Wirusy rządzą życiem w oceanach i klimatem na Ziemi
Jeszcze w połowie lat 80. XX w. twierdzono, że wirusy w morzach to rzadkość. A te, które naukowcom udawało się znajdować, miały docierać z lądów – m.in. w ludzkich ściekach. Zmianę tego przekonania zawdzięczamy w dużym stopniu Litcie Proctor, która – będąc w 1986 r. młodą badaczką tuż po studiach w State University of New York w Stony Brook – postanowiła wybrać się na Karaiby i Morze Sargassowe, by tam pobrać próbki wody Kiedy je zbadała, była ogromnie zaskoczona – obliczenia jednoznacznie wskazywały, że każdy litr wody morskiej może zawierać sto miliardów wirusów. Później inni naukowcy potwierdzili jej obserwacje.
Morskie wirusy ważą więcej niż miliony wielorybów
Według szacunków w oceanach jest piętnaście razy więcej wirusów niż wszystkich żywych mieszkańców zbiorników wodnych razem wziętych. Ich masa równa jest 75 milionom płetwali błękitnych, największych zwierząt w historii Ziemi, bo osiągających wagę nawet 136 ton. Gdyby zaś ustawić oceaniczne wirusy jeden nad drugim, to ich linia ciągnęłaby się poza najbliższe sześćdziesiąt galaktyk – pisze znany amerykański dziennikarz naukowy Carl Zimmer w książce „Planeta wirusów”.
Oznacza to, że kąpiąc się morzu wchodzimy de facto do „wirusowej zupy”, która – na szczęście – w przytłaczającej większości przypadków, nie jest dla nas groźna. Co więcej, bardzo liczne w oceanach bakteriofagi, czyli wirusy atakujące bakterie, chronią nas np. przed przecinkowcami, które m.in. wywołują cholerę. Jak się szacuje, każdego dnia likwidują one połowę wszystkich oceanicznych bakterii. Dlatego mają ogromny wpływ na życie w zbiornikach wodnych, a pośrednio na ziemską atmosferę. Atakują bowiem organizmy (m.in. algi) wytwarzające około połowy tlenu, którym oddychamy, oraz gaz (siarczek dimetylu), dzięki któremu zaczynają tworzyć się chmury. Ponadto zabijają organizmy uwalniające dwutlenek węgla do atmosfery lub powodują jego opadanie na dno oceanów w ciałach obumarłych żyjątek morskich.
Morskie wirusy RNA sterują pompą biologiczną w oceanach
W każdych dwustu litrach wody morskiej najprawdopodobniej występuje średnio ok. 5 tys. różnych typów wirusów. Przy czym wyliczenia te dotyczą niemal wyłącznie wirusów, których budowa oparta jest na cząsteczce DNA. A istnieje przecież bogaty świat opartych na RNA (do nich należy m.in. SARS-CoV-2, który daje się nam we znaki od ponad dwóch lat). Tyle że tym oceanicznym nauka wiedziała do tej pory bardzo niewiele.
Wirusy, czyli pasożyty totalne
Pod względem budowy wirusy są stosunkowo prostymi, a zarazem dziwnymi tworami. Składają się z mniejszych lub większych cząsteczek DNA albo RNA (materiału genetycznego), zawierających geny. Są też otoczone zbudowanymi z białek tzw. kapsydami. Niektóre posiadają jeszcze dodatkową lipidową osłonkę.
Wirusy to pasożyty totalnie zależne od swoich gospodarzy. Do wytworzenia własnych kopii wykorzystują maszynerię komórek żywicieli, do których wnętrza w różny sprytny sposób wnikają. Kiedy są poza komórkami gospodarza, trwają w całkowitej bezczynności, właściwie martwe, bo same nie są w stanie nic poza owym biernym trwaniem zrobić.
To się właśnie zmieniło dzięki tytanicznej pracy zespołu prof. Guillermo Domínguez-Huerta z Ohio State University. Podróżując na pokładzie żaglowca Tara w latach 2009–2012, naukowcy zebrali próbki wody ze wszystkich oceanów świata. W pierwszej kolejności zajęli się badaniem znajdujących się w nich setek tysięcy wirusów DNA. Ostatnio zaś opublikowali dwie bardzo ważne prace na łamach tygodnika „Science” (jedną w kwietniu, drugą w czerwcu) poświęcone wirusom RNA.
Wynika z nich m.in., że odkryli 5 tys. nieznanych nauce tego typu wirusów występujących w morzach. Przyjrzeli się też uważnie ich roli w transporcie węgla na dno oceanów. Trafia on tam w ciałach obumarłych organizmów tworzących plankton i może zostać uwięziony na miliony lat. Jest to proces – określany w biogeochemii oceanów mianem „pompy biologicznej” – o ogromnym znaczeniu, gdyż dotyczy aż 12 gigaton węgla rocznie. Tyle tego pierwiastka zawiera jedna trzecia rocznych emisji dwutlenku węgla powodowanych przez człowieka.
Morskie wirusy RNA pomogą wpływać na klimat?
Zespół prof. Domínguez-Huerta ustalił, że co najmniej jedenaście z nowo odkrytych wirusów RNA infekuje plankton, a zatem wpływa na pompę biologiczną. W odróżnieniu od tych opartych na DNA, które infekują głównie bakterie i archeowce (jednokomórkowe organizmy podobne do bakterii), wirusy RNA atakują bardziej złożony plankton, taki jak glony i grzyby, bardzo istotny dla wędrówki węgla w oceanach. Dodatkowym nieoczekiwanym odkryciem było to, że wiele z nich może zmieniać metabolizm swoich gospodarzy za pomocą „skradzionych” im genów.
Naukowcy opracowują teraz model komputerowy do przewidywania działania pompy biologicznej na danym obszarze oceanu w zależności od obfitości występujących tam wirusów. Nie są jeszcze w stanie podać dokładnych liczb dotyczących tego, jak dany wirus przyspiesza lub hamuje jej funkcjonowanie. Jednak pewnego dnia człowiek za pomocą wirusów będzie, być może, mógł ją dostrajać i m.in. w ten sposób walczyć z globalnym ociepleniem.
„Kiedy ludzie myślą o wirusach, to kojarzą je głownie z chorobami, a nie dwutlenkiem węgla” – zauważa prof. Domínguez-Huerta. Dzięki odkryciom jego zespołu ich postrzeganie może się zasadniczo zmienić.
Wirusy, czyli przybysze z międzyświatów
Wyrzucono je poza zbiór istot żywych, uznając za złożone cząsteczki chemiczne, a zatem czynniki w stosunku do życia zewnętrzne – coś w rodzaju trzęsienia ziemi czy wybuchu wulkanu. Aczkolwiek pogląd ten jest nadal przedmiotem naukowej debaty, m.in. z powodu braku powszechnie uznanej definicji życia. Większość uczonych zgadza się, że raczej nie należy wirusów zaliczać do istot żywych, ale nie powinno się ich wrzucać do tego samego worka, co np. wulkany. Bo choć nie są w stanie same się rozmnażać, nie wykazują metabolizmu (przemiany materii), to noszą w sobie materiał genetyczny, w którym informacja zakodowana jest dokładnie w ten sam sposób, jak u bakterii, roślin, grzybów czy zwierząt. Przede wszystkim zaś skala oddziaływania wirusów na wszystkie organizmy żywe i procesy ewolucji okazuje się gigantyczna. Dlatego naukowcy często mówią o tworach prowadzących rodzaj „zapożyczonego życia”, bo znajdujących się w szarej strefie pomiędzy materią nieożywioną a żywą, czyli bytujących gdzieś w międzyświatach.