海洋不僅容納大型捕食者，例如鯊魚或逆戟鯨。即使在微觀領(lǐng)域，一些單細(xì)胞物種也會消耗掉其他物種。鞭毛蟲屬于這些單細(xì)胞捕食者。它們廣泛分布在海洋中，以細(xì)菌和小藻類為食。鞭毛鞭毛蟲被認(rèn)為是動物中最接近的活單細(xì)胞近親，可以轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗉?xì)胞狀態(tài)。因此，經(jīng)常對它們進(jìn)行研究以了解像我們這樣的多細(xì)胞生物是如何形成的。

現(xiàn)在，由Alexandra Z. Worden教授(德國基爾市GEOMAR亥姆霍茲海洋研究中心/美國MBARI的蒙特雷灣水族館研究所)帶領(lǐng)的一組科學(xué)家，對鞭毛鞭毛蟲與病毒之間的相互作用提供了第一見解。經(jīng)過多年的努力，該團(tuán)隊(duì)能夠在這些單細(xì)胞捕食者中檢測到巨型病毒的基因組。該病毒的基因組大小和基因數(shù)量與小型細(xì)菌相當(dāng)。比基因組大小更令人驚訝的是它編碼并帶給宿主的許多功能。這項(xiàng)研究剛剛發(fā)表在“國家科學(xué)院學(xué)報(bào)”國際雜志上。

為了進(jìn)行這項(xiàng)研究，科學(xué)家們反復(fù)使用高科技儀器出海，其目標(biāo)是使用基于激光的可視化系統(tǒng)觀察水中的所有捕食性單細(xì)胞生物。然后，他們在稱為單細(xì)胞分選的過程中將這些細(xì)胞與其他微生物分開。Worden教授解釋說：“然后，對野生的每個(gè)捕食者進(jìn)行了測序-來自一個(gè)太平洋樣本的單細(xì)胞種類主要由未養(yǎng)殖的鞭毛藻物種控制。”

Worden Lab的博士后研究員，該報(bào)告的第一作者David Needham博士在同一細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了病毒的基因組序列。他表明，該病毒顯著編碼微生物視紫紅質(zhì)蛋白和相關(guān)色素的基因，這是以前在病毒中不曾見過的一組基因。已知其他類型的視紫紅質(zhì)系統(tǒng)負(fù)責(zé)檢測脊椎動物和許多其他動物的眼睛中的光。

來自美國，加拿大和英國的GEOMAR / MBARI團(tuán)隊(duì)和合作者專注于基于基因組的發(fā)現(xiàn)以及病毒的進(jìn)化生物學(xué)和分布，而東京大學(xué)，理研大學(xué)生物系統(tǒng)動力學(xué)研究中心和其他合作團(tuán)隊(duì)日本機(jī)構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)的研究產(chǎn)生了蛋白質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，并證明了它起著光驅(qū)動質(zhì)子泵的作用。

Worden教授強(qiáng)調(diào)說：“總的來說，這意味著宿主就像許多動物一樣是掠食性動物，在被病毒感染時(shí)會利用陽光。” 研究人員還拓寬了對這些基因在海洋巨型病毒中的分布的認(rèn)識，并表明視紫紅質(zhì)蛋白可能在真核細(xì)胞中具有許多特殊作用，包括浮游植物和單細(xì)胞捕食者。尚待闡明的是病毒在宿主細(xì)胞中的確切作用。“它是用于能量傳遞嗎?還是一種新的光感應(yīng)功能，可能會推動運(yùn)動或其他行為?” Worden教授強(qiáng)調(diào)這些是重要的開放性問題。

Worden團(tuán)隊(duì)和合作者的這項(xiàng)研究是GEOMAR科學(xué)家剛剛發(fā)表的關(guān)于病毒在海洋生態(tài)系統(tǒng)中的作用的兩份報(bào)告之一。在采用一系列創(chuàng)新的方法在合作研究中心1182的框架另一個(gè)顯著的研究“Metaorganisms，”漢努瑤烏特教授Humeida的研究小組公布的結(jié)果顯示細(xì)菌，病毒感染細(xì)菌(噬菌體)之間的復(fù)雜關(guān)系，和海綿。他們發(fā)現(xiàn)，即使是相鄰的海綿動物，盡管可以大量過濾相同的海水以捕獲食物顆粒，但它們還是各自獨(dú)特的，特定物種的病毒群落。第一作者馬丁·賈恩(Martin T. Jahn)說：“每個(gè)海綿個(gè)體都有自己獨(dú)特的病毒，與鄰近的海綿不同。” 海綿中一組豐富的噬菌體賦予共生細(xì)菌以蛋白質(zhì)，使細(xì)菌能夠逃脫宿主海綿的免疫反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)這些特定的噬菌體廣泛存在于與宿主相關(guān)的各種環(huán)境中，包括人類環(huán)境。

“這兩項(xiàng)研究共同表明，我們才剛剛開始理解病毒在海洋生態(tài)系統(tǒng)中的作用，而且對于一般的地球生命也是如此。關(guān)于海洋病毒多樣性及其在生態(tài)系統(tǒng)過程中的功能意義的研究才剛剛開始， “ GEOMAR的Hentschel Humeida教授表示。Worden教授強(qiáng)調(diào)：“這兩項(xiàng)研究的強(qiáng)大之處在于，它們闡明了宿主病毒在野外相互作用的主要新特征，將最先進(jìn)的技術(shù)和方法帶入了該領(lǐng)域，以研究未經(jīng)養(yǎng)殖但廣泛使用的海洋生物。這為了解海洋社區(qū)，它們?nèi)绾蜗嗷プ饔靡约叭绾问艿奖O(jiān)管打開了新的大門。在我們試圖了解未來社區(qū)的變化時(shí)，這些因素至關(guān)重要。”