病毒,能吃吗?乍听之下,你或许会觉得这个问题很奇怪。众所周知,许多病毒会引发疾病,一直以来,病毒学家都将病毒视为病原体来研究。然而,病毒中也含有氨基酸、核酸和脂质等富有营养的物质。在自然界,病毒颗粒经常被各种各样的生物意外摄入。只是相对于其他食物来说,病毒颗粒的质量较小,因此科学家认为通过吞食病毒获取的热量微不足道,也不足以影响生态系统过程。
但是,如果摄入足够量的病毒,是否就有可能为消耗它们的物种提供能量?在过去的三年里,内布拉斯加大学林肯分校的一位生物学家John DeLong一直在研究这个问题。
在一项于近期发表在《美国国家科学院院刊》的研究中,DeLong与他的合作者详细报告了他们的发现,一种名为弹跳虫(Halteria)的微生物,可以通过吞食绿藻病毒(Chloroviruses,也称“氯病毒”)而生长、分裂。这项研究证实了病毒不仅是感染源,还可以是营养物质。
食物 vs 威胁?新研究基于DeLong在思考病毒时的一种独特视角。
他在观察和比较栖息在水中的病毒和微生物的绝对数量时,认为病毒很可能不可避免地会被微生物吃掉。其实一直以来,科学家都知道像纤毛虫这类浮游生物可以减少水中的病毒颗粒丰度。早在20世纪80年代,就有研究报告称,单细胞原生生物有消耗病毒的能力。后来也有一些研究表明,原生生物似乎可以清除废水中的病毒。然而,关于消耗这些病毒能否转化为这些食草生物的身体的一部分,科学界一直没有定论。
在新研究中,DeLong先是花了大量时间用数学来描述捕食者-被食者的动力学。在实验方面,他从一个平静的池塘中采集水样,在将水样带回实验室后,他把所有能控制的微生物都集中到一些液滴中。最后,他向液滴里加入大量的绿藻病毒。24小时后,DeLong在液滴中寻找将病毒视为食物而非威胁的物种,结果发现了在水中茁壮成长的弹跳虫。
捕食者 vs 被食者?为了确认弹跳虫真的在吞食这些病毒,研究人员在将绿藻病毒添加到液滴中之前,用荧光绿色染料标记了绿藻病毒的DNA。果不其然,他们在弹跳虫的液泡中,也就是它们的“胃”中,很快发现了绿色的荧光。这是证明这些纤毛虫正在吞食绿藻病毒,且这些病毒正维持着这些微生物的生命的确凿证据。它表明只含病毒的“饮食”,也足以促进某些生物的生理生长,甚至能提高它们的种群规模。
自然界的 virovory 在证实了这些发现后,研究人员为了描述这种特殊的“饮食”,创造了 一个 新的术语“virovory”,大致意为“食病毒性”。后来,DeLong和他的同事们还发现了像弹跳虫一样,只靠吃病毒就能茁壮成长的其他纤毛虫。DeLong表示,这样的物种越多,就越有可能在野外发生 virovory,进而可能影响全球已知的与病毒有关的碳循环。
的确,在野外广泛食用绿藻病毒的连锁反应可能对碳循环产生深远影响。已知绿藻病毒可以感染微小的绿藻,被绿藻病毒感染的单细胞宿主会像气球一样破裂,将碳和其他营养元素释放到开放水域中。研究人员通过粗略估算病毒、纤毛虫和水量,计算出一个 小池塘里的纤毛虫每天可能会吃掉 10 万亿个病毒。如果这种情况真的是以这种规模在发生,那么它将完全改变我们对全球碳循环的看法。
值得探索的问题还有很多。接下来,研究人员想看看 virovory 是如何影响食物网、物种进化和种群动态的。但在此之前,他们必须弄清楚的是,这是否真实发生在野外。