Hầu hết các nhà khoa học biển đều có mối quan hệ yêu-ghét với cá heo, cá mập, cá voi và rùa. Họ có xu hướng thu hút mọi sự chú ý của công chúng. Chúng ta treo ảnh chúng trên tường, sở hữu những món đồ chơi đáng yêu giống chúng và giải trí cho con cái bằng những câu chuyện hoạt hình về những cuộc phiêu lưu hư cấu của chúng.
Thật không may, chúng làm xao lãng vẻ đẹp thực sự và sự quan tâm đến môi trường biển: các vi khuẩn và đặc biệt là virus.
Bơi cùng cá heo là cơ hội chỉ có một lần trong đời đối với hầu hết mọi người, tuy nhiên, bất cứ khi nào bạn ngâm mình dưới biển, bạn sẽ ngay lập tức tiếp xúc với hàng tỷ sinh vật đơn bào và virus. Kể từ khi sự sống tiến hóa dưới biển và bò lên đất liền chỉ một tỷ năm trước, cộng đồng vi mô này có thêm hai tỷ năm tiến hóa và sự mới lạ về mặt di truyền so với những loài cá heo và cá voi chậm chạp về mặt trao đổi chất đã bò trở lại cách đây không lâu.
Trái đất chắc chắn là một hành tinh xanh, được bao phủ chủ yếu bởi nước.
Chúng ta có xu hướng nghĩ thực vật trên cạn cung cấp oxy cho chúng ta hít thở, nhưng trên thực tế, lượng oxy đó đến từ các vi tảo quang hợp đơn bào (được gọi là thực vật phù du) trôi nổi tự do trong đại dương của chúng ta.
Tuy nhiên, hầu hết các đại dương của chúng ta không giống như súp đậu, và đó là vì những loài tảo này bị động vật phù du ăn, sau đó bị cá ăn, sau đó bị cá lớn hơn ăn…
Mặc dù vậy, số phận của thực vật phù du không chỉ giới hạn ở việc bị ăn thịt: sự phá hủy tế bào sau khi nhiễm virus cũng đóng một vai trò quan trọng.
Virus là thực thể sinh học phong phú nhất trên hành tinh và có thể lên tới hơn 100 triệu con chỉ trong một thìa cà phê nước biển. Với ước tính có khoảng 1031 loại vi-rút trong đại dương gây ra 1021 ca nhiễm trùng mỗi giây, chúng chịu trách nhiệm tiêu diệt tới một nửa cộng đồng vi sinh vật biển hàng ngày. Chức năng ly giải không ngừng này có tầm quan trọng cơ bản đối với chức năng hệ sinh thái và chu trình sinh địa hóa toàn cầu, sẽ sụp đổ nếu không tái chế liên tục các chất dinh dưỡng ở cấp độ vi sinh vật.
Tảo có tính cơ hội cao và khi có điều kiện thích hợp (ví dụ, khi có nguồn dinh dưỡng mới hoặc khi ánh sáng và nhiệt độ trở nên thuận lợi hơn), các loài thực vật phù du có thể nhanh chóng thống trị quần xã. Chúng được gọi là tảo nở hoa và được đặc trưng bởi các loài tảo đơn lẻ đạt nồng độ trên một tỷ tế bào mỗi lít trên các vùng nước rộng lớn.
Thủy triều đỏ có hại do các loài tảo độc hại như Karenia brevis và Alexandriumfundyense gây ra là những ví dụ nổi tiếng về việc tiếp quản cộng đồng như vậy.
Ngoài việc gây đổi màu nước, chúng thường tạo ra chất độc có thể tàn phá nghề cá và gây ngộ độc động vật có vỏ gây tê liệt ở người. Tuy nhiên, với tất cả các loại virus trôi nổi xung quanh và quần thể vật chủ tương đối đồng nhất chiếm ưu thế trong một khu vực, việc nhiễm virus gần như trở nên không thể tránh khỏi.
Người ta đã phát hiện ra virus là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự tàn lụi của quá trình tảo nở hoa. Sự nở hoa của tảo cung cấp một cơ hội tuyệt vời để phân lập virus.
Vào tháng 7, một loại virus (AaV, 371 kbp, 377 gen) đã được mô tả có khả năng lây nhiễm vào loài tảo gây thủy triều nâu Aureococcus anophagefferens. AaV được ước tính hiện diện với mật độ cao tới 1020 hạt sau khi nở hoa.
Emiliania huxleyi
Có lẽ nổi tiếng nhất trong số các loài thực vật phù du, coccolithophore Emiliania huxleyi có sự phân bố toàn cầu và nổi tiếng với việc hình thành các loài nở hoa ở cả vùng ven biển và vùng biển rộng ở các vĩ độ ôn đới với phạm vi có thể bao phủ tới 100.000 km2.
Là loài coccolithophore phong phú và phổ biến nhất trong các đại dương hiện đại, nó đã trở thành loài chủ chốt cho các nghiên cứu về chu trình sinh địa hóa toàn cầu và mô hình khí hậu.
Trong một thế giới bị ám ảnh bởi dấu chân và khí thải carbon, E. huxleyi nổi bật là một sinh vật có khả năng vừa cố định carbon dioxide vừa cô lập carbon ở dạng vô cơ trong quá trình hình thành lớp vảy bên ngoài bằng phấn trang nhã, được gọi là coccolith.
Với đường kính chỉ vài micromet, nhưng phát triển đến nồng độ cao trong thời gian nở hoa, theo thời gian địa chất, việc giải phóng các coccolith của nó xuống đáy đại dương có khả năng hình thành các cấu trúc như Vách đá trắng ở Dover.
Điều đáng ngạc nhiên là cái chết của loài tảo này thậm chí còn được cho là có ảnh hưởng đến thời tiết. Khi dimethylsulfoniopropionate (DMSP), được sử dụng như một chất thẩm thấu nội bào, được giải phóng sau khi tế bào tan rã, nó nhanh chóng bị phân cắt để tạo ra dimethylsulfide bay lên khí quyển, bị oxy hóa và tạo thành các hạt nhân ngưng tụ đám mây.
Virus cũng sẽ giúp đẩy nhanh tất cả các quá trình này.
E. huxleyi , không có gì ngạc nhiên khi coccolithovirus đã được phân lập trong quá trình E. huxleyi nở hoa.
Thật vậy, vùng nước màu trắng đục cổ điển được tạo ra vào cuối đợt nở hoa của E. huxleyi (thậm chí có thể nhìn thấy từ không gian) hoàn toàn không chứa đầy các tế bào E. huxleyi khỏe mạnh; chúng bao gồm hầu hết các tế bào sắp chết và bị nhiễm bệnh đã thải thạch của chúng ra vùng nước xung quanh. Khi lấy mẫu, những vùng nước màu đục này thường chứa đầy coccolithovirus (EhV).
Virus khổng lồ
Virus tảo có tác động sâu sắc đến hệ sinh thái toàn cầu. Tuy nhiên, chúng cũng thu hút được sự chú ý vì một lý do khác: kích thước của chúng.
Coccolithovirus là một phần không thể thiếu trong việc thay đổi cách chúng ta nghĩ về virus.
Với bộ gen khổng lồ vượt quá 407 kbp, những virus ADN sợi kép này chứa gần 500 gen. HIV tìm cách tiêu diệt cơ thể con người đa bào và hệ thống phòng thủ phức tạp của nó chỉ với chín gen trong kho vũ khí gen của nó.
Với gần 500 gen và vật chủ đơn bào có đường kính khoảng 5 micron, coccolithovirus đã bộc lộ sự phức tạp đối với việc lây nhiễm virus mà chúng ta chưa từng quan sát thấy trước đây.
Có lẽ quan sát đáng kinh ngạc nhất có thể được thực hiện về bộ gen của EhV là tính mới về mặt di truyền của chúng: phần lớn các gen (> 80%) không có chức năng chưa biết và chứa một số cơ sở dữ liệu trùng khớp đáng chú ý.
huật ngữ ‘girus’ (để chỉ virus khổng lồ) được đặt ra để chỉ nhóm virus mới này, được tìm thấy trong họ virus DNA lớn nucleocytoplasmic (NCLDV, một họ cũng bao gồm cả poxvirus). Trong thập kỷ qua, các loại virus mới đã được phân lập bao gồm Cafeteriavirus (730 kbp, 544 gen), Pithovirus (610 kbp, 467 gen), Sambavirus (1.213 kbp, 938 gen), Megavirus (1.259 kbp, 1.120 gen) và gần đây là virus Megavirus (1.259 kbp, 1.120 gen). Pandoravirus (~2.770 kbp, 2.556 gen).
Mỗi loại virus khổng lồ mới đã được chứng minh là rất đa dạng; bất chấp lịch sử tiến hóa chung của chúng, chỉ có khoảng chục gen có thể được tìm thấy chung giữa chúng.
Đặc biệt, Pandoravirus rất thú vị: mặc dù nó bị cô lập trong Acanthamoeba polyphaga, một vật chủ tiến hóa xa so với vi tảo nhân chuẩn, họ hàng gần nhất của nó là coccolithovirus.
Chắc chắn sẽ có những khoảng thời gian thú vị phía trước trong việc nghiên cứu về virus tảo vì vai trò của chúng trong việc tàn phá số lượng tảo nở hoa được hiểu rõ ràng hơn và những bí mật về bộ gen của chúng ngày càng được tiết lộ. Thách thức lớn mà các nhà virus học biển từng quan tâm là hiểu và xác định tác động của chúng đối với hệ sinh thái toàn cầu; tiến bộ gần đây hiện nay cho thấy sự hiểu biết về phương thức hoạt động phân tử của họ sẽ chứng tỏ một thách thức xứng đáng hơn. Tảo nở hoa chỉ là khởi đầu của câu chuyện.