科学家发现气候变化的秘密驱动因素

研究表明，微生物一旦被感染，就会含有新的产生甲烷的基因。

最近的一项研究表明，感染微生物的病毒在甲烷（一种强大的温室气体）在环境中的循环中发挥着关键作用，从而导致气候变化。

通过分析近 1000 个宏基因组 脱氧核糖核酸 通过从不同湖泊到牛胃内部等 15 个不同栖息地的数据，研究人员发现微生物病毒携带特殊的遗传元件来控制甲烷过程，称为辅助代谢基因 (AMG)。 根据生物体生活的地点，这些基因的数量可能会有所不同，这表明病毒对环境的潜在影响也因其栖息地而异。

该研究的主要作者、俄亥俄州立大学伯德极地与气候研究中心的研究员钟志平说，这一发现为更好地了解甲烷如何在不同生态系统中相互作用和移动提供了重要的一环。

“了解微生物如何驱动甲烷过程非常重要，”钟说，他也是一名微生物学家，研究微生物如何在不同环境中进化。 “微生物对甲烷代谢的贡献已经被研究了几十年，但病毒领域的研究仍然很大程度上未被充分研究，我们希望了解更多。”

该研究发表在期刊上 自然通讯。

病毒在温室气体排放中的作用

病毒为地球上所有的生态、生物地球化学和进化过程提供了动力，但科学家最近才开始探索它们与气候变化的联系。 例如，甲烷是继二氧化碳之后第二大温室气体排放源，但它主要是由称为古细菌的单细胞生物产生的。

“病毒是地球上最丰富的生物实体，”该研究的合著者、俄亥俄州立大学微生物组科学中心微生物学教授马修·沙利文说。 “在这里，我们通过将甲烷循环基因添加到一长串基因中来扩展我们对其影响的了解 病毒– 编码代谢基因。 我们的团队试图回答病毒在感染过程中实际操纵了多少“微生物代谢”。

钟说，尽管微生物在加速全球变暖方面发挥的重要作用现在已众所周知，但人们对感染这些微生物的病毒编码的甲烷代谢相关基因如何影响甲烷产生却知之甚少。 为了解开这个谜团，钟和他的同事花了近十年的时间从​​独特的微生物库中收集和分析微生物和病毒 DNA 样本。

该团队选择的最重要的研究地点之一是弗拉纳湖，它是克罗地亚自然保护区的一部分。 在富含甲烷的湖泊沉积物中，研究人员发现了大量影响甲烷产生和氧化的微生物基因。 此外，他们探索了不同的病毒群落，发现了 13 种有助于调节宿主新陈代谢的 AMG。 然而，没有证据表明这些病毒本身直接编码甲烷代谢基因，这表明病毒对甲烷循环的潜在影响因其栖息地而异，钟说。

对牲畜和环境的影响

总体而言，该研究表明，在与宿主相关的环境（例如牛的胃内部）中更有可能发现更多的甲烷代谢 AMG，而在湖泊沉积物等环境栖息地中发现的这些基因较少。 由于奶牛和其他牲畜产生的甲烷排放量约占全球甲烷排放量的 40%，因此他们的研究表明，病毒、生物体和整个环境之间的复杂关系可能比科学家之前认为的更为复杂。

“这些结果表明，病毒造成的全球影响被低估，值得更多关注，”钟说。

尽管尚不清楚人类活动是否影响了这些病毒的进化，但研究小组预计这项工作的新见解将提高人们对地球上所​​有生命中的传染源力量的认识。 然而，钟说，为了继续更多地了解这些病毒的内部机制，需要更多的实验来更多地了解它们对地球甲烷循环的贡献，特别是当科学家们努力寻找减少微生物引起的甲烷排放的方法时。

“这项工作是了解气候变化病毒影响的第一步，”他说。 “我们还有很多东西要学。”

参考文献：“病毒调节微生物甲烷代谢的潜力因栖息地而异”，作者：Zhi-Ping Zhu、Jingjie Du、Stephan Köstlbacher、Petra Pjevac、Sandi Orlić 和 Matthew B. Sullivan，2024 年 2 月 29 日， 自然通讯。
号码：10.1038/s41467-024-46109-x

这项工作得到了国家科学基金会、克罗地亚科学基金会、戈登和贝蒂摩尔基金会、海辛-西蒙斯基金会、欧盟和美国能源部的支持。 合著者包括俄亥俄州立大学的 Jinji Du、维也纳大学的 Stefan Kostelbaker 和 Petra Bejevac 以及罗德博斯科维奇研究所的 Sandy Orlich。