Czy gigantyczne wirusy powstrzymają topnienie lodowców?

Częścią procesu topnienia lodowców są – wcale nie tak rzadkie – zakwity glonów czy protistów zasiedlających tę zmarzłą wydawałoby się pustynię. W istocie może ona w odpowiednich warunkach temperaturowych i dostarczenia pierwiastków biogennych jak fosfor, azot i siarka wraz z prądami morskimi dosłownie zakwitnąć, tak, że lód z białego stanie się czarny, bordowy lub ciemnozielony… Te zakwity wywołane są przez organizmy jednokomórkowe, które zaczynają być widoczne dopiero, gdy tempo ich namnażania wzrośnie na tyle, by nagle pojawiły się ich w jednym miejscu miliardy miliardów (tak powiedzmy 10 do potęgi 9 czy 12 w litrze lodu). Z fizyki, gdzie uczono nas o podstawowych prawach optyki wiemy, że barwa biała odbija dużo światła słonecznego, zaś czarna je pochłania. Im ciemniejszy zatem staje się lód, tym szybciej topnieje przy tym samym poziomie ekspozycji na energię słoneczną.

Zakwity glonów są zatem w świecie polarnych lodowców nie mniejszym dramatem, niż podobne zjawisko w jeziorach słodkowodnych czy w lagunach morskich. Aczkolwiek nie jest to tragedia związana z toksycznością licznych glonów i protistów dla innych organizmów lub ograniczeniem natlenienia wody, co powoduje np. śnięcie ryb w akwenach średnich szerokości geograficznych. Tutaj kluczowe jest przyspieszanie topnienia lodowca. Jednak wraz z owym topnieniem okazuje się, że w lodowcach ukrywają się WIRUSY. Na ogół nieznane dotąd nauce, bo póki lodowce nie topniały, te akurat gatunki wirusów nie były izolowane z innych środowisk.

Wracamy do naszego szczura, którego każdy ma i się boi. Skoro w lodowcu są zahibernowane i gotowe do gwałtownego rozmnażania się glony, to przynajmniej niektóre z owych przerażających wirusów z wiecznej zmarzliny, którymi od jakiegoś czasu straszą nas media, są szczurami, których boja się glony. Bez metafor zaś rzecz ująwszy – są owe wirusy pasożytami informacyjnymi glonów, także tych tworzących zakwity na lodowcach i przyspieszających ich topnienie. Nad tymi właśnie glonami od lat pochylają się biolodzy morscy i mikrobiolodzy z duńskiego Uniwersytetu w Aarhus, a okazało się, że nie brak tam wirusów doprawdy w swej formie i treści wyjątkowych. Najnowsza praca tego zespołu badawczego opisuje odkryte tam genetycznie (czyli metodami wykrywania obecności DNA czy RNA) wirusy GIGANTYCZNE.

W świecie wirusów są one wielkie, kaszaloty wśród kręgowców. Normalnie wirusy mają średnicę 20-200 nanometrów. Gigantyczne wirusy są tysiąckrotnie większe, czyli mówiąc bez ogródki mają rozmiar solidnej bakterii. Ich genomy też są 10-15 razy większe, niż takich zwykłych prostych wirusów, które zakażają chociażby znaną nam wszystkim bakterię jelitową – pałeczkę okrężnicy E. coli. Oznacza to, że mają w swoim własnym DNA przepis na robienie wielu rzeczy bez udziału gospodarza – zwykłe wirusy na ogół tego nie potrafią, są od swojego żywiciela bardzo głęboko uzależnione. Nadal jednak gigantyczne wirusy nie są zdolne do samodzielnego życia bez komórki, w tym wypadku glonu, w której pasożytują.

Prace prowadzone przez doktorantkę, Laurę Perini z Wydziału Nauk o Środowisku Uniwersytetu w Aarhus, a opublikowane właśnie w czasopiśmie „Microbiom” są pierwszymi, gdzie gigantyczne wirusy (naukowo określane jako nukleocytoplazmatyczne wirusów dużego DNA (NCLDV); typ Nucleocytoviricota) znaleziono w lodowcach. Wcześniej te giganty znane były z oceanów (gdzie zakażają i pasożytują na zielonych algach morskich!), z gleby a nawet z naszego ludzkiego mikrobiomu jelitowego.

Wirusy morskie są znane ze zdolności do naturalnego kontrolowania zakwitów wywołanych przez jednokomórkowe glony czy protisty. Działa to jak każdy mechanizm sprzężenia zwrotnego. Im bardziej/szybciej przybywa żywiciela, tym bardziej/szybciej przybywa jego pasożyta – w tym wypadku wirusa. Ów żeruje na gospodarzu powodując ograniczenie jego populacji. Gdy żywiciela mniej, i z pasożytem krucho… Itd. w nieskończoność to „wahadło” może działać.

„Przeanalizowaliśmy próbki ciemnego lodu, czerwonego śniegu i dziur topniejących (kriokonit). Zarówno w ciemnym lodzie, jak i w czerwonym śniegu znaleźliśmy sygnatury genetyczne aktywnych gigantycznych wirusów. Po raz pierwszy odkryto je na powierzchni lodu i śniegu zawierającego dużą ilość pigmentowanych mikroalg” – twierdzi pierwsza autorka badania, która żyła na tej lodowej pustyni wraz z obiektami swoich obserwacji przez wiele miesięcy, tak ciemności zimowych, jak i letnich nieustających dni, gdy lodowa pustynia staje się oazą.

To obiecujące odkrycie pociągnęło za sobą wyizolowanie całych gigantycznych wirusów i próby przeprowadzenia za ich pomocą laboratoryjnych infekcji alg. Docelowo bowiem chodzi o to, by za pomocą swoistej „terapii wirusowej” leczyć lodowce z zakwitów. Biologia poucza nas, że w tego typu wyścigu zbrojeń (zwanym Paradoksem Czerwonej Królowej – ze względu na piękną opowieść o Alicji w Krainie Czarów ciągniętej za rękę przez Królową tylko po to, by w ogóle stać w miejscu) gospodarz będzie mutował. W ten sposób czasem uniknie śmierci z powodu ataku pasożyta. Wirus zaś tymczasem będzie mutował, co zagwarantuje mu nadal, że będzie dla glonu zjadliwym i zapewni sobie samemu przetrwanie. W tym aspekcie wszelkie „terapie wirusowe” – o ile my, ludzie umielibyśmy je kontrolować – są z założenia skuteczniejsze od chemicznych. Gospodarz-glon ma znacznie większą szanse uodpornić się na jakieś zabijające go chemikalium (o ile znaleźlibyśmy coś wystarczająco wybiórczego, by w ogóle zastosować to na lodowcach), zaś jego całkowite uodpornienie się na wirusa jest niemożliwe.

Gdy po miesiącach ciemności wschodzi w Arktyce słońce, niedźwiedzie polarne wychodzą ze swoich zimowych legowisk, pojawia się rybitwa popielata, a piżmowoły wędrują na północ. „Budzą się” i glony, których zakwity sprawiają, że zwiększone topnienie lodu pogarsza globalne ocieplenie. Co mniejsze glony są zjadane przez co większe protisty zwane kiedyś pierwotniakami, glony mogą też chorować – a zatem i obumierać – ze względu na obecne z nimi w lodzie bakterie, grzyby nitkowate czy właśnie wirusy. Te ostatnie trzeba badać jak najpilniej, bo jako jedyne – i wiadomo to z ich działania w oceanie, są w stanie kontrolować zakwity.

„Badamy gigantyczne wirusy, aby dowiedzieć się więcej o ich interakcjach i roli w tym ekosystemie. Jeszcze w bieżącym roku opublikujemy kolejną pracę zawierającą więcej informacji na temat gigantycznych wirusów infekujących mikroalgi rosnące na powierzchni pokrywy lodowej Grenlandii w warunkach laboratoryjnych” – podsumowuje Laura Perini. Mały może niemało. Oby tylko udało się przeprowadzić wszelkie niezbędne badania, poznać gigantyczne wirusy dogłębnie, zanim będziemy próbować wykorzystać je jako narzędzie do kontrolowania zakwitów glonów. Lodowa pustynia nie jest aż taka pustynna, a od jej dobrostanu zależy w sporej mierze dobrostan naszej planety i jej klimat.