西藏冰川发现超过 1,700 种冷冻病毒

在喜马拉雅山脉 20,000 英尺以上的地区，牦牛是您仅有的交通工具之一。需要数十头毛茸茸的动物才能帮助您将一整块冰川芯搬回冷冻车，每头牦牛背上都驮着大约 40 英尺长的长期冻结的冰块。“我们必须有一整群牦牛，”俄亥俄州立大学古气候学家和冰川学家 Lonnie Thompson 说，他曾多次进行这样的探险，以钻探和取回冰芯。他告诉《大众科学》 ：“牦牛有点像猫，它们对应该做什么有自己的想法。”但是如果你能控制住它们（在西藏哨兵的帮助下），那么你就取回了一段古老的生态历史。

你可能会在里面发现一些从未记录过的东西——例如，保存下来的 1,705 种病毒的基因组，可以追溯到 41,000 年前。8 月 26 日发表在《自然地球科学》杂志上的一项研究对此进行了介绍和分析。汤普森和一支跨学科合作研究小组从青藏高原古里雅冰川采集的冰芯中发现并记录了比我们以前从冰川中获得的信息多 50 倍的病毒信息。这些发现为了解地球气候的过去打开了一扇窗户，可以帮助我们更好地了解我们即将走向的微生物未来。

病毒塑造世界

通常，当你看到有关冻土病毒的新闻标题时，它指的是人类面临病原体从冻土中复活的风险——例如 2016 年，人们认为土壤解冻引发了西伯利亚炭疽病的爆发。值得庆幸的是，从古里雅核心提取的 1,705 个基因组全部来自原核生物病毒；它们感染的是细菌和古细菌，而不是人类、动物甚至植物。

然而，这些古老的微生物曾经在当地环境中发挥了关键作用，通过选择压力和病毒介导的基因转移等过程，自下而上地决定了多样性和进化，与汤普森共同撰写该研究的共同资深作者、俄勒冈州立大学的微生物学家马修·沙利文 (Matthew Sullivan) 表示。他补充说，病毒甚至可以塑造生态系统的生态代谢（即从环境中吸收哪些化合物，哪些化合物作为副产品产生，以及产生速率如何）。研究人员在研究中写道：“这些冰川档案中有一些病毒可能在冰冻之前发挥了关键的生态作用。”

“这些数据对于探究地球以前的面貌至关重要，”沙利文说。“收集这 1,700 个基因组现在可以让在其他地方从事冰川研究的科学家解开这些冰柜中的故事。”目前，长期保存的病毒材料表明气候变化决定并引导着微生物群落。

气候塑造病毒

科学家们从 310 米（约 1,016 英尺）长的冰芯的九个部分中提取了所有他们能提取的 DNA，每个部分代表不同的时间范围和气候时期。最年轻的样本来自 160 年前，最古老的样本来自 41,000 多年前。他们从每个样本中批量提取所有 DNA，使用一种称为宏基因组分析的过程从得到的基因汤中挑选出尽可能多的单个病毒株。他们发现，病毒群落看起来明显不同，这取决于冰芯中每个深度和时间捕获的气候条件。“我们看到在较冷气候和较温暖气候下存在的病毒发生了明显变化，”Sullivan 解释说。

在我们星球过去的寒冷时期，古里雅冰川病毒群落倾向于恢复到相似的（尽管并不完全相同）组成。相比之下，每个温暖时期都有完全不同的病毒物种组合。最多样化和最特殊的微生物混合物来自大约 11,500 年前，即从末次冰期到稳定温和的全新世的重大过渡时期。沙利文说，那段时间“与其他所有样本共享的病毒数量最少”。沙利文说：“这很有趣，因为这是 41,000 年时期的一个重要时刻。”汤普森补充说，这是那段时间以来“气候变化最剧烈的时期”，因此看到它在病毒群落中得到反映，表明气候和微生物之间的联系有多么紧密，以及气候如何从根本上影响生态系统的进程——从微小的病毒感染微小的细菌，再到其他一切。

融化的博物馆

进一步的分析揭示了许多病毒的可能宿主，以及病毒可能如何改变这些宿主的功能和代谢模式。最后，科学家将他们的样本与已知的病毒记录进行了比较，并评估了微生物的生物地理起源。他们发现，从冰芯中收集到的大多数已鉴定病毒（超过 70%）都是古里雅冰川独有的，地球上其他地方都没有发现过。只有 12% 的病毒在亚洲以外地区被发现，不到 1% 的病毒在非冰川环境中被发现。

这项新研究是迄今为止我们进行的最全面的研究——尽管它只是来自一个冰川的一个冰芯。我们对这种微生物的分析还处于非常早期的阶段。但沙利文说，未来，随着更多的研究和更多的冰芯，对古代冷冻病毒的更好理解可以帮助我们更好地预测我们自己的未来。“我们正在人类世时代进行一项伟大的实验，”他解释道。“这些冰特征让我们对数万年前在不同气候情景下的[微生物]群落有了一点了解。”

很快，气候学家就能够将这些信息纳入他们的评估和预测中。他补充说，通过了解病毒、细菌代谢和气候之间的联系，可以澄清看似简单但难以回答的问题，例如“湿地或森林是二氧化碳的汇还是源？”。“拥有这样的基因组资源是增强我们建模能力的关键。”也就是说，如果我们设法在数据消失之前收集到它们的话。

冰川是储存和保存遗传数据和生物材料的独特场所。它们记录了冻结时空气和环境中的一切。随着冰川融化，这个无价的气候历史库就消失了。“随着冰层的消失，病毒的多样性也在减少，”沙利文说，但我们还不知道这意味着什么。幸运的是，汤普森已经与数十名国际人类同事和一群牦牛一起出发执行下一个收集任务，准备将另一波发现带下山。