Гренландия кишит чёрными водорослями и гигантскими вирусами

Весной в Арктике восходит солнце после нескольких месяцев тьмы, и жизнь активизируется. Белые медведи выбираются из своих берлог, арктические крачки возвращаются из путешествия на юг, овцебыки бредут на север.


А дремлющие на льду водоросли начинают размножаться, окрашивая большие участки ледовой поверхности в чёрный цвет. Когда лёд чернеет, его способность отражать солнечные лучи уменьшается, и это ускоряет таяние. Считается, что это усугубляет эффекты от глобального потепления.

Но вот исследователи, предположительно, наткнулись на способ контролировать цветение снежных водорослей. Лаура Перини из Орхусского университета, Дания, и её коллеги обнаружили в Гренландии гигантские вирусы.

Вирусы обычно намного меньше бактерий. Типичные вирусы размером от 20 до 200 нанометров, тогда как большинство бактерий — целых 2–3 микрометра. Иными словами, обычный вирус примерно в 1000 раз меньше бактерии. Однако в случае с гигантскими вирусами всё не так. Они вырастают до 2,5 микрометра, превосходя большинство бактерий.

Гигантские вирусы велики не только в длину. Их геном оказался намного больше, чем у типичных вирусов. Например, бактериофаги, то есть заразные для других микробов вирусы, содержат в своём геноме от 100 тыс. до 200 тыс. букв, то есть элементов кода. У гигантских вирусов их около 2,5 млн!



Гигантские вирусы впервые посчастливилось найти в 1981 году, причём в океане. Те микробы специализировались на заражении зелёных морских водорослей. Позже «переростков» нашли и в почве, и даже в организме у людей.

Но в конкретном исследовании описан первый случай, когда гигантские вирусы оказались на поверхности льда и снега, где преобладают микроводоросли, объяснила Лаура Перини.

Учёные проанализировали образцы из потемневшего от водорослей льда, красного от водорослей снега и органики из проталин (криоконита). Как в тёмном льду, так и в красном снегу исследователи обнаружили признаки активности гигантских вирусов, причём впервые в истории науки. Ранее на поверхности льда и на снеге с большим количеством окрашенных микроводорослей учёные не находили вирусы-гиганты — вероятно, потому что и не думали их там искать!

Водоросли окружает целая экосистема. Помимо бактерий, нитчатых грибов и дрожжей, водорослями питаются всякие простейшие, паразитирующие на них различные виды грибов, а также, быть может, обнаруженные гигантские вирусы, заражающие их. Чтобы понять, как в природе работает естественный биологический контроль во время размножения водорослей, необходимо изучить эти последние три группы организмов.

Несмотря на то, что вирусы гигантские, их нельзя увидеть невооружённым глазом, даже в обычный микроскоп. Выявить их удалось путём анализов ДНК из взятых образцов. Просматривая огромный набор данных в поисках специфических генов, учёные обнаружили последовательности, которые имеют большое сходство с известными гигантскими вирусами.

Чтобы убедиться, что вирусная ДНК происходит не от давно погибших микроорганизмов, а от живых и активных вирусов, исследователи также извлекли всю матричную рибонуклеиновую кислоту (мРНК) из образцов.

Когда последовательности ДНК, образующие гены, активируются, они транскрибируются во фрагменты, называемые мРНК. Кстати, понятие транскрипции произошло от латинского transcriptio «переписывание» — происходящий во всех живых клетках процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы; перенос генетической информации с ДНК на РНК. Упомянутые фрагменты служат «рецептами» для создания белков, необходимых вирусу. Если они присутствуют, значит, вирус живой.


— Лаура Перини.

В то время как ДНК мёртвых вирусов проще обнаружить в образцах, мРНК расщепляется намного быстрее. Следовательно, мРНК является важным маркером вирусной активности. Другими словами, «рецептуры» мРНК для определённых белков показывают, что вирусы живы и размножаются.

Образцы, в которых Перини обнаружила гигантские вирусы, выглядят как прозрачные пластиковые пакеты с грязной водой. Но талая жидкость кишит микроорганизмами, в том числе водорослями, которые окрашивают лёд.

В гигантских вирусах есть участок с ДНК, которая содержит сценарии построения белков, важных для жизнедеятельности. Но чтобы использовать эти «рецепты», вирус должен транскрибировать их из ДНК в мРНК. Обычные вирусы не могут этого сделать. Вместо этого у них есть нити РНК, плавающие в клетке в ожидании активации, когда вирус заразит некий организм и захватит его клеточные резервы. Так вот, «здоровяки» умеют делать это самостоятельно, что сильно отличает их от прочих.

Поскольку гигантские вирусы открыты сравнительно недавно, о них известно не так много. В отличие от большинства других подобных микробов, у них много активных генов, которые позволяют им восстанавливать, копировать, транскрибировать и синтезировать ДНК.

Но отчего так происходит и для чего именно они так устроены, неизвестно. Перини признала, что до сих пор не удаётся точно установить, каких хозяев заражают гигантские вирусы. Есть надежда, что среди «жертв» — те самые снежные водоросли, которые усиливают таяние льдов. В свете популярной в мире климатической проблематики учёные считают такую вероятность очень привлекательной и перспективной.