لطالما كانت الأنهار الجليدية بمثابة مجمدات عميقة للطبيعة، حيث حافظت على الخصائص الفيزيائية للمناخات السابقة والمخططات الجينية لأشكال الحياة القديمة، بما في ذلك الفيروسات. ومع استمرار تغير مناخ الكوكب، يتطلع العلماء بشكل متزايد إلى هذه المحفوظات المجمدة لفهم كيفية استجابة مسببات الأمراض تاريخيًا للتغيرات البيئية. من خلال دراسة الجينومات الفيروسية المستخرجة من الجليد الجليدي، اكتشف باحثون من جامعة ولاية أوهايو كيف تكيفت هذه الفيروسات القديمة مع مناخ الأرض المتقلب على مدى 41000 عام الماضية.
لمحة عن المجتمعات الفيروسية القديمة
ركز الفريق، الذي يتألف من علماء الأحياء الدقيقة وعلماء المناخ القديم مثل لوني طومسون، وفيرجينيا ريتش، وماثيو سوليفان، وإيلين موزلي طومسون، جهودهم على نهر جوليا الجليدي الواقع على هضبة التبت. هذا النهر الجليدي هو مورد لا يقدر بثمن، ويحتوي على طبقات من الجليد التي التقطت المادة الوراثية للفيروسات من فترات مختلفة في تاريخ الأرض. قام الباحثون بالحفر في النهر الجليدي، وجمعوا نوى الجليد التي تمثل تسع فترات زمنية مميزة تمتد لأكثر من 41000 عام. كما هو موضح في يذاكروبتحليل الجينومات الفيروسية داخل هذه العينات، تمكن الباحثون من تتبع تطور وتكيف المجتمعات الفيروسية من خلال ثلاث دورات رئيسية من البرودة إلى الدفء.
وقد أدى تحليلهم إلى استعادة 1705 جينومات فيروسية، وهو الاكتشاف الذي يوسع بشكل كبير الكتالوج المعروف للفيروسات القديمة المحفوظة في الأنهار الجليدية. ومن المثير للدهشة أن ربع هذه الأنواع الفيروسية فقط تشبه الفيروسات التي تم تحديدها سابقًا في مجموعات البيانات العالمية للجينوم. ويشير هذا إلى أن العديد من الفيروسات الموجودة في نهر جوليا الجليدي ربما نشأت محليًا، مما يسلط الضوء على التنوع البيولوجي الفيروسي الفريد في المنطقة.
التطور الفيروسي وتغير المناخ
كان أحد النتائج الرئيسية للدراسة هو التباين الكبير في المجتمعات الفيروسية بين الفترات المناخية الباردة والدافئة. على سبيل المثال، وجد أن المجتمع الفيروسي منذ حوالي 11500 عام، والذي يتزامن مع الانتقال من المرحلة الجليدية الأخيرة إلى العصر الهولوسيني، كان مختلفًا عن الفترات الأخرى. يشير هذا إلى أن التحولات في المناخ لعبت دورًا حاسمًا في تشكيل المجتمعات الفيروسية. من المحتمل أن تؤثر التغيرات في أنماط الرياح وتقلبات درجات الحرارة والعوامل البيئية الأخرى على الفيروسات التي تم الحفاظ عليها وكيف تطورت بمرور الوقت.
وللتعمق أكثر في هذه التفاعلات، استخدم الباحثون نماذج حاسوبية لمقارنة الجينومات الفيروسية بتلك الخاصة بالميكروبات الأخرى الموجودة في نفس البيئة. واكتشفوا أن العديد من هذه الفيروسات القديمة أصابت بشكل متكرر الفلافوباكتيريوم، وهو نوع من البكتيريا التي توجد عادة في البيئات الجليدية. ووجدت الدراسة أيضًا أن الفيروسات تحمل جينات أيضية مساعدة، والتي من المحتمل أنها سرقتها من مضيفاتها البكتيرية. ربما ساعدت هذه الجينات، المتعلقة بالوظائف الأيضية الأساسية مثل تخليق وتحلل الفيتامينات والأحماض الأمينية، الفيروسات على البقاء على قيد الحياة في الظروف القاسية للجليد من خلال تعزيز لياقة مضيفيها.
التداعيات المترتبة على فهم تغير المناخ
يقدم هذا البحث منظورًا فريدًا حول كيفية استجابة الحياة للتغيرات المناخية على مدى عشرات الآلاف من السنين. من خلال دراسة هذه المجتمعات الفيروسية القديمة، يكتسب العلماء رؤى قيمة حول كيفية استمرار الفيروسات في التطور استجابة لتغير المناخ العالمي المستمر. وتؤكد النتائج أيضًا على أهمية الأنهار الجليدية كمستودعات للتاريخ المناخي والبيولوجي للأرض.
ومع استمرار ذوبان الأنهار الجليدية بسبب تغير المناخ المعاصر، فإن المادة الوراثية المحفوظة داخلها معرضة لخطر الضياع. وهذا يجعل دراسة هذه السجلات القديمة أكثر إلحاحًا بينما تظل متاحة. ويسلط عمل تومسون وريتش وسوليفان وموزلي تومسون في جامعة ولاية أوهايو الضوء على الدور الحاسم الذي تلعبه الأنهار الجليدية في الكشف عن التفاعلات الطويلة الأجل بين المناخ والحياة على الأرض.
إن فهم كيفية تكيف الفيروسات القديمة مع الظروف المناخية الماضية يمكن أن يفيد الأبحاث المستقبلية في علم الفيروسات وعلم المناخ، مما يوفر نافذة على التحديات والتغيرات المحتملة التي قد تنشأ مع استمرار تطور مناخ الكوكب.
