فايروس. تستحضر الكلمة صور المرض والمخاوف من تفشي المرض. ومع ذلك، في المحيطات، ليست كل الفيروسات بمثابة أخبار سيئة.
ويلعب بعضها دورًا مفيدًا، بل وحاسمًا، في الحفاظ على الحياة البحرية.
في دراسة جديدة، قمنا نحن وفريق دولي من العلماء بفحص سلوك الفيروسات البحرية في نطاق كبير من المياه الغنية بالأكسجين تحت سطح المحيط الأطلسي. وما اكتشفناه هناك – ودورها في الشبكة الغذائية – يظهر الفيروسات البحرية في ضوء جديد.
دراسة شيء صغير جدًا
الفيروسات صغيرة بشكل لا يصدق، حيث لا يزيد قطرها عادةً عن عشرات النانومترات، وهي أصغر بحوالي مائة مرة من البكتيريا وأصغر بأكثر من ألف مرة من عرض خصلة شعر.
في الواقع، الفيروسات صغيرة جدًا لدرجة أنه لا يمكن رؤيتها باستخدام المجاهر التقليدية.
منذ عقود مضت، اعتقد العلماء أن الفيروسات البحرية لم تكن وفيرة ولا ذات صلة بالبيئة، على الرغم من الصلة الواضحة للفيروسات بالبشر والنباتات والحيوانات.
ثم أدى التقدم في استخدام المجاهر الإلكترونية النافذة في أواخر الثمانينات إلى تغيير كل شيء. تمكن العلماء من فحص مياه البحر بتكبير عالٍ للغاية وشاهدوا أجسامًا دائرية صغيرة تحتوي على الحمض النووي. كانت هذه فيروسات، وكان هناك عشرات الملايين منها في كل مليلتر من الماء – وهو عدد أكبر بعشرات الآلاف من المرات مما تم تقديره في الماضي.
نظرية لكيفية تغذية الفيروسات للعالم البحري
تصيب معظم الفيروسات البحرية خلايا الكائنات الحية الدقيقة – البكتيريا والطحالب التي تعمل كقاعدة للشبكة الغذائية للمحيطات والمسؤولة عن حوالي نصف الأكسجين المتولد على الكوكب.
بحلول أواخر التسعينيات، أدرك العلماء أن نشاط الفيروس من المحتمل أن يشكل كيفية دوران الكربون والمواد المغذية عبر أنظمة المحيطات. لقد افترضنا، فيما يعرف بنموذج التحويلة الفيروسية، أن الفيروسات البحرية تكسر خلايا الكائنات الحية الدقيقة وتطلق الكربون والمواد المغذية الخاصة بها في الماء.
يمكن أن تؤدي هذه العملية إلى زيادة كمية العناصر الغذائية التي تصل إلى العوالق النباتية البحرية. توفر العوالق النباتية الغذاء للكريل والأسماك، والتي بدورها تغذي الحياة البحرية الأكبر عبر المحيطات. وهذا يعني أن الفيروسات ضرورية لشبكة غذائية تقود صناعة عالمية واسعة النطاق لمصايد الأسماك وتربية الأحياء المائية تنتج ما يقرب من 200 مليون طن متري من المأكولات البحرية.
مشاهدة الفيروسات في العمل
في الدراسة الجديدة التي نشرت في مجلة Nature Communications بقيادة علماء الأحياء ناعومي جيلبرت ودانييل موراتوري، أظهر فريقنا الدولي التحويلة الفيروسية أثناء عملها.
أخذ الفريق عينات من شريط من الأكسجين يبلغ سمكه مترًا وينتشر لمئات الأميال عبر المحيط الأطلسي شبه الاستوائي. في هذه المنطقة، وهي جزء من بحر سارجاسو، تُعرف البكتيريا الزرقاء وحيدة الخلية باسم بروكلوروكوكوس تهيمن على عملية التمثيل الضوئي البحري بما يقرب من 50000 إلى ما يزيد عن 100000 خلية في كل ملليلتر من مياه البحر. هؤلاء بروكلوروكوكوس يمكن أن يصاب بالفيروسات.
من خلال تحديد تسلسل الحمض النووي الريبي (RNA) المجتمعي – الجزيئات التي تحمل التعليمات الجينية داخل الخلايا – تمكن فريقنا من النظر إلى ما كانت تحاول جميع الفيروسات تقريبًا ومضيفيها القيام به في وقت واحد.
لقد وجدنا أن معدل الإصابة بالفيروسات في هذا النطاق الغني بالأكسجين من المحيط أعلى بحوالي أربع مرات منه في الأجزاء الأخرى من المحيط المحيط، حيث لا تتكاثر البكتيريا الزرقاء بالسرعة نفسها. ولاحظنا أن الفيروسات تسبب إصابات واسعة النطاق في بروكلوروكوكوس.
كانت الفيروسات تهاجم الخلايا وتسكب المواد العضوية التي تمتصها البكتيريا وتستخدمها لتغذية النمو الجديد. استنشقت البكتيريا الكربون وأطلقت النيتروجين على شكل أمونيوم. ويبدو أن هذا النيتروجين كان يحفز عملية التمثيل الضوئي ونمو المزيد بروكلوروكوكوس الخلايا، مما أدى إلى إنتاج أكبر مما أدى إلى توليد شريط الأكسجين.
كان للعدوى الفيروسية تأثير على نطاق النظام البيئي.
قام العلماء على متن بعثة بحثية تابعة لمؤسسة العلوم الوطنية في المحيط الأطلسي المفتوح في عام 2019 بإعداد معدات لجمع عينات المياه على أعماق مختلفة لتحليل نشاط الفيروسات البحرية. إس دبليو فيلهلم
فهم العالم المجهري مهم
يمكن أن تسبب الفيروسات تأثيرات حادة ومزمنة وكارثية على صحة الإنسان والحيوان. لكن هذا البحث الجديد، الذي أصبح ممكنًا بفضل رحلة استكشافية في المحيطات المفتوحة بدعم من مؤسسة العلوم الوطنية، يضيف إلى مجموعة متزايدة من الدراسات التي تثبت أن الفيروسات تلعب دورًا رئيسيًا في كيفية عمل النظم البيئية، بما في ذلك من خلال لعب دور في تخزين الكربون في أعماق المحيطات.
نحن نعيش على كوكب متغير. يتطلب رصد التغيرات في البيئة والاستجابة لها فهم الميكروبات والآليات التي تحرك العمليات العالمية.
هذه الدراسة الجديدة هي تذكير بمدى أهمية استكشاف العالم المجهري بشكل أكبر، بما في ذلك حياة الفيروسات التي تشكل مصير الميكروبات وكيفية عمل نظام الأرض.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: ستيفن فيلهلم، جامعة تينيسي وجوشوا ويتز, جامعة ميريلاند
اقرأ المزيد:
تم دعم عمل ستيفن فيلهلم في هذه الدراسة من قبل مؤسسة العلوم الوطنية، والمعهد الوطني لعلوم الصحة البيئية، ومؤسسة سيمونز ومؤسسة آلن فاميلي الخيرية.
تم دعم عمل جوشوا ويتز في هذه الدراسة من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم، ومؤسسة سيمونز، ورئيس بليز باسكال لمنطقة إيل دو باريس.