En djupdykning i de 5 500 marina RNA-virusarter som forskare nyligen identifierade har funnit att flera kan hjälpa till att driva kol som absorberas från atmosfären till permanent lagring på havsbotten.

Analysen tyder också på att en liten del av dessa nyligen identifierade arter hade "stulit" gener från organismer de infekterade, vilket hjälper forskare att identifiera deras förmodade värdar och funktioner i marina processer.

Förutom att kartlägga en mängd grundläggande ekologiska data, leder forskningen till en bättre förståelse av den stora roll dessa små partiklar spelar i havets ekosystem.

"Fynden är viktiga för modellutveckling och för att förutsäga vad som händer med kol i rätt riktning och i rätt storlek", säger Ahmed Zayed, forskare i mikrobiologi vid Ohio State University och medförfattare till studien.

Storleksfrågan är ett allvarligt övervägande när man tar hänsyn till havets vidsträckta storlek.

Huvudförfattaren Matthew Sullivan, professor i mikrobiologi vid Ohio State, tänker sig att identifiera virus som, när de konstrueras i stor skala, skulle kunna fungera som kontrollerbara "rattar" på en biologisk pump som påverkar hur kolet i havet lagras.

"När människor lägger ut mer kol i atmosfären är vi beroende av havets enorma buffertkapacitet för att bromsa klimatförändringarna. Vi blir mer och mer medvetna om att vi kan behöva ställa in pumpen i havets skala, " sa Sullivan.

"Vi skulle vara intresserade av virus som kan ställas in på ett mer smältbart kol, vilket gör att systemet kan växa, producera större och större celler och sjunka. Och om det sjunker vinner vi ytterligare några hundra eller tusen år från det värsta effekter av klimatförändringar.

"Jag tror att samhället i grund och botten räknar med den typen av teknisk fix, men det är ett komplext grundläggande vetenskapligt problem att reta isär."

Studien visas online idag i Science .

Dessa RNA-virus upptäcktes i planktonprover som samlats in av Tara Oceans Consortium, en pågående global studie ombord på skonaren Tara klimatförändringarnas inverkan på havet. Den internationella ansträngningen syftar till att på ett tillförlitligt sätt förutsäga hur havet kommer att reagera på klimatförändringarna genom att bekanta sig med de mystiska organismerna som lever där och gör det mesta av arbetet med att absorbera hälften av det mänskligt genererade kolet i atmosfären och producera hälften av det syre vi andas in. .

Även om dessa marina virala arter inte utgör ett hot mot människors hälsa, beter de sig som alla virus gör, var och en infekterar en annan organism och använder sina cellulära maskiner för att göra kopior av sig själva. Även om resultatet alltid kan anses vara dåligt för värden, kan ett viruss aktiviteter generera fördelar för miljön – till exempel hjälpa till att skingra en skadlig algblomning.

Knepet för att definiera var de passar in i ekosystemet har varit att utveckla beräkningstekniker som kan övertala information om RNA-virala funktioner och värdar från fragment av genom som är, enligt genomiska standarder, små till att börja med.

"Vi låter data vara vår guide", säger medförfattaren Guillermo Dominguez-Huerta, en före detta postdoktor i Sullivans labb.

Statistisk analys av 44 000 sekvenser avslöjade virusgemenskapens strukturella mönster som teamet använde för att tilldela RNA-virussamhällen i fyra ekologiska zoner:arktisk, antarktisk, tempererad och tropisk epipelagisk (närmast ytan, där fotosyntes sker), och tempererad och tropisk mesopelagisk (200- 1 000 meter djup). Dessa zoner matchar nära zontilldelningarna för de nästan 200 000 marina DNA-virusarterna som forskarna tidigare hade identifierat.

Det var några överraskningar. Medan den biologiska mångfalden tenderar att bredda sig i varmare områden nära ekvatorn och sjunka nära de kallare polerna, sa Zayed att en nätverksbaserad ekologisk interaktionsanalys visade att mångfalden av RNA-virala arter var högre än förväntat i Arktis och Antarktis.

"När det gäller mångfald bryr sig virus inte om temperaturen," sa han. "Det fanns mer uppenbara interaktioner mellan virus och cellulärt liv i polära områden. Det säger oss att den stora mångfalden vi tittar på i polära områden beror i grunden på att vi har fler virusarter som konkurrerar om samma värd. Vi ser färre arter av värdar men fler virusarter som infekterar samma värdar."

Teamet använde flera metodologiska tillvägagångssätt för att identifiera troliga värdar, först drog de slutsatser om värden baserat på klassificeringen av virusen i samband med marin plankton och gjorde sedan förutsägelser baserade på hur kvantiteter av virus och värdar "samvarierar" eftersom deras förekomst beror på varandra. Den tredje strategin bestod i att hitta bevis på integration av RNA-virus i cellulära genom.

"Virusen vi studerar sätter sig inte in i värdgenomet, men många integreras i arvsmassan av en slump. När det händer är det en ledtråd om värden, för om du hittar en virussignal i ett värdgenom är det eftersom viruset vid något tillfälle var inne i cellen," sa Dominguez-Huerta.

Medan de flesta dsDNA-virus hade visat sig infektera bakterier och archaea, som finns i överflöd i havet, fann denna nya analys att RNA-virus mestadels infekterar svampar och mikrobiella eukaryoter och, i mindre utsträckning, ryggradslösa djur. Endast en liten bråkdel av de marina RNA-virusen infekterar bakterier.

Analysen gav också den oväntade upptäckten av 72 urskiljbara funktionellt olika metaboliska hjälpgener (AMG) sprinklade bland 95 RNA-virus, vilket gav några av de bästa ledtrådarna om vilka typer av organismer dessa virus infekterar och vilka metaboliska processer de försöker omprogrammera för att maximera "tillverkningen" av virus i havet.

Ytterligare nätverksbaserad analys identifierade 1 243 RNA-virusarter kopplade till kolexport och, mycket konservativt, antyddes 11 vara involverade i att främja kolexport till havets botten. Av dessa valdes två virus kopplade till värdar i algfamiljen ut som de mest lovande målen för uppföljning.

"Modellering har kommit till den punkt där vi kan ta påsar med gener från dessa storskaliga genomiska undersökningar och måla metaboliska kartor", säger Sullivan, också professor i civil-, miljö- och geodetisk teknik och grundare av Ohio State Center of Microbiome Science .

"Jag föreställer mig vår användning av AMG och dessa virus som förutspås infektera särskilda värdar för att faktiskt ringa upp dessa metaboliska kartor mot det kol vi behöver. Det är genom den metaboliska aktiviteten som vi förmodligen behöver agera."

Sullivan, Dominguez-Huerta och Zayed är också teammedlemmar i EMERGE Biology Integration Institute i Ohio State.