Ученые предполагали, что вирусы в прибрежных илах могут подчиняться тем же закономерностям, что и в открытом океане: схожие типы и похожее поведение. Однако приливно-отливные илистые отмели почти не изучались, и состав местных вирусных сообществ оставался в значительной степени неизвестным.
Новые данные по прибрежным отложениям Китая усложнили эту картину. В иле выявили гигантские вирусы с гораздо более высоким разнообразием, чем ожидалось, включая как минимум одну ранее неизвестную науке линию, вероятно связанную с пока не рассматривавшимися хозяевами. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Эти организмы также долго оставались вне внимания исследователей. Группа под руководством Цичао Ту, микробиолога-эколога из Института морских наук и технологий Шаньдунского университета (SDU), начала изучение прибрежных отложений.
В рамках работы было собрано около 200 образцов ила с приливных зон вдоль побережья Китая. Обработано более пяти терабайт генетических данных. В результате получено 237 крупных вирусных геномов — наибольшее количество, ранее зафиксированное командой.
Речь идет не о вирусах, вызывающих простуду. Крупнейшие геномы содержат сотни тысяч букв ДНК, а у некоторых родственных форм в других средах — миллионы, что сопоставимо с генетическим материалом клеточных организмов.
Полученные 237 геномов разделились на две группы. Около двух третей составили гигантские вирусы, поражающие одноклеточные организмы и иловые сообщества, включая водоросли и амебы. Их поведение заметно отличается от вирусов, вызывающих болезни у человека.
Оставшаяся часть представлена гигантскими фагами — крупными родственниками вирусов, заражающих бактерии. Они несут расширенный набор генов, включая десятки элементов, помогающих им самостоятельно размножаться с меньшей зависимостью от хозяина.
Различие в типах определяет и пищевые связи в экосистеме. Гигантские вирусы воздействуют на водоросли и другие одноклеточные организмы в основании пищевой цепи, и последствия их заражения распространяются на целые сообщества.
Анализ родословных линий выявил неожиданную группу. Восемь геномов образовали отдельную ветвь, не относящуюся ни к одному известному семейству, фактически выделившись в самостоятельную линию.
Эта ветвь относится к порядку Imitervirales — крупной группе гигантских вирусов, поражающих водоросли и другие мелкие дрейфующие организмы. По характеристикам она оказалась достаточно обособленной, чтобы рассматриваться как потенциально новое семейство.
Неожиданным оказался и набор возможных хозяев. Семь из восьми вирусов были тесно связаны с членистоногими — группой, включающей насекомых, крабов и креветок. Это указывает на возможную связь гигантских вирусов с животными, а не только с микробами ила.
Однако статистическая связь не подтверждает заражение. Тем не менее обнаруженная ветвь, связанная с животным миром, указывает на пробелы в каталоге гигантских вирусов даже в хорошо изучаемых прибрежных отложениях.
Илистые отмели характеризуются постоянными изменениями. Дважды в сутки приливы и отливы меняют условия среды, чередуя богатые кислородом и бедные кислородом состояния и заставляя организмы адаптироваться к резким колебаниям.
Ранее исследования той же группы показали, что вирусное сообщество в таких зонах быстро меняется при изменении условий. Однако один гигантский фаг демонстрировал противоположную динамику и сохранял стабильность.
Один и тот же вирус с геномом около 229 000 букв ДНК обнаруживался во всех образцах из Циндао. Несмотря на разные сезоны и глубины отбора, последовательности совпадали более чем на 99,9%, что указывает на необычную стабильность.
Сравнение вирусов с окружающими организмами выявило закономерность. Наиболее тесная связь отмечена с грибами и одноклеточными организмами, питающимися растительным материалом, далее следовали водоросли, тогда как животные оказались на большем расстоянии.
Связь с грибами стала неожиданной, поскольку ранее они не рассматривались как хозяева гигантских вирусов. Предыдущие исследования в основном связывали такие вирусы с водорослями и амебами.
Анализ показал, что случайность в распределении вирусов играет большую роль, чем химические факторы среды. Распространение во многом зависит от случайного заноса и закрепления в экосистемах.
При этом влияние случайности снижается там, где присутствует большое количество подходящих хозяев, что связывает эволюцию вирусов с доступными организмами.
