2011 년 3 월, Tara, 36 미터 스쿠너는 칠레에서 부활절 섬으로 항해했습니다. 배에 탑승 한 7 명의 과학자 중 한 명을 제외한 모든 사람들은 햇볕에 쬐인 갑판에서 많은 시간을 보냈다.
타라의 선미에서 선적 컨테이너는 갑판에 볼트로 고정되었으며, 도어와 작은 창문은 금속 벽을 통과했습니다. 과학자 중 한 명인 Melissa Duhaime은 대부분의 항해를 어둡고 작은 세포 안에 보냈습니다.
Duhaime은“사람들은 내가하고있는 일을보고 꽤 빨리 떠날 것입니다.
그녀의 세포 내부에서 Duhaime은 뻗은 손만큼 넓은 호스 옆에 앉았습니다. 펌프는 보트 아래 몇 미터에서 호스를 통해 물을 끌어 당긴 다음 일련의 필터를 통해 밀어 넣었습니다. 각 필터는 마지막 필터보다 더 미세했으며 작고 작은 수명 형태를 차단했습니다. 설정은 동물을 먼저 중지 한 다음 동물 플랑크톤과 조류를 멈췄습니다. 구멍이 220 나노 미터 너비가있는 호스의 마지막 필터는 박테리아를 차단하기에 충분히 괜찮 았습니다. 이 모든 생물을 문지르면서 물은 마침내 30 리터 vats로 흘러 갔다.
훈련받지 않은 눈에,이 통은 멸균 물로 가득 차있는 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 그들은 최소한 바다 생물이나 생명과 같은 것들로 지 냈습니다. 3 개의 부가가족은 최대 1 조의 바이러스를 보유하고 있습니다.
바다에는 많은 미스터리가 포함되어 있지만 바이러스만큼 큰 것은 없습니다. 과학자들은 전 세계 바다에 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 바이러스 입자가 있다고 추정합니다. 그들은 모든 세포 생명체보다 대략 10 배로 늘어나고 있습니다. 과학자들은 1980 년대 후반부터 바다의 바다의 비틀 거리는 규모를 어둡게 알고 있었지만, 그에 대한 가장 간단한 질문은 몇 년 동안 계속 열려있었습니다. 과학자들은 바다에 몇 종의 바이러스가 있었는지조차 말할 수 없었습니다. 마치 동물 학자들이 지구상의 많은 곳이 포유류라는 곳의 고향이라는 것을 어둡게 알고있는 것처럼 보이지만 그들의 지식은 케이지의 몇 개의 다람쥐를 기반으로했습니다.
.Duhaime과 그녀의 동료들은 Tara Oceans Expedition에 합류하여 이전에는 시도한 적이없는 규모로 해양 바이러스를 수집함으로써이를 변경했습니다. Science 의 5 월 22 호에서보고 한 바와 같이 , 그들은 바다의 햇볕에 쬐인 상부에 뚜렷한 바이러스 집단의 총 수를 자신있게 추정하기에 충분한 샘플을 모았습니다. 그들이 확인한 5,476 명의 인구 중 39 명만이 이전에 과학에 알려졌습니다.
연구원들은이 종들이 사는 곳과 그들이 바다의 생태계에 어떤 영향을 미치는지 연구했습니다. 수년 동안 과학자들은 바이러스가 세계 해양의 화학을 바꾸고 지구의 기후에 영향을 줄 수도 있다고 의심했습니다. 이제 tara 의 데이터 연구원들은 바다의 바이러스의 전체 힘을 훨씬 더 잘 다룰 것입니다.
현재 미시간 대학교에있는 Duhaime에게 바다의 virosphere를 엿볼 수있게되면서 불편한 가치가있는 어두운 금속 오두막집에서 3 주가 걸렸습니다. “당신은이 중요한 순간 에이 중요한주기가 바다에서 당신 주변에서 진행되고 있습니다. 당신은 그냥 스냅 샷을 찍으려고 노력하고 있습니다.”라고 그녀는 말했습니다. “그건 결코 늙지 않습니다.”
바이러스 폭발
과학자들은 1800 년대 후반에 병든 담배 식물에서 바이러스를 처음 발견했습니다. 그러나 거의 1 세기 동안 해양 생물 학자들은 바다가 사실상 바이러스가 없다고 가정했습니다. 그들이 현미경 아래에서 해수를 보았을 때, 그들은 단순히 바이러스를 보지 못했기 때문에 바다가 너무 가혹한 바이러스가 너무 가혹하다고 결론을 내 렸습니다.
.1980 년대에 Lita Proctor라는 생물 학자는보다 신중하고 체계적인 모습을 취하기로 결정했습니다. 카리브해와 사르가 소 바다와 같은 곳에서 물에 대한 그녀의 조사는 놀라운 바이러스가 많이 나타났습니다. 다른 연구자들은 바다가 실제로 바이러스 수프임을 확인했습니다.
바이러스가 바다 생태학의 중요한 부분이라는 것이 분명해졌지만 과학자들은이를 연구하기 위해 고군분투했습니다. 현미경을 통해 바이러스를 쳐다 보는 것은 그것에 대해 그다지 많은 것을 말하지는 않습니다. 거의 동일하게 보이는 두 개의 바이러스는 완전히 다른 숙주를 감염시킬 수 있습니다. 과학자들은 복제하기 위해 필요한 바이러스를 어떤 호스트하는지 알 수 없었기 때문에 실험실에서 그들을 양육하는 데 어려움을 겪었습니다.
그런 다음 1990 년대에 삶을 조사하는 새로운 방법이 나타났습니다. 과학자들은 해수 (또는 토양 또는 호수 진흙 또는 다른 물질)에 화학 물질을 추가하여 포함 된 모든 단백질과 막을 찢어 버릴 것입니다. 그 해당에서 과학자들은 조각에서 샘플에서 모든 DNA를 추출 할 수있었습니다. 그런 다음 연구원들은 조각을 시퀀싱하고 더 큰 DNA 세그먼트로 함께 조각했습니다. 마지막으로, 그들은 이들 유전자 서열을 알려진 종의 서열과 비교할 수있다 - 정확한 일치 또는 밀접하게 관련된 종의 서열을 찾는다.
Metagenomics로 알려진이 방법은 과학자들에게 박테리아 및 기타 미생물에 대한 새로운 발견의 물결을 신속하게 주었다. 그것은 과학자들이 인체 안에 살고있는 수천 종의 미생물을 카탈로그로 만들어 인간 건강에 대한 연구를 변화 시켰습니다.
그러나 해양 바이러스는 비밀을 메타 게놈에 쉽게 항복하지 않습니다. 모든 세포 종, e. coli 고래를 지느러미하려면 핵심 유전자 세트가 공통점이 있습니다. 반면에 바이러스는 그러한 보편적 인 유전자 세트가 없습니다. 과학자들이 과학에 새로운 바이러스에서 유전자를 모을 때, 그들은 종종 이전에 발견 된 바이러스 유전자와 유사한 유전자를 거의 가지고 있지 않다는 것을 알게됩니다. 또한, 바이러스는 종종 다른 종의 바이러스 또는 숙주에서 새로운 유전자를 픽업합니다. 과학자들이 알려지지 않은 바이러스에서 한 조각의 유전자 물질을 분리 할 때 그것이 어디에서 왔는지 결정하기가 어려울 수 있습니다.
최근 몇 년 동안 과학자들은이 혼란에 약간의 질서를 가져 왔습니다. 애리조나 대학교의 환경 바이러스 학자 인 Matthew Sullivan과 그의 동료들은 새로운 종의 바이러스를 식별하는 방법을 개발했습니다. 그들은 같은 유전자를 공유하는 바이러스로 시작합니다. 그런 다음 DNA가 얼마나 비슷한 지 측정합니다. 그들이 그래프에서 해당 측정을 그릴 때, 바이러스는 흐릿하고 불안정한 구름으로 퍼지지 않습니다. 대신, 그들은 단단한 덩어리에 모여 있습니다. 이 덩어리, 설리반 및 그의 동료들은 주장하며 독특한 종의 바이러스를 나타냅니다.
설리번은 타라 오션 프로젝트의 리더십에 합류하여 이러한 새로운 방법을 전 세계적으로 수행 할 수있었습니다. 그의 연구팀은 홍해, 지중해 및 아드리아와 함께 지구상의 모든 바다에서 해수를 걸러 내며 43 개 부지를 방문했습니다. 그들은 염화철로 물을 가공하여 바이러스를 입자에 함께 붙이고 물을 다시 여과하고 바이러스 클로그 필터를 전 세계의 실험실로 선적했습니다.
.설리반과 그의 동료들은 현미경으로 바이러스를 검사하고 유전자를 시퀀싱했습니다. 그들은 모두 216 억 조각의 DNA를 추출했으며, 각 조각은 평균 101 개의 염기 쌍을 포함합니다. 과학자들은 많은 조각들이 서로 겹쳐 졌다는 것을 발견했습니다. 직소-퍼즐 방식으로, 그들은 긴 DNA 스트레칭을 조립하고 바이러스 유전자의 전체 서열을 인식하기 시작했습니다.
그들이이 유전자 카탈로그를 컴파일하면서 분류하기 시작했습니다. 설리반과 그의 동료들은 밀접하게 관련된 유전자를 클러스터로 결합했습니다. 유사한 단백질을 암호화하는 한 쌍의 유전자는 동일한 클러스터에 배치 될 것이다. 그들은 모두 1,323,921 개의 클러스터를 확인했다.
이제 그들은 중요한 질문이 남아있었습니다. 세계 바다의 모든 바이러스 유전자의 어떤 부분이 수집 되었습니까? 그들이 단지 표면을 훑어 보거나이 130 만 개의 클러스터가 존재하는 대부분의 바이러스 유전자를 나타 냈습니까?
과학자들이 이와 같은 질문에 대답하는 데 사용할 수있는 영리한 통계 트릭이 있습니다. 설리반과 그의 동료들은 카탈로그에서 유전자를 무작위로 선택하여 시작했습니다. 그런 다음 그들은 다른 것을 골라서 두 유전자가 동일한 클러스터인지 또는 두 개의 다른 유전자에 속했는지에 주목했습니다. 그런 다음 그들은 세 번째 유전자를 골라 첫 두 유전자와 비교했습니다. 각 단계에서 그들은 모든 새로운 유전자가 그래프를 똑딱 거리는 그래프에 점을 표시함으로써 그들의 진전을 표시했습니다.
각각의 새로운 유전자는 일반적으로 지금까지 식별 된 클러스터에 속하지 않았기 때문에 처음에는 곡선이 가파르게되었습니다. 그러나 잠시 후, 새로운 유전자가 기존 클러스터에 빠졌을 때 곡선이 평평 해졌습니다. 과정이 끝날 무렵, 과학자들이 새로운 유전자를 선택하는 것은 드 rare니다. 무작위로 선택된 유전자 로이 운동을 반복해서 반복하는 것은 동일한 평평한 곡선을 생성했습니다.
이 평평한 곡선은 설리반과 그의 동료들에게 심오한 무언가를 말했습니다. 아마도 지구의 상부 바다에서 거의 모든 바이러스 유전자를 발견했을 것입니다. 수십억의 추가 유전자가 숨어 있고 호스에 빨려 들기를 기다리고 있습니다.
설리반은“좋은 일입니다. 우리가 함께 일할 수있는 유한 한 숫자이기 때문에.”
.그런 다음 과학자들은이 카탈로그를 사용하여 세계 바다에 얼마나 많은 종류의 바이러스가 있는지 알아 냈습니다. (지금은 설리반은 이러한 독특한 종류의 바이러스를“인구”라고 부르기 위해주의를 기울이지 만, 추가 연구를 통해 그는이 집단이 실제로 진정한 종임을 보여줄 수있을 것입니다.) 과학자들은 5,476 개의 개별 인구를 식별 할 수있었습니다.
.이 단일 원정으로 과학자들은 해양 바이러스에 대한 우리의 견해를 극적으로 증가 시켰습니다. 설리반과 그의 동료들이 5,476 명의 인구를 과학자들이 이미 기록한 종과 일치 시키려고했을 때, 그들은 단지 39 번 성공했습니다. 다시 말해, 그들이 발견 한 바이러스의 99 %가 과학에 새로운 것이 었습니다.
유전자의 평평한 곡선은 설리반과 그의 동료들에게 새로운 원정대에 나가서 바이러스를 식별하기 위해 동일한 방법을 사용하면 더 많은 새로운 것을 찾지 못할 것이라고 말합니다. 그러나 설리반은 해양 바이러스의 총 종의 수가 5,476 이상으로 밝혀 질 것이라고 지적합니다. 예를 들어, 과학자들은 예를 들어 박테리아만큼 큰 소위“거대한 바이러스”를 발견했습니다. Duhaime과 다른 사람들이 Tara Oceans Survey에서 사용한 필터는 거대한 바이러스가 그들이 연구 한 통로 들어가는 것을 막았습니다.
또한 과학자들은 DNA를 사용하여 유전자를 암호화하는 바이러스 만 시퀀싱했습니다. 인플루엔자 및 HIV와 같은 일부 바이러스는 단일 가닥 버전의 DNA 버전 인 RNA를 사용하여 유전자를 암호화합니다. 한 추정에 따르면, 바다의 바이러스의 절반은 RNA 바이러스입니다. 또한 Tara Oceans Survey는 바다 표면에서 샘플 만 가져갔습니다. 더 깊은 지역에는 바다 바닥의 퇴적물과 마찬가지로 바이러스도 있습니다.
그럼에도 불구하고 Tara Oceans Survey는 Sullivan을 떠나는 총 바다 바이러스의 총 수는 수만에 불과하다고 확신합니다.
설리반은“예상보다 적은 수의 숫자입니다. 소규모 연구를 바탕으로 일부 과학자들은 수십만 종의 해양 바이러스와 수십억 개의 바이러스 성 유전자가있을 수 있다고 추측했습니다. 그러나 Tara Oceans Survey는 그렇지 않다고 제안합니다. 설리반은“그것이 바로 그랬다”고 말했다
바이러스가하는 일
해양 바이러스에 대한 포괄적 인 그림으로 설리반과 그의 동료들은 그들에 대한 광범위한 결론을 도출 할 수 있습니다. 예를 들어 각 바이러스 집단은 일부 지역보다 일부 지역에서 더 흔합니다. 이는 호스트가 특정 온도 나 특정 수준의 산소로 번성했기 때문일 수 있습니다.
그러나 설리반과 그의 동료들은 대부분의 인구에서 바이러스가 보이는 곳에서 바이러스를 발견했습니다. 다시 말해, 바다의 모든 부분은 바이러스의 종자 은행과 같습니다. 올바른 호스트가 등장하자마자 비교적 드문 바이러스는이를 감염시키고 거대한 인구로 복제합니다.
이제 과학자들은 바다 바이러스의 다양성에 대한 명확한 그림을 가지고 있기 때문에 이러한 바이러스가 지구에 어떤 영향을 미치는지 더 잘 이해하기를 희망 할 수 있습니다. 바이러스는 방대한 수의 호스트를 죽입니다. 일부 연구자들은 매일 바다에있는 모든 박테리아의 최대 40 %를 죽인 것으로 추정했습니다. 그러나 역설적 으로이 매일의 학살은 실제로 바다의 바이오 매스를 증가시킬 수 있습니다. 해양 생태계의 수학적 모델은 너무 많은 미생물을 죽임으로써 바이러스는 탄소 및 기타 유기 영양소를 환경으로 다시 방출하여 다른 유기체에 대한 영양소의 쉬운 공급원을 제공 할 수 있다고 제안합니다. 소비되지 않은 탄소는 깊은 바다로 표류 할 수있어 대기로 탈출하기보다는 방대한 탄소 공급이 해저로 떨어질 수 있습니다.
지금까지 과학자들은 이러한 효과의 정확한 모델을 만들기 위해 해양 바이러스에 대해 충분히 알지 못했습니다. 그래서 그들은 바이러스가 우리 세상에 무엇을하고 있는지 확신 할 수 없었습니다. Duhaime은 Tara Oceans Survey에서 나오는 데이터가 해당 모델을 고정시키는 데 먼 길을 갈 것이라고 말했다. 그녀는“우리는 그렇게하는 것과는 거리가 멀다. 그러나 길은 거기에있다”고 말했다.
이 모든 새로운 데이터에도 불구하고 설리반은 여전히 해양 바이러스의 생태가 초기 단계에 있다고 생각합니다. "바이러스는 얼룩말을 세는 것만 큼 성숙하지 않습니다." "이것은 얼룩말을 관찰하고 얼룩말 종을 바이러스보다 정의하기가 더 쉽기 때문입니다."
.그러나 설리반과 그의 동료들은 이제 막대한 수의 추가 바이러스를 펌핑하는 데 사용할 수있는 파이프 라인을 구축했습니다. 설리반에 따르면 동물 생태 학자들은 수백 년이 지났지 만“우리는 빨리 앞서있을 수 있습니다”라고 말합니다.
.2015 년 5 월 22 일의 교정 :설리반은 총 해양 바이러스의 총 수가 수만에있을 것으로 추정합니다. 이전 추정치는 수십만에있었습니다.
