《PNAS》首次发现，一种专吃病毒为生的微生物

来源：作者：人气：-发表时间：2022-12-29 09:11:00【大中小】

摘要：内布拉斯加-林肯大学的研究人员发现，微小的纤毛虫可以吃掉大量与它们共享水生栖息地的传染性氯病毒，这是一个值得《吃豆人》的转折。该团队的实验室实验还首次表明，只含病毒的饮食(该团队称之为“病毒性”)足以促进生物体的生理生长，甚至种群增长。

在一天之内，在一个池塘平静的水中，一百万个病毒颗粒可能会进入一个以微小毛发或纤毛而闻名的单细胞生物，这些毛发或纤毛推动它通过这些水域。在过去的三年里，内布拉斯加大学林肯分校的John DeLong一直忙于发现一个潜在的扭转潮流的秘密:这些病毒颗粒不仅是感染源，也是营养来源。

DeLong和他的同事们发现了一种Halteria，一种生活在世界各地淡水中的微小纤毛虫，可以吞食大量与它们共享水生栖息地的传染性氯病毒。该团队的实验室实验还首次表明，只含病毒的饮食(该团队称之为“virovory”)足以促进生物体的生理生长，甚至种群增长。

氯病毒（Chloroviruses)是内布拉斯加州的James Van Etten的一项事业定义性发现，已知它可以感染微观绿藻。最终，入侵的氯病毒像气球一样击破了它们的单细胞宿主，将碳和其他维持生命的元素泄漏到开放水域。这些碳本可以被这些微小生物的捕食者吃掉，却被其他微生物吸走了——这是一个微小的、似乎是永久的、残酷的循环程序。

内布拉斯加州生物科学副教授DeLong说:“这真的只是把碳留在这种微生物汤层中，防止食草动物把能量带到食物链上。”

但如果纤毛虫把这些病毒当作晚餐，那么病毒性可能会抵消已知的病毒延续的碳循环。DeLong说，有可能是病毒性正在帮助和教唆性碳从食物链的糟粕中逃脱，从而使其具有病毒所抑制的向上流动性。

“如果你粗略估计有多少病毒，有多少纤毛虫和有多少水，就会得出大量的能量运动(在食物链上)，”DeLong说，他估计一个小池塘里的纤毛虫每天可能会吃掉10万亿病毒。“如果这种情况以我们认为的规模发生，它应该完全改变我们对全球碳循环的看法。”

DeLong已经熟悉了氯病毒在食物网中缠绕自己的方式。2016年，这位生态学家与范·埃顿和病毒学家大卫·杜尼根合作，证明了氯病毒只有在微小的甲壳类动物吃掉草履虫并排出新暴露的藻类时，才会接触到藻类，而藻类通常被包围在一种名为草履虫的纤毛虫属中。

这一发现让DeLong在思考和研究病毒时处于“不同的思维空间”。考虑到水中病毒和微生物的绝对丰富，他认为即使不考虑感染，前者有时也会进入后者是不可避免的。

他说:“很明显，任何东西都必须一直在他们的嘴里携带病毒。这似乎是必然发生的，因为水里有这么多。”

因此，DeLong深入研究了研究文献，试图找出任何关于水生生物吃病毒的研究，以及它们吃病毒时发生了什么。他几乎一无所有。20世纪80年代的一项研究报告称，单细胞原生生物有能力消耗病毒，但没有进一步研究。后来来自瑞士的几篇论文表明，原生生物似乎在清除废水中的病毒。

对微生物本身的潜在后果一无所知，更不用说它们所属的食物网或生态系统了。这让DeLong感到惊讶，因为他知道病毒不仅是建立在碳上的，也是建立在生命的其他基本元素基础上的。至少在理论上，它们绝不是垃圾食品。

“它们是由非常好的物质组成的:核酸，大量的氮和磷，”他说。“所有的动物都应该想吃它们。很多东西能抓到什么就吃什么。肯定有人学会了如何吃这些真正好的原材料。”

作为一名生态学家，DeLong花了大量时间用数学来描述捕食者-被捕食者的动态，他不完全确定如何着手调查他的假设。最终，他决定保持简单。首先，他需要一些志愿者。他开车到附近的一个池塘采集了水样。回到实验室，他把所有他能控制的微生物，无论哪种，都集中到水滴中。最后，他加入了大量的氯病毒。

24小时后，DeLong会在水滴中寻找任何物种似乎喜欢与氯病毒在一起的迹象——甚至有一个物种把这种病毒视为零食而不是威胁。在哈尔特里亚，他找到了。

“起初，这只是一个暗示，它们有更多的纤毛虫，”DeLong谈到纤毛虫时说。“但后来它们足够大了，我可以用移液器的尖端抓起一些，把它们放在干净的液滴中，然后就能数出来了。”

图1 Halteria（A）和草履虫（B）在2天内将斑块单位密度降低了两倍至两个数量级（图源：[1]）

在短短两天内，氯病毒的数量锐减了100倍。Halteria的数量，除了病毒没有什么可吃的，在同一时间内平均增长了大约15倍。与此同时，被剥夺了氯病毒的Halteria根本没有生长。

为了确认Halteria实际上是在消耗这种病毒，研究小组在将病毒引入纤毛虫之前，用荧光绿色染料标记了一些氯病毒DNA。果不其然，纤毛虫的胃——它的液泡——很快就发出了绿色的光。

这是毫无疑问的:纤毛虫正在吞食病毒。这种病毒维持着它们。

“我打电话给我的合著者:‘它们长大了!我们做到了!’”DeLong谈到这一研究结果时说，该研究结果的详细内容已发表在《PNAS》上。“我很高兴能第一次看到如此基本的东西。”

图2 研究发现Halteria可以吞食大量与它们共享水生栖息地的传染性氯病毒（图源：[1]）

DeLong还没有说完。他数学的一面想知道，这种特殊的捕食者-被捕食者的动态，虽然看起来很奇怪，但是否与他习惯研究的更普通的配对有共同点。

他首先绘制了氯病毒的衰退与Halteria的增长之间的关系。DeLong发现，这种关系基本上符合生态学家在其他微观猎人和他们的猎物之间观察到的关系。Halteria还将大约17%的消耗的氯病毒质量转化为自己的新质量，与草履虫吃细菌和毫米长的甲壳类动物吃藻类时看到的百分比一致。就连纤毛虫捕食病毒的速度，以及它们大小上大约1万倍的差异，都与其他水生案例研究相吻合。

DeLong说:“我有动力去确定这是否奇怪，或者它是否合适。这并不奇怪。只是没有人注意到。”

DeLong和他的同事们后来发现了其他纤毛虫，像Halteria一样，只靠吃病毒就能茁壮成长。他们发现的越多，就越有可能在野外发生病毒捕食。这一前景让生态学家充满了疑问:它是如何塑造食物网的结构的?其中物种的进化和多样性?它们面对灭绝的韧性?

不过，他还是选择保持简单。一旦内布拉斯加州的冬天缓和下来，DeLong就会返回池塘。

“现在，”他说，“我们必须弄清楚这在自然界中是否成立。”

参考资料：

[1] The consumption of viruses returns energy to food chains