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Mar. 27 2023

病毒竟然是獵物?這只是它們扮演的意外角色之一喔!

  • 纖毛蟲是一種單細胞微生物,圖中是顯微鏡下的一隻纖毛蟲,在泥炭苔旁邊游泳。彈跳蟲屬的纖毛蟲光靠吃病毒就能活、還能長大,這是之前沒有看過的。PHOTOGRAPH BY MAREK MIS / SCIENCE SOURCE

    纖毛蟲是一種單細胞微生物,圖中是顯微鏡下的一隻纖毛蟲,在泥炭苔旁邊游泳。彈跳蟲屬的纖毛蟲光靠吃病毒就能活、還能長大,這是之前沒有看過的。PHOTOGRAPH BY MAREK MIS / SCIENCE SOURCE

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除了是某些微生物的食物以外,病毒還擁有某些有益的功能,而這是人類還非常不了解的。

雖然我們通常都認為病毒是有害的,但其實在已知的幾百萬種病毒中,只有少部分是病原體。事實上,我們身邊滿是病毒,在我們體內和環境中扮演著有益而複雜的角色。

現在,新研究顯示它們也可以是特定微生物的食物。

發表在《美國國家科學院學報》(PNAS)的一篇研究中,學者指出彈跳蟲屬(Halteria)的一種單細胞微生物纖毛蟲,光靠著吃某種特定的病毒就能生存並成長。科學家估計,這種單細胞生物每隻每天可以吃下多達百萬隻病毒,而在它們原生的北美洲小池塘中,可能可以吃掉幾百兆隻病毒。

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科學家知道某些微生物有時也會吃病毒,但總以為病毒沒多少營養,這篇研究的第一作者、也是內布拉斯加大學林肯分校的演化生態學家約翰.迪龍(John DeLong)說。病毒就是一整包的DNA或RNA,需要宿主細胞才能繁衍,也被認為所有的現生物種都會感染病毒。

「照理說[吃病毒]並不能提供多少熱量,因為它們實在太小了,」迪龍表示:「但我們認為這在大自然裡其實隨時都在發生,而且規模很大。」

如果微生物靠病毒生存,這會大幅改變我們對養分與碳之類元素如何在生態系中流動的理解,他說。

而如果這是大規模發生,就像這些科學家所認為的,這就代表這些物質能比之前所認為的更有效率地進入食物網。

病毒是獵物

迪龍和同事們研究的是綠藻病毒(chloroviruses),這種病毒會感染草履蟲之類微生物細胞中的共生藻類。綠藻病毒在許多淡水環境中都能成長,每一毫升水中可能就有高達好幾百萬隻。這種病毒接觸到那些共生藻類的機會,是在其他病毒感染這些微生物、並讓其宿主細胞開膛破肚的時候。

綠藻病毒數量龐大,這也讓迪龍開始思考:如果這種病毒數量這麼多,是不是可能會有東西吃這種病毒?

為了測試這個疑問,在實驗室裡,迪龍和同事把純化過的綠藻病毒加入他從自己在內布拉斯加的實驗室附近的小池塘取來的幾滴水中。他想看看有沒有任何「志願者」會對加進去的病毒積極回應。結果真的有。

最積極的幾種之中,有一種是浮游微生物彈跳蟲。

接下來,他在含有大量這種纖毛蟲的培養皿中加入病毒,結果這種纖毛蟲迅速成長並且繁殖,只靠病毒就活了下來。這些學者幫病毒加了染劑,以確保病毒粒子是真的被彈跳蟲消化了。

「對我來說是快到嚇死人,」迪龍說:「那些細胞在5到10分鐘之內就開始發光。」

迪龍懷疑,可能還有很多其他微生物會吃病毒,像是別種纖毛蟲和鞭毛蟲。但是這種吃病毒的行為、或說「食病毒行為」(virovory)在真實世界環境中有多常發生則不清楚,部分是因為這種顯微等級的互動在野外很難觀察。

「能有病毒是營養食物的這個案例真的蠻好的。」凱爾.愛德華斯(Kyle Edwards)說,他是在馬諾亞(Manoa)的夏威夷大學研究海洋病毒的學者,並未參與這項研究。

「已經有一些研究指出,某些單細胞生物[偶爾]會吃病毒,但我之前沒看過任何研究顯示病毒能當作成長的基質。」

有益的入侵者

除了可能作為其他微生物的食物以外,病毒還扮演了好幾種生態學上的角色,但我們對這些都還非常不了解。

每一個物種都有會感染牠們的病毒,病毒會在一個族群裡廣泛擴散,削減該物種的數量──尤其是在微生物中。這種動態會導致生物的興衰循環,對限制像藻華這類現象的生長有所幫助,而藻華對海洋生物是有害的,愛德華斯說。

病毒會將新的遺傳物質插入宿主身上,因此對刺激演化也有幫助。像在整個人類基因體中,就有8%是遠古的病毒殘餘──稱為人類內源性反轉錄病毒(endogenous retroviruses)──那是在亙古之前感染人類祖先時所遺留下來的。

最有名的這類病毒殘餘名為「合胞素」(syncytin)。它會解譯包括人類在內的許多哺乳動物要懷孕時都需要的蛋白質。其它取自遠古病毒的基因,能協助抵禦癌症、協助胚胎發育;還有,挺諷刺的,抵禦感染。

食物網大洗牌?

這項新研究可能同時也會改變我們對碳、氮和其他養分在環境中如何流動的理解。

據信病毒會感染微生物,然後把微生物體內的東西潑灑在環境中,最後由環境中的細菌吃掉這些東西。這樣會讓許多養分和資源都困在食物網底部。

但如果有足夠的微生物吃病毒,那所謂的「病毒分流」(viral shunt)這條通路,可能就沒有我們以為的那麼重要,迪龍說。

「我們不知道在大自然中有多少這種狀況,但如果是,那麼養分和能量就有另一條通路從底部往頂端移動……這可能會在碳循環與處理中扮演重要角色。」他說。

這也會大幅改變我們對碳循環的認知,他說,對我們如何理解池塘與溪流的生態、氣候系統某些複雜性等等的,也別有意義。

 

延伸閱讀:寄生性真菌能否演化出控制人類的能力? COVID-19能以許多方式干擾月經。本文告訴你背後機制

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