海洋，病毒之家

■本报记者 唐凤

你能想象吗，每一勺海水都充满了数以百万计的病毒。

蔚蓝大海不止是鲸、海龟、水母，甚至细菌等生物的家园，这里还生活着无数的病毒。虽然大多数海洋病毒对人类无害，但它们可以感染各种海洋生物，如鲸、甲壳类动物和细菌。

近日，一个国际研究小组完成了有史以来第一次全球海洋病毒生态多样性调查。他们鉴别了近20万种海洋病毒物种——这一数量远远超过此前得出的结果，并从培养的病毒中获得约2000个基因组。

研究人员还在北冰洋发现了意想不到的病毒多样性。相关论文发表在4月25日的《细胞》杂志上。这项研究结果为科学家了解病毒如何影响海洋生态系统提供了基础，包括病毒对生物体相互作用方式的影响以及海洋对气候变化的反应。

“这是一篇‘基础资源’类型的论文，其他研究人员可以在此基础上进行探索发现，并能立即将语境融入到全局数据集中。”该论文通讯作者、美国俄亥俄州立大学微生物学家Matthew Sullivan告诉《中国科学报》。

该论文共同第一作者、俄亥俄州立大学研究生Ahmed Zayed也表示，绘制病毒生物多样性地图将提供对海洋正在发生的事情的更准确描述，并使研究人员能够更好地预测它的未来。

“惊讶”结果

从2009年到2013年，研究人员驾驶一艘名为Tara的帆船进行了海上考察，从世界各地近80个地点收集海水样本，范围从海面到4000米深水。

这项工作是Tara海洋和Malaspina两个更大项目的一部分。这两个项目旨在研究地球海洋中的二氧化碳和气候变化。这些任务之前已确定了1.5万种海洋病毒。

Sullivan提到，病毒是一种微小到看不见的东西，但因为数量巨大，所以确实非常重要。“在我们的发现中，有很多事情让人感到惊讶。”他说。

近20万种海洋病毒的存在，就是Sullivan所说的“惊讶”之一。Zayed等人分析了最新样本中的病毒DNA，并建立了病毒种群边界（类似于建立物种定义）。而且，集合群落分析显示，病毒在整个海洋中可被归为5个不同的生态区。考虑到海洋的流动性和许多海洋区域的复杂性，研究人员认为，这一发现出人意料。

该研究还评估了病毒的纬度和深度多样性梯度。结果显示，尽管大型生物的物种多样性在赤道附近最高而在两极附近最低，但对于海洋病毒来说，研究人员在北冰洋发现了一个生物多样性“热点”。

研究人员表示，最多样化的“社区”分布在温带和热带表层水以及北冰洋，这是一个地理和政治上都难以进入的地区，也是受气候变化影响最大的地区之一。

在北极的夏天，有许多微生物会变得活跃，而这些微生物就是病毒的宿主。但Sullivan表示，这里为何成为病毒多样性热点地区，仍然是一个悬而未决的问题。

病毒地图

“值得注意的是，该研究创建了这些种群内部变异的第一张地图，可以用来更好地研究自然系统中的病毒进化和物种形成，并揭示生物体之间的相互作用可能带来何种影响。”Sullivan告诉《中国科学报》。

病毒生态学必须首先绘制“谁在那里”的地图。Sullivan提到，这是一个相当大的挑战，因为大多数病毒不能培养，也没有针对所有病毒的普遍共享基因，即人们没有“条形码基因”用于多样性研究。

这里，研究人员使用元基因组学方法对群落DNA进行测序，并试图将这些基因组重新拼接在一起。“一旦我们有了这张多样性地图，科学家就可以操纵海洋的特定区域，以增强病毒群落将二氧化碳从浅水转移到深海的能力。”Sullivan说。

理解海洋微生物如何影响地球大气具有重要意义。在过去20年里，人们已经知道，海洋吸收了人类排放到地球大气中的二氧化碳的一半。