Vědci objevili tajnou příčinu změny klimatu

Studie odhaluje, že jednou infikované mikroorganismy obsahují nové geny generující metan.

Nedávná studie odhaluje, že viry, které infikují mikroby, přispívají ke změně klimatu tím, že hrají klíčovou roli v koloběhu metanu, silného skleníkového plynu, skrz životní prostředí.

Analýzou téměř 1000 metagenomických skupin DNA Prostřednictvím údajů z 15 různých stanovišť, od různých jezer až po vnitřek kravského žaludku, vědci zjistili, že mikrobiální viry nesou speciální genetické prvky pro řízení procesů metanu, nazývané doplňkové metabolické geny (AMG). V závislosti na tom, kde organismy žijí, se počet těchto genů může lišit, což naznačuje, že potenciální dopad virů na životní prostředí se také liší v závislosti na jejich stanovišti.

Tento objev přidává zásadní kus k lepšímu pochopení toho, jak metan interaguje a pohybuje se v různých ekosystémech, řekl Zhiping Zhong, hlavní autor studie a výzkumný pracovník na The Ohio State University Byrd Polar and Climate Research Center.

„Je důležité pochopit, jak mikroorganismy řídí procesy metanu,“ řekl Zhong, který je také mikrobiolog, jehož výzkum studuje, jak se mikrobi vyvíjejí v různých prostředích. „Mikrobiální příspěvky k metabolismu metanu byly studovány po desetiletí, ale výzkum v oblasti virů zůstává z velké části nedostatečně prostudován a my se chceme dozvědět více.“

Studie byla publikována v časopise Příroda komunikace.

Role virů v emisích skleníkových plynů

Viry pomohly pohánět všechny ekologické, biogeochemické a evoluční procesy na Zemi, ale jejich souvislost se změnou klimatu začali vědci zkoumat teprve relativně nedávno. Například metan je po oxidu uhličitém druhým největším hybatelem emisí skleníkových plynů, ale je produkován převážně jednobuněčnými organismy nazývanými archaea.

„Viry jsou nejrozšířenější biologickou entitou na Zemi,“ řekl Matthew Sullivan, spoluautor studie a profesor mikrobiologie v Ohio State's Center for Microbiome Sciences. „Tady rozšiřujeme, co víme o jejich účincích, přidáním genů metanového cyklu do dlouhého seznamu genů virus– Kódované metabolické geny. Náš tým se snažil odpovědět na to, jak moc viry „mikrobiálního metabolismu“ během infekce skutečně manipulují.

Ačkoli zásadní role, kterou hrají mikrobi při urychlování globálního oteplování, je nyní dobře známá, málo se ví o tom, jak geny související s metabolismem metanu kódované viry, které tyto mikroby infikují, ovlivňují produkci metanu, řekl Zhong. Vyřešení této záhady vedlo Zhong a jeho kolegy k tomu, aby strávili téměř deset let sběrem a analýzou vzorků mikrobiální a virové DNA z unikátních mikrobiálních rezervoárů.

Jedním z nejdůležitějších míst, které si tým ke studiu vybral, je Vranské jezero, které je součástí přírodní rezervace v Chorvatsku. V jezerních sedimentech bohatých na metan našli vědci množství mikrobiálních genů, které ovlivňují produkci a oxidaci metanu. Kromě toho prozkoumali různorodá virová společenství a objevili 13 typů AMG, které pomáhají regulovat metabolismus jejich hostitele. Neexistuje však žádný důkaz, že tyto viry přímo kódují samotné geny metabolismu metanu, což naznačuje, že potenciální dopad virů na cyklus metanu se liší v závislosti na jejich stanovišti, řekl Zhong.

Dopady na hospodářská zvířata a životní prostředí

Celkově studie odhalila, že větší počet AMG metabolismu metanu se s větší pravděpodobností nachází v prostředích spojených s hostitelem, jako je vnitřek kravského žaludku, zatímco méně těchto genů se nachází v environmentálních stanovištích, jako jsou jezerní sedimenty. Vzhledem k tomu, že krávy a další hospodářská zvířata jsou také zodpovědné za vytváření asi 40 % celosvětových emisí metanu, jejich práce naznačuje, že komplexní vztah mezi viry, organismy a životním prostředím jako celkem může být propojen složitější, než si vědci dříve mysleli.

„Tato zjištění naznačují, že globální dopady způsobené viry jsou podceňovány a zaslouží si více pozornosti,“ řekl Zhong.

Ačkoli není jasné, zda lidská činnost ovlivnila vývoj těchto virů, tým očekává, že nové poznatky z této práce zvýší povědomí o síle infekčních agens, které obývají veškerý život na Zemi. Abychom se však mohli dále dozvědět více o vnitřních mechanismech těchto virů, bude zapotřebí více experimentů, abychom porozuměli více o jejich příspěvku k cyklu metanu na Zemi, řekl Zhong, zejména když vědci pracují na hledání způsobů, jak zmírnit emise metanu způsobené mikroby.

„Tato práce je počátečním krokem k pochopení virových dopadů změny klimatu,“ řekl. „Stále se musíme hodně učit.“

Odkaz: „Virový potenciál modulovat mikrobiální metabolismus metanu se liší podle stanoviště“ od Zhi-Ping Zhong, Jingjie Du, Stephan Köstlbacher, Petra Pjevac, Sandi Orlić a Matthew B. Sullivan, 29. února 2024, Příroda komunikace.
doi: 10.1038/s41467-024-46109-x

Tato práce byla podpořena National Science Foundation, Croatian Science Foundation, Gordon and Betty Moore Foundation, Hysing-Simons Foundation, Evropská unie a Ministerstvo energetiky USA. Mezi spoluautory patří Jinji Du ze státu Ohio, Stefan Kostelbaker a Petra Bejevac z Vídeňské univerzity a Sandy Orlich z Institutu Rudera Boškovitche.