Der Diel-Zyklus ist eines der häufigsten periodischen Muster in Meeresökosystemen. Bisher wurden die Veränderungen des Ernährungsrhythmus von marinem Bakterioplankton häufig auf Faktoren wie bakterielle lichtabhängige physiologische Mechanismen oder deren Wechselwirkungen mit photosynthetischen Organismen zurückgeführt.
Die wichtige Rolle von Viren bei diesen Veränderungen des Ernährungsrhythmus wurde jedoch weitgehend übersehen. Als die am häufigsten vorkommenden, vielfältigsten und sich dynamisch verändernden Lebenspartikel im Ozean sind Viren unverzichtbare Bestandteile mariner Ökosysteme. Sie regulieren globale biogeochemische Kreisläufe, indem sie Wirtsbakterien infizieren. Frühere Untersuchungen haben bereits ergeben, dass die virale Aktivität bestimmten Mustern folgt.
Beispielsweise sind Viren, die photosynthetische Cyanobakterien infizieren, tagsüber ansteckender und neigen dazu, nachts in den Ruhezustand zu verfallen. Es ist jedoch noch wenig darüber bekannt, wie Viren in natürlichen Meeresumgebungen den Ernährungsrhythmus planktonischer Bakterien beeinflussen, was unser genaues Verständnis mariner Ökosysteme erheblich erschwert.
A neue Studie veröffentlicht in Forschung hat herausgefunden, dass Virus-Wirt-Interaktionen in Küsten- und offenen Meereslebensräumen unterschiedliche Diel-Muster aufweisen, was zeigt, dass Viren wichtige Faktoren sind, die die Veränderungen des Diel-Rhythmus von marinem Bakterioplankton vorantreiben.
Das von den Professoren Rui Zhang und Nianzhi Jiao an der Universität Xiamen geleitete Team sammelte über einen kompletten Diel-Zyklus hinweg Feldproben aus verschiedenen Wasserschichten in Küsten- und offenen Ozeanumgebungen. Sie analysierten die Wechselbeziehungen zwischen der Häufigkeit, Produktion, dem Zerfall und den Infektionsstrategien von Viren und der Häufigkeit, Stoffwechselaktivität, Gemeinschaftsstruktur und Vielfalt des Bakterioplanktons und untersuchten die Muster der Virus-Wirt-Interaktionen. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Diel-Rhythmen der Virus-Wirt-Interaktionen in verschiedenen Ökosystemen und Wasserschichten variieren.
Viren in Küsten- und offenen Meeresoberflächengewässern weisen ein „Nachtproduktionsmuster“ auf, das durch eine geringe Produktion und eine hohe Zerfallsrate während des Tages und eine hohe Produktion und eine niedrige Zerfallsrate in der Nacht gekennzeichnet ist. Unterdessen variieren die Muster in der Chlorophyll-Maximumschicht, dem Boden der euphotischen Zone und der aphotischen Schicht. Darüber hinaus ergab die Studie, dass die lytischen Wirkungen von Viren auf einer Zeitskala wichtige Faktoren sind, die die Stoffwechselaktivität von Bakterien hemmen.
Die Forschung ergab auch, dass die Diel-Variationen in Bakteriengemeinschaften in verschiedenen Lebensräumen erheblich durch unterschiedliche virale Infektionsstrategien beeinflusst werden. In Küstengebieten zeigt die Vielfalt der Bakteriengemeinschaften einen signifikanten negativen Zusammenhang mit der lysogenen Virusproduktion.
Dies deutet darauf hin, dass vermehrte lysogene Virusinfektionen zu einem Rückgang der Diversität der Wirtsbakteriengemeinschaften führen, was ein starker Beweis für die neu vorgeschlagene „Huckepack-der-Gewinner“-Theorie ist. In offenen Meeresumgebungen besteht jedoch eine statistisch signifikante positive Korrelation zwischen der Vielfalt der Bakteriengemeinschaften und der Produktion lytischer Viren.
Dies deutet darauf hin, dass vermehrte lytische Virusinfektionen zu einer Zunahme der Diversität der Wirtsbakteriengemeinschaften führen, was im Einklang mit dem klassischen „Kill-the-winner“-Modell steht. Dies zeigt, dass Virusinfektionen wichtige Faktoren sind, die die dynamischen Veränderungen in marinen Bakteriengemeinschaften vorantreiben.
Daher zeigt die Studie, dass die klassische „Kill-the-winner“-Theorie und die neuere „huckepack-the-winner“-Theorie nicht gegensätzlich sind, sondern als komplementäre, koexistierende virale ökologische Strategien dienen. Dies zeigt, dass Virus-Wirt-Interaktionen in unterschiedlichen ökologischen Umgebungen unterschiedliche Muster aufweisen.
Diese Studie identifiziert Viren als einen wichtigen Faktor, der die täglichen Variationen in Bakteriengemeinschaften bestimmt. Die durch diese Forschung aufgedeckten Muster der Virus-Wirt-Interaktionen bieten auch eine neue Perspektive für die Erforschung der Beiträge von Viren zu marinen biogeochemischen Kreisläufen.
Dies legt nahe, dass die Auswahl unterschiedlicher viraler Infektionsstrategien nicht nur die Struktur der Wirtsgemeinschaften regulieren, sondern auch die marinen Kohlenstoffkreisläufe und den globalen Klimawandel beeinflussen kann, indem sie den Pool gelöster organischer Stoffe beeinflusst. Zukünftige Forschung muss sich eingehend mit den Prozessen und der ökologischen Bedeutung lytischer und lysogener Virus-Wirt-Interaktionen in verschiedenen ökologischen Umgebungen und auf unterschiedlichen Zeitskalen befassen.
Mehr Informationen:
Xiaowei Chen et al., Virus-Wirt-Interaktionen steuern gegensätzliche bakterielle Diel-Dynamik im Ozean, Forschung (2023). DOI: 10.34133/research.0213