اكتشف العلماء أن الفيروسات التي تصيب الميكروبات تؤثر بشكل كبير على تغير المناخ من خلال التأثير على دورة الميثان. وتظهر الدراسة، التي تحلل الحمض النووي من بيئات مختلفة، أن التأثير البيئي للفيروسات يختلف حسب الموطن. ويؤكد البحث على العلاقة المعقدة بين الفيروسات والميكروبات وانبعاثات الميثان، مما يشير إلى الحاجة إلى مزيد من التحقيق في أدوار الفيروسات في ديناميات المناخ.

تكشف الدراسة عن ميكروبات تحتوي، بمجرد إصابتها، على جينات جديدة لتوليد الميثان.

كشفت دراسة حديثة أن الفيروسات التي تصيب الميكروبات تساهم في تغير المناخ من خلال لعب دور رئيسي في تدوير غاز الميثان، وهو أحد غازات الدفيئة القوية، عبر البيئة.

من خلال تحليل ما يقرب من 1000 تجمعات ميتاجينومية الحمض النووي باستخدام بيانات من 15 موطنًا مختلفًا، من بحيرات مختلفة إلى داخل معدة البقرة، وجد الباحثون أن الفيروسات الميكروبية تحمل عناصر وراثية خاصة تتحكم في عمليات غاز الميثان، تسمى الجينات الأيضية الإضافية (AMGs). اعتمادًا على المكان الذي تعيش فيه الكائنات الحية، قد يختلف عدد هذه الجينات، مما يشير إلى أن التأثير المحتمل للفيروسات على البيئة قد يختلف بناءً على موطنها.

وقال جيبينج تشانغ، المؤلف الرئيسي للدراسة والباحث المشارك في مركز بيرد بولار وأبحاث المناخ بجامعة ولاية أوهايو، إن هذا الاكتشاف يضيف قطعة مهمة لفهم أفضل لكيفية تفاعل الميثان وتحركه داخل النظم البيئية المختلفة.

وقال تشانغ، عالم الأحياء الدقيقة الذي يدرس بحثه كيفية تطور الميكروبات في بيئات مختلفة: “من المهم أن نفهم كيف تحرك الميكروبات عمليات الميثان”. “لقد تمت دراسة المساهمات الميكروبية في عمليات استقلاب الميثان لعقود من الزمن، لكن الأبحاث في المجال الفيروسي لا تزال غير مستكشفة إلى حد كبير، ونريد معرفة المزيد.”

يتم نشر الدراسة في المجلة التواصل الطبيعي.

دور الفيروسات في انبعاثات الغازات الدفيئة

ساعدت الفيروسات في تغذية جميع العمليات البيئية والكيميائية الحيوية والتطورية على الأرض، لكن العلماء بدأوا في استكشاف علاقاتها بتغير المناخ فقط مؤخرًا نسبيًا. على سبيل المثال، يعد الميثان ثاني أكبر محرك لانبعاثات الغازات الدفيئة بعد ثاني أكسيد الكربون، ولكن يتم إنتاجه في الغالب بواسطة كائنات وحيدة الخلية تسمى العتائق.

وقال ماثيو سوليفان، أستاذ علم الأحياء الدقيقة والمؤلف المشارك للدراسة في مركز العلوم الميكروبية في ولاية أوهايو: “الفيروسات هي الكيان البيولوجي الأكثر وفرة على وجه الأرض”. “هنا، قمنا بتوسيع ما نعرفه عن تأثيرات جينات دورة الميثان من خلال إدراجها في قائمة طويلة. فايروس– الجينات الأيضية المشفرة. سعت مجموعتنا إلى الإجابة على المقدار الذي تتلاعب به فيروسات “الاستقلاب الميكروبي” أثناء الإصابة بالعدوى.

وقال تشانغ إنه على الرغم من أن الدور المهم الذي تلعبه الميكروبات في تسريع ظاهرة الاحتباس الحراري أصبح معروفًا الآن، إلا أنه لا يُعرف سوى القليل عن كيفية تأثير الجينات المرتبطة باستقلاب الميثان والتي تشفرها الفيروسات التي تصيب هذه الميكروبات على إنتاج الميثان. أدى حل هذا اللغز إلى قيام تشانغ وزملائه بقضاء ما يقرب من عقد من الزمن في جمع وتحليل عينات الحمض النووي الميكروبية والفيروسية من الخزانات الميكروبية الفريدة.

وكانت بحيرة فيرانا، وهي جزء من محمية طبيعية في كرواتيا، واحدة من أهم المواقع التي اختار الفريق دراستها. داخل رواسب البحيرة الغنية بالميثان، وجد الباحثون وفرة من الجينات الميكروبية التي تؤثر على إنتاج الميثان والأكسدة. بالإضافة إلى ذلك، اكتشفوا مجتمعات فيروسية مختلفة واكتشفوا 13 نوعًا من AMGs التي تساعد في تنظيم عملية التمثيل الغذائي لمضيفها. وعلى الرغم من ذلك، لا يوجد دليل على أن هذه الفيروسات تشفر بشكل مباشر جينات استقلاب الميثان، ويختلف التأثير المحتمل للفيروسات على دورة الميثان اعتمادًا على موطنها، كما قال تشانغ.

الآثار الحيوانية والبيئية

بشكل عام، كشفت الدراسة أن عددًا كبيرًا من AMGs التي تعمل على استقلاب الميثان، وجدت أنها أكثر وفرة في البيئات المرتبطة بالمضيف مثل معدة البقر. ونظرًا لأن الأبقار والماشية الأخرى مسؤولة عن 40% من انبعاثات غاز الميثان العالمية، فإن عملهم يشير إلى أن العلاقة المعقدة بين الفيروسات والكائنات الحية والنظام البيئي ككل قد تكون مترابطة بشكل أكثر تعقيدًا مما كان يعتقده العلماء من قبل.

وقال تشانغ: “تشير هذه النتائج إلى أن التأثيرات العالمية للفيروسات يتم التقليل من شأنها ويجب إيلاؤها المزيد من الاهتمام”.

وعلى الرغم من أنه من غير الواضح ما إذا كانت الأنشطة البشرية قد أثرت على تطور هذه الفيروسات، يأمل الفريق أن تؤدي الأفكار الجديدة المستمدة من هذا العمل إلى زيادة الوعي بقوة العوامل المعدية التي تسكن جميع أشكال الحياة على الأرض. ومع ذلك، هناك حاجة لمزيد من التجارب لمعرفة المزيد عن الآليات الداخلية لهذه الفيروسات ومساهماتها في دورة الميثان على الأرض، كما قال تشانغ، خاصة وأن العلماء يعملون على طرق للتخفيف من انبعاثات الميثان التي تحركها الميكروبات.

وقال “هذا العمل هو خطوة أولية نحو فهم تأثيرات تغير المناخ الشديدة”. “لا يزال لدينا الكثير لنتعلمه.

المرجع: “تختلف قدرة الفيروس على تعديل استقلاب الميثان الميكروبي حسب الموطن” جي-بينج تشانغ، وجينغجي دو، وستيفان كوسليباخر، وبيترا بجيفاتش، وساندي أورليك، وماثيو ب. سوليفان، 29 فبراير 2024، التواصل الطبيعي.
دوى: 10.1038/s41467-024-46109-x

تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم، ومؤسسة العلوم الكرواتية، ومؤسسة جوردون وبيتي مور، ومؤسسة هايسينج سيمونز، والاتحاد الأوروبي، ووزارة الطاقة الأمريكية. ومن بين المؤلفين المشاركين جينجي دو من ولاية أوهايو، وستيفان كوستلباكر وبيترا بيفاتش من جامعة فيينا، وساندي أورليك من معهد روجر بوسكوفيتش.