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为探究病毒对厌氧硫氧化紫色和绿色硫细菌（PSB 和 GSB）代谢及生物标志物的影响，研究人员对三个盐湖分层水体进行研究。结果显示病毒活动随深度和细菌种类而异，这有助于理解早期地球海洋生物地球化学过程，为解读地质记录提供依据。
在地球漫长的演化历史中，早期海洋的生态奥秘一直吸引着科学家们不断探索。古代的海洋，尤其是缺氧且富含硫化物的海洋环境，孕育着独特的微生物群落。其中，厌氧硫氧化的紫色硫细菌（PSB）和绿色硫细菌（GSB）作为主要的生产者，在海洋生态系统中扮演着关键角色。然而，关于这些细菌的代谢过程、生物标志物的形成机制，以及它们在地质记录中的印记解读，仍然存在诸多谜团。近年来，病毒对这些细菌群落动态的潜在影响逐渐受到关注，但病毒在这些特殊湖泊环境中的复制和活动情况，尚未得到确凿的证据。为了解开这些谜题，来自美国迈阿密大学、瑞士洛桑大学、美国匹兹堡大学等多个研究机构的研究人员，针对这一主题展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Microbiome》杂志上，为我们揭示了古代缺氧海洋湖沼类似环境中病毒活动的奥秘，对理解地球早期生命的演化和生物地球化学过程具有重要意义。
研究人员采用了多种关键技术方法。在样本采集方面，他们于 2023 年 7 月对美国华盛顿州的 Lime Blue 湖和 Poison 湖、加拿大不列颠哥伦比亚省的 Mahoney 湖进行采样，精确测量各湖水柱的温度、溶解氧、电导率、pH 值等指标，确定不同水层位置后采集样本。在分析检测技术上，运用了金属提取、色素分析、荧光显微镜观察和转录组学等技术。通过这些方法，对样本中的金属含量、色素种类及浓度、微生物和病毒的数量、基因表达情况等进行了全面分析。
研究结果主要体现在以下几个方面：
- 水体分层及色素分布：通过对三个湖泊的地球化学垂直剖面分析，发现 Mahoney 湖和 Poison 湖的溶解氧在化学分层处急剧下降，Lime Blue 湖下降较为缓慢。同时，这三个湖的盐度、pH 值等指标也呈现出不同的变化趋势。在色素分析中，Mahoney 湖和 Poison 湖的微生物板层中主要是 PSB 相关色素，而 Lime Blue 湖的微生物板层除了 PSB 的色素外，GSB 的色素更为丰富，且在单分子层中浓度更高。这表明不同湖泊的微生物群落结构存在差异。
- 病毒 - 微生物比率（VMR）变化：在 Mahoney 湖和 Poison 湖，细胞和病毒丰度随深度增加，且微生物板层的 VMR 显著降低，这意味着病毒的裂解活性相对减弱。而 Lime Blue 湖的细胞丰度在微生物板层相对较低，且 VMR 在微生物板层和单分子层较高。这说明不同湖泊中病毒与微生物的相互作用模式不同。
- 病毒基因转录情况：研究共鉴定出大量病毒基因组或基因组片段，其中 Caudoviricetes 类病毒在所有湖泊和深度中均具有较高的标准化转录丰度。通过层次聚类分析发现，病毒活动主要按深度和湖泊聚类。Lime Blue 湖微生物板层的病毒转录活性最高，而 Mahoney 湖和 Poison 湖在微生物板层的病毒活性显著降低。此外，研究还发现 CRISPR 防御系统和溶原性相关基因在不同湖泊的不同深度表达存在差异，且与 VMR 和病毒活性相关。
- 基因表达与环境变量关系：VMR 与病毒活性在微生物板层和单分子层呈显著正相关，而细胞丰度与病毒活性呈显著负相关。同时，研究还发现特定的环境变量，如电导率和浊度，与病毒活性存在显著的负相关关系，但其他一些环境变量与病毒活性无明显相关性。
- 高表达病毒基因特征：在 Lime Blue 湖和 Mahoney 湖，大多数样本中主要衣壳蛋白和其他结构基因是表达量最高的病毒基因。而 Poison 湖的厌氧层（微生物板层和单分子层）中，病毒主要表达与宿主代谢相关的基因，这表明病毒可能通过影响宿主代谢来发挥作用。
研究结论和讨论部分指出，在富含 PSB 的高度分层湖泊中，微生物板层的 VMR 较低，这可能是由于溶原性噬菌体感染增加和 CRISPR 防御系统的作用。而 Lime Blue 湖由于微生物板层密度较低且同时存在 PSB 和 GSB，表现出较高的 VMR 和病毒转录活性。病毒对宿主代谢的影响，尤其是在 Poison 湖中的发现，表明病毒可能通过调控宿主的光合作用、色素合成等代谢过程，影响生物标志物的形成，进而影响对古代海洋生物地球化学动态的解读。这一研究结果强调了在研究古代海洋生态系统时，考虑病毒作用的重要性，为后续进一步研究病毒在分层湖泊中的动态变化，以及其对早期地球海洋生态系统的影响提供了重要的参考依据，有助于我们更准确地理解地球早期生命的演化历程和生物地球化学循环过程。
