科學(xué)家在大洋表面找到了噬食病毒的浮游生物。這項(xiàng)“改寫(xiě)生物書(shū)”的發(fā)現(xiàn)，或許能為海洋生態(tài)研究帶來(lái)全新的思考方式。

科學(xué)家從未找到一種以病毒為食的生物

病毒體型微小，但它們?cè)谏鷳B(tài)系統(tǒng)中無(wú)處不在。據(jù)研究估算，世界上病毒的數(shù)目大約是10^23(10的23次方)，比宇宙中的恒星總數(shù)還要多1億倍，總重量則與250億人的體重相當(dāng)。幾乎所有的物種，都會(huì)被病毒感染。但有趣的是，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，——一直以來(lái)，病毒似乎處于食物鏈之外，只顧感染并蠶食生物，而不會(huì)被生物當(dāng)成食物。這看上去不合常理。因此，生物學(xué)家一直在尋找噬食病毒的生物。就在最近，

尋找“噬病毒體”

實(shí)際上，這并不是科學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)“噬病毒體”。早在2008年，法國(guó)科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了一種能感染、消滅病毒的病毒，并將其命名為“斯普特尼克”(Sputnik，俄文意為“衛(wèi)星”)。但想要找到食用病毒的生物，卻沒(méi)那么簡(jiǎn)單。此前，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)一些原生生物體內(nèi)有病毒的DNA，因此懷疑它們有可能吃下了病毒;更何況，一些實(shí)驗(yàn)表明，原生生物也的確能夠以病毒為食。但美國(guó)畢格羅海洋科學(xué)實(shí)驗(yàn)室(Bigelow Laboratory for Ocean Sciences)的拉穆納斯·斯特潘納烏斯卡斯(Ramunas Stepanauskas)研究員認(rèn)為，這些實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的原生生物并不能代表自然界中的情況。為了了解在自然情況下原生生物是否真的以病毒為食，斯特潘納烏斯卡斯的團(tuán)隊(duì)決定前往海岸，搜集浮游原生生物的信息。

在美國(guó)緬因州的海灣和地中海里，研究人員總共采集了1698個(gè)原生生物樣本，并對(duì)這些樣本進(jìn)行了DNA序列分析。他們采用了單細(xì)胞基因組分析(single-cell genomics)，其測(cè)序結(jié)果可以說(shuō)明微生物和病毒是否存在。

51%

這些原生生物來(lái)自十多個(gè)不同的門(mén)。其中，在的來(lái)自緬因海灣的原生生物樣本，以及的來(lái)自地中海的樣本中，都。值得注意的是，在(picozoan)和(choanozoan)兩類原生生物的樣本中，每一個(gè)個(gè)體都含有病毒DNA。雖然有些原生生物可能以細(xì)菌為食，而噬菌體會(huì)寄生在細(xì)菌中，從而“搭便車(chē)”成為原生生物的晚宴，但是皮膽蟲(chóng)和聚胞動(dòng)物樣本中只有大量病毒DNA，卻很少出現(xiàn)細(xì)菌DNA，這足以排除“搭便車(chē)”的可能性。并且，2013年的一項(xiàng)研究還指出，皮膽蟲(chóng)的進(jìn)食“器官”大小并不足以吞噬細(xì)菌，吃下病毒倒是綽綽有余。研究團(tuán)隊(duì)稱，加上之前的實(shí)驗(yàn)室研究，我們終于有證據(jù)證明，。團(tuán)隊(duì)的分析結(jié)果于9月24日發(fā)表在《微生物學(xué)前沿》(Frontiers in Microbiology)期刊上。

不論是對(duì)于皮膽蟲(chóng)還是聚胞動(dòng)物研究來(lái)說(shuō)，這都是激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)。一方面，聚胞動(dòng)物長(zhǎng)3~10微米，是動(dòng)物和真菌的近親，與海綿的鞭毛細(xì)胞(choanocyte)有著驚人的相似之處。另一方面，皮膽蟲(chóng)長(zhǎng)度不到3微米，且自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，科學(xué)家都未弄清皮膽蟲(chóng)的膳食是什么，畢竟如前所述，它們的“嘴”可吃不下細(xì)菌。

在食物鏈中缺少的那一個(gè)節(jié)點(diǎn)，如今也能補(bǔ)上了。

“病毒含有豐富的磷和氮，或許能給皮膽蟲(chóng)和聚胞動(dòng)物的伙食增添一些重要的營(yíng)養(yǎng)元素。”畢格羅海洋科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的生物信息學(xué)家朱莉婭·布朗(Julia Brown)指出。既然病毒不只消滅其他生物，還會(huì)反被其他生物消滅，

填補(bǔ)生態(tài)圈空缺

這對(duì)海洋生態(tài)圈來(lái)說(shuō)，這意味著什么？

對(duì)于像斯特潘納烏斯卡斯這樣的海洋微生物學(xué)家來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究提出了一個(gè)很重要的問(wèn)題：既然原生生物能直接調(diào)控病毒的數(shù)量，此前，最常用于解釋海洋中病毒的角色的模型是“病毒分流模型”(viral shunt model)，即病毒能夠入侵并裂解海洋中的微生物，將它們以可溶性有機(jī)物(dissolved organic matter)的形式送回食物鏈底端。

考慮到新研究的結(jié)果，論文的作者團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，要想解釋海洋中生物和病毒的動(dòng)態(tài)平衡，不只有“病毒分流模型”這一個(gè)辦法。以往的模擬研究顯示，這類簡(jiǎn)單的病毒-宿主-捕食者(virus-host-consumer)模型最后都會(huì)導(dǎo)致病毒和微生物之間激烈的資源競(jìng)爭(zhēng)，從而導(dǎo)致其中一方的勝利和另一方的消失。而這次發(fā)現(xiàn)的原生生物能直接噬食病毒的證據(jù)，實(shí)際上穩(wěn)定了這三者之間的交互，維持了平衡。

病毒穿梭模型

斯特潘納烏斯卡斯研究團(tuán)隊(duì)的最新發(fā)現(xiàn)則支持了“”(viral shuttle model)。這個(gè)模型提出，原生生物食用病毒，能直接將病毒含有的有機(jī)材料從食物鏈底層向上輸送;而病毒本身裂解其宿主，則將這些生物的有機(jī)材料送往食物鏈底層。這樣一來(lái)，病毒就擔(dān)任了食物鏈中的“穿梭車(chē)”，幫助維持海洋環(huán)境中的養(yǎng)料平衡。團(tuán)隊(duì)指出，過(guò)往已經(jīng)有研究支持了這個(gè)新增“病毒連接”的存在。例如，2016年發(fā)表于《自然》的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，病毒DNA與向食物鏈上方輸送的有機(jī)物呈正相關(guān)，也就是說(shuō)，病毒的確可能在食物鏈中擔(dān)任“輸送養(yǎng)料”的“穿梭車(chē)”。

“病毒穿梭模型”的簡(jiǎn)化圖;在這個(gè)模型中，病毒既將其宿主裂解成溶解有機(jī)物，送至食物鏈底端，又被小型浮游生物(例如皮膽蟲(chóng)和聚胞動(dòng)物)食用，將自身包含的有機(jī)物送至食物鏈上端。(制圖：羅丁豪)

研究團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)新結(jié)果并不是終點(diǎn)。知道有原生生物能以病毒為食，可以給我們提供“一個(gè)新的思考方向”。然而，這只是新研究方向的一個(gè)起點(diǎn);要闡明病毒在海洋生態(tài)中的角色，我們?nèi)孕璐罅康难芯?。但現(xiàn)在我們總算知道，就連“感染一切”的病毒，也會(huì)淪為小小單細(xì)胞生物的晚餐，在大自然的動(dòng)態(tài)平衡中，沒(méi)有誰(shuí)可以成為漏網(wǎng)之魚(yú)。

撰文 | 羅丁豪

關(guān)鍵詞： 以病毒為食