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病毒|以病毒为食：这个首次发现的现象，终于填补了食物链的空缺

病毒|以病毒为食：这个首次发现的现象，终于填补了食物链的空缺
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图片来源：pixabay
科学家在大洋表面找到了噬食病毒的浮游生物 。 这项“改写生物书”的发现 ， 或许能为海洋生态研究带来全新的思考方式 。
撰文 | 罗丁豪
编辑 | 吴非
【病毒|以病毒为食：这个首次发现的现象，终于填补了食物链的空缺】病毒体型微小 ， 但它们在生态系统中无处不在 。 据研究估算 ， 世界上病毒的数目大约是1031 ， 比宇宙中的恒星总数还要多1亿倍 ， 总重量则与250亿人的体重相当 。 几乎所有的物种 ， 都会被病毒感染 。 但有趣的是 ， 很长一段时间内 ， 科学家从未找到一种以病毒为食的生物——一直以来 ， 病毒似乎处于食物链之外 ， 只顾感染并蚕食生物 ， 而不会被生物当成食物 。 这看上去不合常理 。 因此 ， 生物学家一直在寻找噬食病毒的生物 。 就在最近 ， 他们终于在两类原生生物的体内 ， 找到了它们食用病毒的证据 。
寻找“噬病毒体”
病毒|以病毒为食：这个首次发现的现象，终于填补了食物链的空缺
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在缅因州的海湾中收集海面样本 。 （图片来源：斯特潘纳乌斯卡斯等人）
在美国缅因州的海湾和地中海里 ， 研究人员总共采集了1698个原生生物样本 ， 并对这些样本进行了DNA序列分析 。 他们采用了单细胞基因组分析（single-cell genomics） ， 其测序结果可以说明微生物和病毒是否存在 。
这些原生生物来自十多个不同的门 。 其中 ， 在51%的来自缅因海湾的原生生物样本 ， 以及35%的来自地中海的样本中 ， 都检测到了病毒DNA 。 值得注意的是 ， 在皮胆虫（picozoan）和聚胞动物（choanozoan）两类原生生物的样本中 ， 每一个个体都含有病毒DNA 。 虽然有些原生生物可能以细菌为食 ， 而噬菌体会寄生在细菌中 ， 从而“搭便车”成为原生生物的晚宴 ， 但是皮胆虫和聚胞动物样本中只有大量病毒DNA ， 却很少出现细菌DNA ， 这足以排除“搭便车”的可能性 。 并且 ， 2013年的一项研究还指出 ， 皮胆虫的进食“器官”大小并不足以吞噬细菌 ， 吃下病毒倒是绰绰有余 。 研究团队称 ， 加上之前的实验室研究 ， 我们终于有证据证明 ， 噬食病毒的原生生物的确存在 。 团队的分析结果于9月24日发表在《微生物学前沿》（Frontiers in Microbiology）期刊上 。
病毒|以病毒为食：这个首次发现的现象，终于填补了食物链的空缺
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左：聚胞动物；右：皮胆虫 。 （图片来源：Wikimedia Commons）
不论是对于皮胆虫还是聚胞动物研究来说 ， 这都是激动人心的发现 。 一方面 ， 聚胞动物长3~10微米 ， 是动物和真菌的近亲 ， 与海绵的鞭毛细胞（choanocyte）有着惊人的相似之处 。 另一方面 ， 皮胆虫长度不到3微米 ， 且自发现以来 ， 科学家都未弄清皮胆虫的膳食是什么 ， 毕竟如前所述 ， 它们的“嘴”可吃不下细菌 。
“病毒含有丰富的磷和氮 ， 或许能给皮胆虫和聚胞动物的伙食增添一些重要的营养元素 。 ”毕格罗海洋科学实验室的生物信息学家朱莉娅·布朗（Julia Brown）指出 。 既然病毒不只消灭其他生物 ， 还会反被其他生物消灭 ， 在食物链中缺少的那一个节点 ， 如今也能补上了 。
填补生态圈空缺
对于像斯特潘纳乌斯卡斯这样的海洋微生物学家来说 ， 这项研究提出了一个很重要的问题：既然原生生物能直接调控病毒的数量 ， 这对海洋生态圈来说 ， 这意味着什么？此前 ， 最常用于解释海洋中病毒的角色的模型是“病毒分流模型”（viral shunt model） ， 即病毒能够入侵并裂解海洋中的微生物 ， 将它们以可溶性有机物（dissolved organic matter）的形式送回食物链底端 。
考虑到新研究的结果 ， 论文的作者团队认为 ， 要想解释海洋中生物和病毒的动态平衡 ， 不只有“病毒分流模型”这一个办法 。 以往的模拟研究显示 ， 这类简单的病毒-宿主-捕食者（virus-host-consumer）模型最后都会导致病毒和微生物之间激烈的资源竞争 ， 从而导致其中一方的胜利和另一方的消失 。 而这次发现的原生生物能直接噬食病毒的证据 ， 实际上稳定了这三者之间的交互 ， 维持了平衡 。
斯特潘纳乌斯卡斯研究团队的最新发现则支持了“病毒穿梭模型”（viral shuttle model） 。 这个模型提出 ， 原生生物食用病毒 ， 能直接将病毒含有的有机材料从食物链底层向上输送；而病毒本身裂解其宿主 ， 则将这些生物的有机材料送往食物链底层 。 这样一来 ， 病毒就担任了食物链中的“穿梭车” ， 帮助维持海洋环境中的养料平衡 。 团队指出 ， 过往已经有研究支持了这个新增“病毒连接”的存在 。 例如 ， 2016年发表于《自然》的一项研究发现 ， 病毒DNA与向食物链上方输送的有机物呈正相关 ， 也就是说 ， 病毒的确可能在食物链中担任“输送养料”的“穿梭车” 。
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“病毒穿梭模型”的简化图；在这个模型中 ， 病毒既将其宿主裂解成溶解有机物 ， 送至食物链底端 ， 又被小型浮游生物（例如皮胆虫和聚胞动物）食用 ， 将自身包含的有机物送至食物链上端 。 （制图：罗丁豪）
研究团队表示 ， 这项新结果并不是终点 。 知道有原生生物能以病毒为食 ， 可以给我们提供“一个新的思考方向” 。 然而 ， 这只是新研究方向的一个起点；要阐明病毒在海洋生态中的角色 ， 我们仍需大量的研究 。 但现在我们总算知道 ， 就连“感染一切”的病毒 ， 也会沦为小小单细胞生物的晚餐 ， 在大自然的动态平衡中 ， 没有谁可以成为漏网之鱼 。
来源：环球科学
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参考文献：
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