Вирусы в океанской воде

Некоторые великие открытия вначале напоминают чудовищные ошибки.

В 1986 году выпускница Нью-Йоркского государственного университета Лита Проктор (Lita Proctor) решила узнать, как много вирусов содержится в морской воде. В то время считалось, что шанс обнаружить их там почти отсутствует. Те немногие исследователи, кто тратил свое время на их поиски, практически не находили их там. Большинство экспертов считали, что вирусы, обнаруженные в океане, попали туда из канализации и других источников, находящихся на суше.

Через годы несколько ученых собрали доказательства, не укладывавшиеся в данную теорию. Океанолог Джон Сиберт (John Sieburth) опубликовал снимок морской бактерии и вырывающихся из нее вирусов. Проктор решила, что стоит начать их систематический поиск. Она путешествовала по Карибскому и Саргассовому морям, собирая образцы воды. Когда Проктор взглянула на собранные ею образцы через электронный микроскоп, ее взгляду предстал целый мир вирусов. Некоторые держались отдельно, в то время как другие находились внутри своих бактерий-носителей.

Основываясь на количестве вирусов, обнаруженных ею в собранных образцах, Проктор предположила, что каждый литр морской воды содержит около ста миллиардов вирусов.

Цифры, полученные Проктор, были несоизмеримы с результатами предыдущих исследований. Немногие ученые бы удивились, узнав, что она по ошибке добавила пару лишних нулей. Но когда другие ученые проводили собственные исследования, которые привели к схожим результатам, то они также пришли к мнению, что в океане живет около 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 вирусов.

Сложно найти что-то, с чем можно сравнить такое невероятное число. На каждого обитателя океана приходится по пятнадцать вирусов. Если положить все вирусы океана на чашу весов, то на другой можно разместить семьдесят пять миллионов голубых китов. Если же выстроить все их в одну линию, то она протянется через шестьдесят ближайших галактик.

Все эти цифры не означают, что купание в океане граничит с самоубийством. Только 1/60 часть вирусов в океане способна инфицировать человека. Некоторые морские вирусы инфицируют рыб и других морских животных, но наиболее частой их добычей являются микробы. Микробов хоть и не видно невооруженным взглядом, но они по массе превосходят всех живущих в океане китов, все кораллы и остальные формы океанической жизни. Подобно тому как бактерии в нашем организме подвергаются нападению фагов, морские микробы атакуются морскими вирусами-бактериофагами (морскими фагами).

Когда Феликс Д’Эрель впервые обнаружил бактериофаги в организмах французских солдат в 1917 году, многие ученые отказывались верить в их существование. Сто лет спустя выяснилось, что Д’Эрель обнаружил самую распространенную форму жизни на Земле. С момента обнаружения Проктор изобилия морских вирусов ученые продолжают делать открытия, подтверждающие их колоссальное влияние на нашу планету. Морские фаги влияют на экологию Мирового океана. Они вносят свой вклад в мировой климат. Кроме того, они оказывали решающее влияние на ход эволюции на протяжении миллиардов лет. Другими словами, они играют роль цементирующего вещества в биосфере.

Сильной стороной морских вирусов является их высокая способность к заражению. За одну секунду три триллиона морских вирусов находят своих носителей. Каждый день вирусы убивают около половины всех бактерий в Мировом океане. Их убийственная эффективность держит под контролем размножение их носителей, и люди в конечном итоге часто оказываются в выигрышном положении. Холера, например, вызывается передающимися с водой бактериями вибрионами (Vibrio). Однако вибрионы являются носителями для некоторых видов морских фагов. Когда численность вибрионов резко возрастает и случается вспышка холеры, фаги тоже начинают размножаться быстрее. Популяция вирусов растет так быстро, что они убивают бактерий скорее, чем те могут размножаться. Бум размножения бактерий затихает, и эпидемия холеры вместе с ним.

Океанические вирусы поражают не только своим числом, но и своим разнообразием. Гены человека и гены акулы очень похожи — настолько похожи, что ученым удается найти аналог большинства генов человека в геноме акулы. Генетическое строение морских вирусов, с другой стороны, ни на что не похоже. Во время исследования вирусов в Северном Ледовитом океане, Мексиканском заливе, возле Бермудских островов и в Северной Атлантике ученые идентифицировали около 1 800 000 вирусных генов. Только 10 % их генов имеют аналоги в геноме бактерий, животных, растений или даже других вирусов. Остальные 90 % были совершенно неизвестны науке. В 200 литрах морской воды ученые обычно находят 5 000 генетически разнообразных вирусов. В килограмме морских отложений может быть до миллиона видов вирусов.

Одной из предпосылок существования такого разнообразия морских вирусов является обилие носителей. Каждый род вирусов должен приспосабливаться для того, чтобы проникнуть в организм носителя. Однако разнообразие может появиться и более мирным путем. Умеренные фаги постепенно проникают в ДНК своего носителя. Размножаясь, носители воспроизводят и ДНК вирусов. Пока ДНК умеренного фага остается невредимой, она имеет возможность вырваться из организма своего носителя во время его стрессового состояния. Но по мере смены поколений ДНК фага мутирует и теряет способность высвобождаться из генома носителя, становясь его неотъемлемой частью.

Воспроизводя вирусы, клетка-носитель может случайно добавить им собственных генов. Неся в себе гены бывших носителей, вирусы начинают вносить их вместе с собственными в ДНК новых носителей. По приблизительным расчетам вирусы переносят триллион триллионов генов от генома к геному ежегодно.

Благодаря заимствованию генов вирусы могут отвечать за выработку значительной части кислорода на Земле.

Распространенный вид океанических бактерий, синехококков, отвечает за четверть происходящего на Земле фотосинтеза. Изучая ДНК этих бактерий, ученые обнаружили, что их способность к фотосинтезу обусловлена позаимствованными у вирусов белками. Ученые нашли даже свободно живущие вирусы, обладающие фотосинтетическими генами, находящиеся в поисках новых носителей. Согласно примерным подсчетам, 10 % всего фотосинтеза на Земле происходит благодаря генам вирусов. Вдохните десять раз, и один из этих вдохов будет пожалован нам вирусами.

Циркуляция генов оказала огромное воздействие на существование жизни на Земле. Жизнь, в конце концов, зародилась в океане. Старейшими следами существования вирусов на Земле являются окаменелости морских микробов, датируемые 3 500 000 000 годами до н. э. В океане около 2 миллиардов лет назад появились первые многоклеточные организмы. Наши далекие предки выползли на сушу только 400 тысяч лет назад. Вирусы не оставляют окаменелых останков, но они оставляют след в геноме своих носителей. Эти следы доказывают существование вирусов на протяжении миллиардов лет.

Ученые могут отслеживать историю генов, сравнивая геномы видов, произошедших в далеком прошлом от общего предка. Это сравнение может, например, выявить гены, переданные древним вирусом своему носителю. Ученые выяснили, что геномы всех живых организмов содержат сотни тысяч генов, переносимых вирусами. Как бы сильно ученые ни углублялись в историю жизни на Земле, они всегда обнаруживали переносимые гены. Хотя Дарвин и представлял себе историю жизни в виде дерева, история генов больше напоминает шумную торговую сеть, имеющую историю длиной в миллиарды лет.

Жители Гонконга в очереди за медицинскими масками

По мере того, как новый тип коронавируса распространяется из Китая по всей планете, информация о нем обрастает все большим количеством домыслов и мифов.

За публикацию подобной дезинформации в ряде стран уже ввели ответственность — среди них Малайзия и Китай. А компании Facebook, Google и Twitter пытаются остановить распространение таких сообщений и удаляют их со своих страниц.

НВ собрал самые распространенные фейки о новом вирусе 2019-nCoV, который по состоянию на утро среды, 29 января, унес более 130 жизней и спровоцировал почти 6 тыс. случаев заражения.

1. Списки вероятно зараженных продуктов из Китая

Подобные списки особенно активно распространяются в соцсетях Австралии, которую с Китаем многие годы связывают туристические и миграционные потоки.

Пример подобного списка с опровержением от профильного журналиста и австралийских органов здравоохранения:

2. Прогнозы о миллионах смертей со ссылкой на официальные источники

Пользователи из Шри-Ланки в январе распространяли в социальных сетях ( включая Facebook) сообщение о том, что доктора якобы прогнозируют миллионы смертельных случаев от китайского коронавируса — и что от него может погибнуть большая часть 11-миллионного Уханя.

Это утверждение ложно: ни власти Китая, ни Всемирная организация здравоохранения, ни другие квалифицированные медики не давали таких прогнозов. Сомнительным является и другой тезис из таких постов — что причиной вспышки стало употребление в пищу мяса китайской кобры — этот факт не доказан.

В настоящее время вакцины от нового штамма коронавируса действительно не существует, хотя ее уже разрабатывают. Однако это не означает, что болезнь неизлечима. Более того, большинство людей, инфицированных вирусами этого семейства, выздоравливают самостоятельно, напоминает Центр по контролю и профилактике заболеваний в США.

А доктор Шон Васу, и.о. руководителя Национального центра инфекционных заболеваний Сингапура, прогнозирует, что лишь около 20% инфицированных новым типом коронавируса будут подвержены тяжелой форме заболевания.

3. Соленая вода — рецепт от инфицирования вирусом?

В многих публикациях на Weibo, Twitter и Facebook, опубликованных в январе, приводят советы известного китайского эксперта по респираторным заболеваниям Чжун Наньшаня. Для уменьшения риска инфицирования он советует людям прополоскать рот и носоглотку раствором соленой воды ( физраствором) до и после посещения общественных мест.

Впрочем, другие медики скептически относятся к трактовке метода Чжун Наньшаня.

4. Конспирологические теории: коронавирус разработали намеренно

Весомый пласт фейковых сообщений, которые распространяются в социальных сетях в связи со вспышкой вируса 2019-nCoV — это разнообразные теории заговора о том, что китайский коронавирус был разработан преднамеренно. К примеру, его якобы могли разработать в американском Центре по контролю и профилактике заболеваний в США ( CDC) — чтобы позже извлечь выгоду, заставляя людей вакцинироваться.

Нередко подобные сообщения содержат отсылки к данным о более ранних патентах, связанных с исследованиями коронавируса и его генома — к примеру, патент CDC за 2015-й год. Однако, как разъяснили журналисты DW в специальном репортаже о фейках об 2019-nCoV, речь идет о патентах на разработку вакцин, а не самого вируса.

5. Ложные правила о том, как носить защитные маски

Сотни тысяч людей, преимущественно на Шри-Ланке и Филиппинах, распространили в Facebook и WhatsApp псевдоинструкцию о том, как носить двусторонние защитные медицинские маски на фоне эпидемии нового коронавируса.

В ней утверждается, что если человек болен и хочет не допустить распространения вируса, ему следует надевать маску голубой стороной наружу. Если же здоров и хочет защитить себя от вируса — то наоборот, белой наружу, а голубой внутрь.

Однако медики утверждают, что есть лишь один верный способ носить медицинские маски независимо от того, заражен ли пациент: голубым цветом наружу, а белым — внутрь.

Наиболее доступно это объяснил доктор Сето Вин Хонг, профессор Университета Гонконга и содиректор Центра по эпидемиологии и борьбе с инфекционными заболеваниями Всемирной организации здравоохранения.

Представитель ВОЗ демонстрирует, как правильно носить медицинскую маску на самом деле:

Он обратил внимание на такие вещи:

6. Фейковые панические фотографии, истории и видео

Растущие изо дня в день цифры смертей и подтвержденных случаев инфицирования новым вирусом способствуют распространению паники в соцсетях и перепубликации ложных фото- и видеоматериалов.

• Неправдивые сообщения о массовых протестах из-за вируса в Ухане — циркулирующее в соцсетях видео датируется как минимум июлем 2019 года

На ближайшие 10 минут мы с вами погрузимся в удивительный и прекрасный морской мир, который часто недооценивают. Я приглашаю вас в путешествие в глубины моря — посмотреть на него со стороны самых маленьких его обитателей: микробов. Мне хочется, чтобы после этого приключения вы разделили мою восторженность тем, как сильно связаны наши жизни с этими микроскопическими созданиями, и осознали мою озабоченность тем, как этими отношениями пренебрегают при принятии решений о нашем океане.

Когда вы смотрите на чистый голубой океан, вы видите бактериальный суп, в котором кипит жизнь. Вы видите морских бактерий, рыщущих повсюду среди других представителей морской пищевой цепи. Чтобы подчеркнуть, как мал их мир на самом деле, я добавила белую линию в большую часть своих слайдов: она аналогична толщине одного человеческого волоса — такая крошечная. Обычная чайная ложка чистой морской воды содержит пять миллионов бактерий и 50 миллионов вирусов. Если я зачерпну два галлона морской воды, бактерий в них будет больше, чем людей на нашей планете. А теперь представьте, сколько галлонов воды в океане. Может, вас уже тошнит от мысли о том, как много морской воды вы случайно проглотили за всю свою жизнь. Но к счастью, мы редко болеем от морской воды, потому что большая часть морских микробов работает на нас, а не против нас.

Один из моих любимых примеров — как бактерии обеспечивают людей половиной потребляемого кислорода. В школе говорят, что это происходит благодаря деревьям. И нужно признать, что деревья безобиднее микробов. Но на самом деле наземные растения создают лишь четверть кислорода, которым мы дышим. Ещё четверть кислорода поступает от микроводорослей, и оставшиеся 50% — от микробов. Глубоко вдохните. Поблагодарите деревья. Сделайте ещё один глубокий вдох. Поблагодарите микроводоросли. За следующие два вдоха благодарите микробов.

На этой картинке изображена бактерия, которая считается самым сильным фотосинтезатором на нашей планете. Её называют Prochlorococcus, и я бы сказала, что она — океанический генератор кислорода и одно из самых удивительных открытий морской микробиологии. Мы не знали о существовании этой бактерии до 1988 года. Вся история человечества зависела от этого маленького микроба, он создавал кислород, которым люди дышали независимо то того, где и когда они жили. Мы узнали так много об этих отношениях всего лишь за 24 года. Я нахожу это поразительным. А сколько ещё не найденных взаимосвязей имеют даже бо́льшую значимость?

Чтобы дать вам представление о том, каким может быть океан, я покажу вам две пробы морской воды. Слева — чистый коралловый риф, а справа — умирающий риф, в воде которого наблюдается интенсивное рыбоводство. На одном из двух изображений можно заметить мою улыбку, а на другом мой напарник по погружению максимально приближается ко мне, чтобы сделать фото. Итак, когда мы взяли по капле морской воды из каждого образца и положили их под микроскоп, мы увидели, как может выглядеть сообщество бактерий и вирусов. Ещё раз — чистый риф слева, а рыбный риф справа. Итак, все мы чувствуем дискомфорт от дисбаланса кишечных микробов, а рыба, плывущая через половину океана, который переполнен бактериями — в этом случае из-за активной аквакультуры, но могла случиться утечка сточных вод или отходов от удобрений или чего-то другого, — так вот, рыба почувствовала бы дискомфорт от микробов, находящихся в океане. Это мог быть недостаток кислорода, большое количество патогенных микробов или токсины, выделяемые бактериями. Суть в том, что несмотря на своё крошечное в масштабах мира существование, маленькие микробы имеют огромную силу и отвечают за то, как пахнет наш океан, какой он на вкус, как он себя чувствует и как выглядит.

Если вам запомнится что-то из моего выступления, пусть это будут наши невероятно важные отношения с морскими микробами — они имеют огромные последствия, а мы только начинаем понимать, как эти отношения выглядят и как они могут меняться. Так же, как при лечении болезни неизвестного происхождения, мы столкнёмся с проблемой восстановления океана, если не научимся лучше понимать микробов. Они — невидимые инженеры, контролирующие химический состав океана, какие существа в нём могут жить, безопасно ли нам там плавать и многие другие вещи, которые мы ощущаем глазами, носом и вкусовыми рецепторами. И чем больше нашего внимания обращено к этим маленьким, но многочисленным жителям океана, тем больше мы узнаём об их реакции на деятельность людей, как, например, в случае с рыбным хозяйством.

Пара последних слайдов о коралловых рифах показывают, что я много времени уделяю исследованиям, думая о взаимодействии людей и микробов, особенно на коралловых рифах. Оказывается, не только у нас есть группа собственных защитных микробов. Кораллы, наряду со многими другими организмами нашей планеты, имеют собственную защиту. Только у них она не внутри, как у нас в кишечнике, а снаружи — защищает их от внешних опасностей. Здесь вы видите трёхмерное изображение части живого коралла со всеми живущими на нём бактериями — его получили с помощью интересной технологии: высокоскоростного лазерного конфокального микроскопа. Красные круги — это симбиотические водоросли, которые живут внутри коралловых тканей и превращают солнечные лучи в сахара, а маленькие голубые точки — это защитные бактерии. Я использовала программное обеспечение для анализа изображений, чтобы выделить внешний слой коралла белым цветом, и вы можете видеть, что маленькие голубые точки всё еще видны над этим слоем. Эти бактерии сидят в слизи, которая также является частью защитного слоя коралла.

В более широкой перспективе я так много времени уделяю этим взаимоотношениям, потому что бóльшая часть рифов движется от состояния на левой картинке к изображению на правой. Верьте или не верьте, но изображение справа — популярное место для подводного плавания на острове Мауи, где большинство кораллов были потеряны в последнее десятилетие. Кораллы заболевают по всему миру вызывающими тревогу темпами, и мы не знаем, как и почему. Я вижу микробов на коралловых рифах — как хороших, так и плохих, пытаюсь связать их микромасштабное поведение с этой общей картиной и думаю — как помочь рифу справа вернуться к состоянию, изображенному на картинке слева? Или как остановить распространение болезней кораллов?

Чуть больше года назад никто и никогда не видел такого. Это видео — яркий пример того, как невидимое становится видимым. Перед нами тот же коралл, вид сбоку, и его защитный слой встречается с морской водой; итак, морская вода справа, коралл слева. Для меня это невероятно интересно — мы наконец-то видим эти бактерии в реальной жизни, в реальном времени, в их микромасштабе, и узнаём, как они взаимодействуют с окружающим миром. Экологи всего мира привыкли хватать пару биноклей, выходить и наблюдать за тем, что делают их подопытные каждый день. Но микробным экологам просто необходимы прорывы в технологиях, чтобы, например, с помощью быстрой конфокации проводить аналогичные наблюдения. Я ищу передовые технологии, подобные этой; они помогут сделать невидимое видимым, помогут увидеть морских бактерий в действии и узнать, как они ведут себя. При этом мы узнаём, как они реагируют на наши действия и наше поведение, на окружающую их среду — это поможет нам лучше контролировать наши океаны.

Другой пример — как я использую микрофлюидистику для подробного изучения поведения патогенов в океане. Основная идея микрофлюидики в том, что можно использовать технологии нанообработки для воссоздания или имитации условий жизни бактерий в их микромире внутри океана. Вы видите здесь микрофлюидную камеру на стекле микроскопа с линзами для микроскопа под ней. Мы используем высокоскоростную микроскопию с возможностью записи поведения бактерий. Цветная трубка указывает на бактерии и поток морской воды внутри и снаружи устройства. С помощью похожего устройства я недавно узнала, что известный коралловый патоген реально способен обнюхивать морскую воду и охотиться на кораллов. Вот видео, которое демонстрирует это. Вы увидите патогены, отмеченные маленькими зелёными точками слева — они ищут коралловую слизь, которую я расположила справа, а затем быстро плывут по направлению к ней и остаются там. До сих пор считалось, что любому патогену нужна удача, чтобы найти своего хозяина в океане. Но просто наблюдая и замечая, мы смогли узнать, что такие бактерии хорошо приспособлены к поиску своих жертв.

Эти микроканалы всё больше приближают нас к пониманию того, как бактерии перемещаются по огромному океану. Оказывается, патогены способны обнаружить слизь кораллов даже тогда, когда она разбавлена в 20 000 раз. Итак, эти бактерии отлично приспособлены к охоте на кораллов. Сейчас я тестирую различные экологические условия для того, чтобы посмотреть, какие из сценариев дают патогену больше или меньше возможностей для охоты на кораллов. Разобравшись в том, что провоцирует охоту, мы должны найти способ помочь замедлить или предотвратить их заболевание. Также есть основания полагать, что здоровые микробы на кораллах смогут бороться с патогенами, если мы создадим правильные условия.

И напоследок — изображение коралла и его здоровых бактерий. Я надеюсь, вы насладились этим маленьким путешествием в наши океаны, и когда вы в следующий раз посмотрите на море, то глубоко вдохнёте свежий океанский воздух и снова задумаетесь: а что ещё делают эти невидимые микробы для поддержания здоровья людей и океанов?

В результате исследований, проведенных за последние 20 лет, ученые пришли к выводу, что участием микроорганизмов при изучении океанических процессов пренебрегать нельзя. До 50% (иногда и больше) общего кругооборота в морских пищевых цепях обусловлено ими. Гетеротрофные микроорганизмы составляют заметную часть биомассы в эвфотической (хорошо освещенной) зоне и еще большую – на глубине; например, содержание бактерий у поверхности моря составляет 1 млрд в 1 л воды. Однако лишь совсем недавно ученые обратили внимание на вирусы, которых в морском планктоне оказалось очень много и которые могут играть существенную роль в регуляции численности фитопланктона и бактерий.

Напомним, что вирусы – субмикроскопические (т.е. не видимые с помощью светового микроскопа) объекты размером обычно 20–200 нм, состоящие из генетического материала (одно- или двухцепочечной ДНК или РНК), окруженного белковым или белково-липидным чехлом, или капсидом. Отдельную вирусную частицу называют вирионом.

Вирусы, не имея собственного метаболизма, ведут исключительно паразитический образ жизни, используя в своих целях биохимический аппарат клетки-хозяина. Вирионы не способны к активному движению и перемещаются либо с потоками жидкости или газа, либо путем пассивной диффузии. Контакт вируса с клеткой происходит в результате случайной встречи. Для прикрепления к клетке-хозяину и проникновения в нее вирусы используют специфические для данной клетки поверхностные белки, часто белки-переносчики. После заражения клетки вирус начинает размножаться.

Литическая инфекция. Вирус прикрепляется к клетке-хозяину и впрыскивает в нее свою нуклеиновую кислоту, заставляя клетку производить дочерние вирусные частицы (прогенные, или вторичные, вирусы) в огромных количествах. В конце концов этот процесс приводит к лизису клетки – она лопается и высвобождается новое поколение вирионов, готовое к заражению других клеток.

Хроническая инфекция. Высвобождение прогенных вирусов происходит путем экструзии или почкования и не приводит к гибели клетки, которая, таким образом, производит несколько новых поколений вирионов.

Лизогения. После впрыскивания в клетку-хозяина вирусная нуклеиновая кислота встраивается в ее геном, воспроизводится как генетический материал клетки и передается из поколения в поколение (такое состояние вируса называют профагом, или провирусом). В этом случае какие-либо изменения состояния клетки-хозяина, например стресс, могут вызвать быстрый переход к литической инфекции.

Известен также тип размножения вируса, получивший название псевдолизогении. В этом случае вирусная нуклеиновая кислота может находиться в клетке-хозяине продолжительное время, возможно, в течение нескольких поколений, прежде чем произойдет переход к литической инфекции. Однако в отличие от лизогении, этот переход происходит только в том случае, когда условия существования благоприятны для клетки-хозяина. В низкоэнергетических состояниях клетки, например при голодании, вирусный геном инактивируется.

Теоретически вирусы могут поражать клетки любых организмов. Однако на самом деле круг возможных жертв у каждого вида вирусов строго ограничен: у некоторых вирусов это может быть только один подвид какого-либо вида организмов, у других вирусов – организмы нескольких родственных видов или даже целый род. С другой стороны, каждый организм восприимчив к вирусам, обычно – более чем к одному их виду.

Вообще говоря, вирусы в экосистемах чаще всего играют роль убийц – их размножение приводит к гибели зараженных ими клеток. Кроме того, вирусы могут приводить к гибели клеток-хозяев в результате процессов, не связанных с их размножением. Будучи чрезвычайно многочисленными в поверхностных водах океана, вирусы могут сильно влиять на биопродуктивность и состав сообществ бактерий и фитопланктона. Поэтому вклад вирусов в процессы обмена веществ и энергии в экосистемах может быть весьма существенным – этим и определяется роль вирусов в экологии и биогеохимии моря.

Вирусы, инфицирующие морские организмы, известны уже несколько десятилетий. Однако до недавнего времени их изучали только как вредный фактор при получении чистых (безвирусных) культур. Широкому изучению вирусов как компонента экосистем мешали их малые размеры. На самом деле методика подсчета количества микробов была разработана еще в 1949 г., и если бы тогда кто-нибудь применил ее к изучению природных вод, роль бактерий и вирусов в морских сообществах была бы установлена значительно раньше.

Интерес к вирусам возник после первых работ, в которых было показано, что численность вирусов в морской воде в 5–25 раз превышает численность бактерий 1 (обычно концентрация вирусов в эвфотической зоне, т.е. у поверхности, составляет 10 млрд в 1 л воды). Распределение вирусов между разными типами вод в значительной степени совпадает с распределением бактерий и в меньшей степени – с концентрацией хлорофилла а. Более того, численность и распространение бактерий является наилучшим критерием для прогноза распространения вирусов. И это не случайно: бактерий в морской воде гораздо больше, чем представителей Protista и Metazoa, поэтому и вероятность встречи вирусов с ними максимальна.

Наиболее разнообразны и многочисленны вирусы в прибрежных водах, в бедных питательными веществами водах открытого океана их в 10 раз меньше. На глубине около 500 м бактерий и вирусов в 5–10 раз меньше, чем в эвфотической зоне, а на больших глубинах – еще в несколько раз меньше. Вирусов, как и бактерий, в несколько раз больше в морском льде и порах морских отложений, чем в омывающих их водах.

Хотя вирусы можно увидеть с помощью просвечивающей электронной микроскопии, для этого требуются дополнительные процедуры концентрирования вирусных частиц из морской воды и подготовки специальных образцов. Более просто и дешево можно определить концентрацию вирусов в пробах воды с помощью флюоресцентных красителей, связывающихся с нуклеиновыми кислотами. В этом случае с помощью обычного флюоресцентного микроскопа вирусы можно увидеть и подсчитать в полевых условиях, например на борту корабля.

Одна из главнейших причин, по которой ученые обратили внимание на вирусы, состояла в том, что размножение бактерий в морской воде приходит так быстро, что это должно было бы приводить к значительному увеличению их численности в море. Однако этого не происходит, следовательно, должны быть факторы, ограничивающие численность бактерий. Вирусы, в принципе, могут так уменьшить концентрацию бактерий, что она станет на несколько порядков ниже уровня, определяемого ресурсами системы. После того как было обнаружено высокое содержание вирусов в морской воде, стало ясно, что большинство микробов должны быть заражены вирусами, иначе последние не могли бы воспроизводиться с достаточной для поддержания постоянной численности популяций скоростью.

1 В большинстве работ по экологии морских микроорганизмов не делается различий между бактериями (Eubacteria) и архебактериями (Archea), поэтому под бактериями здесь и далее следует понимать все прокариоты. Следует, однако, учитывать, что в некоторых условиях, например на больших глубинах, архебактерии могут составлять до 50% от всех прокариот.

Вирусы обычно ассоциируются с возбудителями опасных инфекций. Но в океане они выполняют очень важную функцию, без которой вся жизнь на планете едва ли была бы возможной.

Слово "бактерия" обычно не вызывает у людей однозначно негативных чувств - ведь патогенных бактерий, вызывающих заболевания животных или растений, в конце концов, не так уж много, а вот, скажем, без бактериальной микрофлоры в пищеварительном тракте человек просто не смог бы выжить, да и вообще доля "вредных" среди бескрайнего множества видов бактерий значительно меньше, чем доля "полезных".

Иное дело - вирус. Это слово вызывает у любого человека резко отрицательные ассоциации, что, в общем-то, вполне объяснимо: вирус всегда воспринимается как патоген, инфекционный агент, возбудитель какого-нибудь более или менее тяжелого заболевания.

Каждую секунду вирусы в океане инфицируют 100 секстиллионов организмов

Однако не все так просто. Среди вирусов доля опасных для человека патогенов тоже невелика, а их видовое многообразие превосходит видовое многообразие бактерий. Но если мир бактерий изучен примерно на 1 процент, то мир вирусов - и того меньше: на сегодняшний день описано всего лишь около 5 тысяч видов вирусов, а насчитывается их, видимо, несколько миллионов, и они поистине вездесущи. За последние годы огромное множество вирусов было открыто в мировом океане, причем оказалось, что в этой экосистеме они играют - без преувеличения - ключевую роль.

Конечно, вирусы и в океане несут смерть тем организмам, которые они поражают. Прежде всего, это микроорганизмы - зоопланктон, бактерии, одноклеточные водоросли. Проникнув внутрь клетки-хозяина, вирус использует ее метаболизм и генетический аппарат для создания множества копий самого себя. Инфицированная и перепрограммированная вирусом клетка превращается в своего рода фабрику по производству и сборке новых вирусов. Некоторое время спустя клетка-хозяин лопается и погибает, а новые вирусы выходят наружу и распределяются в воде. Каждую секунду в океане происходит ни много ни мало 10 в 23-й степени вирусных заражений.

Без вирусов экосистема океана тормозится

Казалось бы, этот процесс, многократно повторенный, должен крайне негативно отразиться на состоянии экосистемы. На самом же деле это не так, говорит канадский исследователь Кёртис Саттл (Curtis Suttle), профессор биологии университета Британской Колумбии в Ванкувере, возглавляющий лабораторию вирусологии и микробиологии моря: "Нас очень удивило то, что если вирусы из системы удалить, то в ней наступает застой, другие морские организмы перестают расти и размножаться. То есть эффект оказывается прямо противоположным ожидаемому".

"Логика вроде бы говорит: вирус несет смерть, и чем больше вирусов, тем больше смерти, чем меньше вирусов, тем больше жизни, - продлолжает Саттл. - Но все дело в том, что гибель микроорганизма вследствие вирусной инфекции сопровождается разрывом его мембраны, и содержимое этого одноклеточного попадает в воду, где служит пищей другим организмам. Вирусы осуществляют своего рода рециклинг, утилизацию и вторичное использование питательных веществ, то есть являются одним из самых главных колесиков в том механизме, который приводит в движение всю экосистему. Без вирусов прочие колесики вращались бы гораздо медленнее".

Вирусы в океане ускоряют производство кислорода

Но это означает, что вирусы выполняют исключительно важную функцию и для жизни вне морей - функцию, значение которой трудно переоценить. Профессор Саттл поясняет: "Многие люди не знают, что именно океанские микроорганизмы производят половину всего кислорода на планете. А вирусы, убивая каждый день примерно 20 процентов всей живой биомассы в океане, поставляют тем самым питательные вещества новым организмам".

Обитающие в океане одноклеточные, пусть они столь малы, что невооруженным глазом их практически и не видно, составляют большую часть суммарной массы всех живых существ на нашей планете. Этот морской планктон можно разделить на две большие группы.