Океан остаётся одной из наименее изученных экосистем планеты, и новые исследования показывают, что его микроскопические обитатели способны удивить даже специалистов. Тысячи ранее неизвестных вирусов могут играть важную роль в морских пищевых цепях и поддержании экологического равновесия. Изучение этого невидимого мира помогает не только расширить представления о разнообразии жизни, но и понять, какие последствия для океана может иметь вмешательство человека.
Почти 12 тысяч вирусов на глубине до шести километров
Исследователи изучили донные отложения в зоне Кларион — Клиппертон (Clarion-Clipperton Zone) — обширном районе Тихого океана между Мексикой и Гавайями. Этот участок морского дна, расположенный на глубине до 6000 метров, привлекает внимание промышленности благодаря богатым залежам полиметаллических конкреций — минеральных образований, содержащих марганец, никель, кобальт и другие металлы.
Однако новая работа показала, что ценность этого региона не ограничивается его минеральными ресурсами. В образцах донных отложений учёные обнаружили 11 742 различных вируса, причём 11 662 из них — более 99% — ранее не были известны науке.
Для исследования специалисты проанализировали более 60 образцов осадочных пород, собранных в глубинах Тихого океана. Затем они сравнили выявленные генетические последовательности с информацией из существующих научных баз данных.
Результаты оказались впечатляющими: лишь около 4% обнаруженных белковых кластеров совпали с уже известными последовательностями. Это указывает на то, насколько своеобразны вирусные сообщества глубоководных экосистем.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Как работают вирусы на морском дне?
Вирусы нередко ассоциируются прежде всего с инфекционными заболеваниями человека. Однако в природе они выполняют гораздо более разнообразные функции. Многие из обнаруженных в глубоководных отложениях вирусов относятся к группе бактериофагов — вирусов, заражающих бактерии.
Эти микроскопические агенты способны влиять на численность бактериальных популяций, обмен генетической информацией и круговорот химических элементов. В условиях глубокого океана их роль особенно важна: солнечный свет сюда не проникает, питательных веществ мало, а концентрация некоторых тяжёлых металлов может создавать дополнительную нагрузку на живые организмы.
Вирусы участвуют в переработке органического вещества. Когда они заражают и разрушают клетки микроорганизмов, содержащиеся в них соединения высвобождаются и снова становятся доступными для других участников экосистемы.
Таким образом, вирусы помогают поддерживать круговорот углерода, азота, фосфора и серы. Эти элементы необходимы для существования морских организмов и нормального функционирования океанской среды.
Кроме того, некоторые вирусы несут гены, способные влиять на обмен веществ бактерий и их устойчивость к неблагоприятным условиям. Обмен генетическим материалом также может помогать микроорганизмам адаптироваться к токсичному окружению.
Иными словами, вирусы здесь не просто уничтожают клетки. Они участвуют в формировании сложной сети биологических взаимодействий, от которой зависит устойчивость всей экосистемы.
Почему глубоководные вирусы не представляют массовой угрозы человеку?
Несмотря на внушительное количество открытий, исследователи не считают обнаруженные вирусы непосредственной угрозой для здоровья людей.
Большинство выявленных организмов относится к вирусам, заражающим бактерии. Они приспособлены к взаимодействию с определёнными микробными хозяевами и не являются человеческими патогенами.
Это важное уточнение: обнаружение тысяч новых вирусов не означает, что человечество столкнулось с тысячами новых инфекционных заболеваний. Напротив, значительная часть вирусного разнообразия связана с естественными процессами, поддерживающими существование экосистем.
При этом изучение таких организмов имеет большое значение для науки. Пока исследователи знают сравнительно мало о том, как именно большинство глубоководных вирусов взаимодействует со своими хозяевами и какие функции выполняют их гены.
Новые генетические данные помогут уточнить эти механизмы и лучше понять, как микроорганизмы выживают в условиях дефицита питательных веществ и повышенной концентрации металлов.
Чем опасна глубоководная добыча полезных ископаемых?
Открытие особенно актуально на фоне растущего интереса к добыче полезных ископаемых со дна океана. Никель, кобальт и марганец востребованы при производстве аккумуляторов и других современных технологий, поэтому глубоководные месторождения рассматриваются как потенциальный источник ценного сырья.
Но добыча металлов может серьёзно изменить окружающую среду.
Работа тяжёлой техники способна нарушать структуру донных отложений, разрушать места обитания микроорганизмов и поднимать в толщу воды облака взвешенных частиц. Такие взвеси могут распространяться за пределы непосредственной зоны добычи и воздействовать на организмы, которые не переносят резких изменений окружающих условий.
Если будут нарушены бактериальные сообщества, от которых зависят обнаруженные вирусы, последствия могут распространиться по всей системе взаимосвязанных биологических процессов. Изменения численности микроорганизмов способны повлиять на переработку органики и круговорот питательных элементов.
При этом последствия вмешательства человека пока трудно оценить количественно: для этого необходимо лучше понимать исходное состояние экосистемы и механизмы её восстановления после нарушений.
По данным публикации, Международный орган по морскому дну выдал 17 лицензий на разведку полезных ископаемых в зоне Кларион — Клиппертон. Пять из них принадлежат Китаю, исследователи которого провели описанную вирусологическую работу.
Почему это открытие важно до начала промышленной добычи?
Главная ценность исследования заключается не только в количестве обнаруженных вирусов. Учёные получили своего рода исходную карту микроскопической жизни в районе, который может стать объектом масштабной промышленной деятельности.
Такие данные позволяют зафиксировать состояние экосистемы до возможного начала добычи. В дальнейшем исследователи смогут сравнивать новые результаты с исходными показателями и выяснять, какие изменения связаны с деятельностью человека.
Это особенно важно для глубоководных районов, где восстановление нарушенных сообществ может оказаться сложным, а некоторые последствия вмешательства — длительными.
Пока учёным предстоит выяснить, как распределяются вирусные сообщества в разных участках океанского дна, насколько устойчивы они к внешним воздействиям и как быстро способны восстанавливаться после нарушения среды обитания.
Открытие почти 12 тысяч вирусов показывает, что глубоководный океан скрывает гораздо больше биологического разнообразия, чем можно было предположить по имеющимся данным. Прежде чем превращать его дно в источник промышленного сырья, необходимо понять, какие невидимые экологические связи поддерживают жизнь в этой необычной среде и что произойдёт, если они будут нарушены.
