海洋不僅容納大型捕食者，例如鯊魚或逆戟鯨。即使在微觀領域，一些單細胞物種也會消耗掉其他物種。鞭毛蟲屬于這些單細胞捕食者。它們廣泛分布在海洋中，以細菌和小藻類為食。鞭毛鞭毛蟲被認為是動物中最接近的活單細胞近親，可以轉變?yōu)槎嗉毎麪顟B(tài)。因此，經(jīng)常對它們進行研究以了解像我們這樣的多細胞生物是如何形成的。

現(xiàn)在，由Alexandra Z. Worden教授(德國基爾市GEOMAR亥姆霍茲海洋研究中心/美國MBARI的蒙特雷灣水族館研究所)帶領的一組科學家，對鞭毛鞭毛蟲與病毒之間的相互作用提供了第一見解。經(jīng)過多年的努力，該團隊能夠在這些單細胞捕食者中檢測到巨型病毒的基因組。該病毒的基因組大小和基因數(shù)量與小型細菌相當。比基因組大小更令人驚訝的是它編碼并帶給宿主的許多功能。這項研究剛剛發(fā)表在“國家科學院學報”國際雜志上。

為了進行這項研究，科學家們反復使用高科技儀器出海，其目標是使用基于激光的可視化系統(tǒng)觀察水中的所有捕食性單細胞生物。然后，他們在稱為單細胞分選的過程中將這些細胞與其他微生物分開。Worden教授解釋說：“然后，對野生的每個捕食者進行了測序-來自一個太平洋樣本的單細胞種類主要由未養(yǎng)殖的鞭毛藻物種控制。”

Worden Lab的博士后研究員，該報告的第一作者David Needham博士在同一細胞中發(fā)現(xiàn)了病毒的基因組序列。他表明，該病毒顯著編碼微生物視紫紅質蛋白和相關色素的基因，這是以前在病毒中不曾見過的一組基因。已知其他類型的視紫紅質系統(tǒng)負責檢測脊椎動物和許多其他動物的眼睛中的光。

來自美國，加拿大和英國的GEOMAR / MBARI團隊和合作者專注于基于基因組的發(fā)現(xiàn)以及病毒的進化生物學和分布，而東京大學，理研大學生物系統(tǒng)動力學研究中心和其他合作團隊日本機構領導的研究產(chǎn)生了蛋白質的晶體結構，并證明了它起著光驅動質子泵的作用。

Worden教授強調(diào)說：“總的來說，這意味著宿主就像許多動物一樣是掠食性動物，在被病毒感染時會利用陽光。” 研究人員還拓寬了對這些基因在海洋巨型病毒中的分布的認識，并表明視紫紅質蛋白可能在真核細胞中具有許多特殊作用，包括浮游植物和單細胞捕食者。尚待闡明的是病毒在宿主細胞中的確切作用。“它是用于能量傳遞嗎?還是一種新的光感應功能，可能會推動運動或其他行為?” Worden教授強調(diào)這些是重要的開放性問題。

Worden團隊和合作者的這項研究是GEOMAR科學家剛剛發(fā)表的關于病毒在海洋生態(tài)系統(tǒng)中的作用的兩份報告之一。在采用一系列創(chuàng)新的方法在合作研究中心1182的框架另一個顯著的研究“Metaorganisms，”漢努瑤烏特教授Humeida的研究小組公布的結果顯示細菌，病毒感染細菌(噬菌體)之間的復雜關系，和海綿。他們發(fā)現(xiàn)，即使是相鄰的海綿動物，盡管可以大量過濾相同的海水以捕獲食物顆粒，但它們還是各自獨特的，特定物種的病毒群落。第一作者馬丁·賈恩(Martin T. Jahn)說：“每個海綿個體都有自己獨特的病毒，與鄰近的海綿不同。” 海綿中一組豐富的噬菌體賦予共生細菌以蛋白質，使細菌能夠逃脫宿主海綿的免疫反應。發(fā)現(xiàn)這些特定的噬菌體廣泛存在于與宿主相關的各種環(huán)境中，包括人類環(huán)境。

“這兩項研究共同表明，我們才剛剛開始理解病毒在海洋生態(tài)系統(tǒng)中的作用，而且對于一般的地球生命也是如此。關于海洋病毒多樣性及其在生態(tài)系統(tǒng)過程中的功能意義的研究才剛剛開始， “ GEOMAR的Hentschel Humeida教授表示。Worden教授強調(diào)：“這兩項研究的強大之處在于，它們闡明了宿主病毒在野外相互作用的主要新特征，將最先進的技術和方法帶入了該領域，以研究未經(jīng)養(yǎng)殖但廣泛使用的海洋生物。這為了解海洋社區(qū)，它們?nèi)绾蜗嗷プ饔靡约叭绾问艿奖O(jiān)管打開了新的大門。在我們試圖了解未來社區(qū)的變化時，這些因素至關重要。”