Ein Tropfen Meerwasser enthält mehrere Millionen Mikroorganismen, von denen die meisten kaum als lebendig bezeichnet werden können, aber sie können die Veränderung des Erdklimas beeinflussen. RIA Novosti versteht, warum Meeresviren gefährlich sind und ob es sich lohnt, sie zu bekämpfen.
Mikroorganismen von der Größe von 60 Galaxien
1989 beschlossen Wissenschaftler der Universität Bergen, das durch Meerwasser ausgefällte Material durch ein Transmissionselektronenmikroskop zu untersuchen. Das Ergebnis war atemberaubend: Es stellte sich heraus, dass in einem Milliliter der Probe etwa 250 Millionen Viren leben - hundertmal mehr als bisher angenommen, als Viruspartikel auf künstlich kultivierten Bakterienrasen untersucht wurden.
„Weitere Arbeiten haben noch erstaunlichere Ergebnisse gebracht. Viren erwiesen sich als die zahlreichsten in den Ozeanen lebenden Organismen - ihre Zahl geht auf Billionen (1030). Wenn wir alle Meeresviruspartikel in einer Kette zusammenfassen, werden sich diese über 60 Galaxien erstrecken “, sagt Elena Likhoshvai, Doktor der Biowissenschaften, Professorin, Leiterin der Abteilung für Zell-Ultrastruktur am Limnologischen Institut der Sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften.
Moderne Methoden zur Entschlüsselung von DNA haben die Vorstellung von Anzahl und Vielfalt der auf dem Planeten lebenden Viren noch mehr verändert. Im Jahr 2016 Wissenschaftler des Joint Genome Institute in Kalifornien und des National Laboratory. Lawrence Berkeley analysierte eine große Menge von Daten, die nach metagenomischer Sequenzierung von Proben aus 3.000 geografischen Standorten erhalten wurden - dies waren marine, Süßwasser- und terrestrische Ökosysteme. Forscher haben über 125.000 Abschnitte viraler DNA gefunden, was die Anzahl bekannter viraler Gene um das 16-fache erhöht hat.
Unprätentiös und sehr hartnäckig
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In den Ozeanen gibt es viel mehr Mikroorganismen als Fische und Meeressäuger. Berichten zufolge machen sie bis zu 98 Prozent der gesamten ozeanischen Biomasse aus. Und die zahlreichsten sind Viren. Sie infizieren jede Sekunde 1023 Billionen Meereslebewesen und verbrauchen so täglich bis zu 20 Prozent der Meeresbiomasse.
Gleichzeitig zeichnen sich Viren durch extreme Vitalität und Unprätentiösität aus. Sie können über einen weiten Temperaturbereich und unter den ungünstigsten Bedingungen existieren. Beispielsweise infiziert sich das marine Kieselalgenvirus (Chaetoceros debilis CdebDNAV) auch bei minus 196 Grad Celsius weiter. Cyanophagen verbleiben bis zu hundert Jahre in Sedimenten, und die 30.000 Jahre alte Riesenamöbe Pithovirus sibericum, die kürzlich im Permafrost entdeckt wurde, war immer noch in der Lage, Mikroorganismen zu infizieren.
Darüber hinaus wurde lange Zeit angenommen, dass jedes Virus nur eine enge Gruppe innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaft jagt - Bakterien der einen oder anderen Art. Amerikanische Wissenschaftler haben jedoch gezeigt, dass Meeresviren nicht so wählerisch in Bezug auf Lebensmittel sind und Mikroorganismen verschiedener Gattungen infizieren können.
Niemand entgeht einer Infektion
Diese Zahlen und Fakten bedeuten nicht, dass ein Urlaub auf See an Selbstmord grenzt. Nur ein Sechzigstel aller im Wasser vorkommenden Viruspartikel ist für den Menschen gefährlich. Fische und Meeressäugetiere leiden unter einigen, aber ihre Hauptbeute sind Mikroben, die eine wichtige Rolle bei der Bildung des Erdklimas spielen.
„Es ist bekannt, dass CRISPR-Sequenzen nach einem Virusangriff im Bakteriengenom verbleiben - kleine sich wiederholende Segmente des Genoms, die durch nicht transkribierte DNA-Fragmente getrennt sind, die von fremden genetischen Elementen entlehnt wurden. Sie bieten "Immunität" gegen eine erneute Infektion, und aufgrund ihrer Anwesenheit im Genom des Bakteriums kann man schließen, dass es bereits mit einem bestimmten Phagen infiziert wurde. CRISPR kommt in 40 Prozent der Bakterien und 90 Prozent der Archaeen vor “, sagt Elena Likhoshvay.
Diagramm des Lebenszyklus eines Meeresvirus (Bakteriophagen) / Illustration von RIA Novosti. Alina Polyanina, Depositphotos / logos2012.
Berichten zufolge verbrauchen Cyanobakterien, dank derer einst Sauerstoff auf der Erde auftrat, und andere mikroskopisch kleine marine Photosynthesen heute etwa die Hälfte des gesamten in die Atmosphäre freigesetzten Kohlendioxids. Daher können Bakteriophagenviren, die sie angreifen und zerstören, eine wichtige Rolle bei der globalen Erwärmung spielen. In der wissenschaftlichen Welt besteht jedoch bislang kein Konsens darüber, ob dieser Einfluss ein Plus- oder Minuszeichen ist.
Pfleger des Meeres
Wie Forscher der University of Warwick herausfanden, wirkt sich eine Virusinfektion tatsächlich auf die Photosynthesefähigkeit von Cyanobakterien aus - die Fixierung von Kohlendioxid (dh seine Umwandlung in Kohlenstoffverbindungen) in der Bakterienkultur verlangsamt sich nach dem Angriff von Bakteriophagen fast fünfmal. Nach groben Schätzungen bleiben infolge der Infektion von Mikroorganismen in der Atmosphäre jährlich bis zu fünf Milliarden Tonnen Kohlenstoff nicht absorbiert - das sind zehn Prozent des gesamten von den Ozeanen gebundenen Kohlenstoffs.
Einige Wissenschaftler weisen jedoch darauf hin, dass nach der Zerstörung von Bakterien durch Viren die Überreste von Mikroorganismen in eine Tiefe eingetaucht sind, in der die Prozesse, die zur Freisetzung von Kohlendioxid führen, stark verlangsamt werden. Dort scheiden sie Eisen, Phosphor und einige andere Elemente aus, die für die Phytoplanktonernährung notwendig sind. Phytoplankton wächst und absorbiert mehr Kohlendioxid.
„Nach dem neuen Schema der globalen Zirkulation von organischer Substanz und biogenen Elementen aquatischer Ökosysteme beeinflusst Virioplankton (die Gesamtheit aller im Weltozean lebenden Viren) viele biogeochemische und ökologische Prozesse, einschließlich des Zyklus der Ernährung, Atmung und Verteilung von Substanzen in verschiedenen Teilen des Ökosystems. Bei der Beurteilung des Kohlenstoff- und Stickstoffkreislaufs muss die Rolle von Viren berücksichtigt werden, da diese ein wichtiger Bestandteil von Nahrungsnetzen sind, die die globalen biogeochemischen Kreisläufe regulieren “, schließt Elena Likhoshvai.
Cyanobakterien und andere mikroskopisch kleine marine Photosynthesen verbrauchen heute etwa die Hälfte des gesamten in die Atmosphäre freigesetzten Kohlendioxids / Foto: David Savage, Bruno Afonso, Pamela Silver.
Alfiya Enikeeva
