقى لوني تومبسون تمويلًا من المؤسسة الوطنية للعلوم ، وأكاديمية العلوم الصينية و Heings-Simons Foundation

يتلقى ماثيو سوليفان تمويلًا من مؤسسة جوردون وبيتي مور ووزارة الطاقة الأمريكية.

تتلقى فرجينيا ريتش تمويلًا من مؤسسة Heings-Simons.