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The Conversation 許可轉載，The Conversation 是一家報道最新研究的線上出版物。
隨著人類改變地球的氣候和生態系統，科學家們正在研究地球的歷史，以幫助預測氣候變化可能帶來的影響。為此，像冰川這樣巨大的冰結構充當大自然的冰箱，存檔了過去氣候和生態系統的詳細記錄——包括病毒。
我們是一個由微生物學家和古氣候學家組成的團隊，研究古代微生物，包括儲存在冰川冰中的病毒。與我們的同事朗尼·湯普森、弗吉尼亞·裡奇以及俄亥俄州立大學冰芯古氣候學研究組的其他研究人員一起，我們調查了儲存在青藏高原古裡雅冰川冰芯中的病毒與其環境之間的相互作用。
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透過將古代病毒群落的基因組與儲存在冰川冰中的特定氣候條件聯絡起來，我們新發表的研究深入瞭解了這些病毒如何在過去 41,000 年中適應地球不斷變化的氣候。
在病毒基因中解讀歷史
我們主要使用宏基因組學——收集基因組，捕捉環境樣品中所有微生物的總遺傳內容——從古裡雅冰芯內九個不同時間間隔重建病毒基因組。這些時間範圍跨越三個主要的冷暖迴圈，為觀察病毒群落在不同氣候條件下如何變化提供了獨特的機會。
透過我們的分析，我們恢復了相當於1,705 種病毒物種的基因組，使已知的冰川儲存的古代病毒增加了五十多倍。
西藏東南部冰湖和雪山。從採集冰芯的下游地區居住的人們數千年來一直在飲用這些冰川的融水。
Danny Hu/Getty Images
我們發現的病毒物種中只有約四分之一與之前在全球資料集中捕獲的近 1,000 個宏基因組中識別出的任何病毒具有物種水平的相似性。這些重疊物種中的大多數也來自青藏高原。這表明至少一些儲存在古裡雅冰川中的病毒起源於該地區本地，但也說明了可用資料庫中冰川病毒的相對缺乏。
使用這些新的參考基因組，我們試圖“解讀”它們的故事。
一個關鍵發現是，病毒群落在寒冷和溫暖的氣候時期之間差異顯著。冰川上最獨特的病毒物種群落出現在大約 11,500 年前，與末次冰期向全新世的主要轉變相吻合。這表明寒冷和溫暖時期獨特的氣候條件深刻地影響了病毒群落的組成。我們假設這些影響可能是由於來自其他地方的病毒被不斷變化的風型吹入，並受到冰川上不斷變化的溫度的選擇壓力。
為了更深入地挖掘，我們接下來確定了病毒如何與其宿主相互作用。為此，我們使用計算機模型將病毒基因組與也在此環境中發現的其他微生物的基因組進行比較。我們發現病毒持續感染黃桿菌屬，這是一種常見於冰川環境中的細菌譜系。
我們還了解到，古裡雅冰川上的病毒必須從其宿主那裡“竊取”基因來操縱其新陳代謝。病毒基因組內編碼有50 個輔助代謝基因，這些基因與新陳代謝有關，包括維生素、氨基酸和碳水化合物的合成和分解。其中一些基因在所有九個研究的時間間隔中都很豐富，這表明它們有助於微生物宿主應對冰川表面的惡劣條件，從而提高病毒的適應性。
因此，病毒不僅感染和殺死細胞，而且還可能在感染期間改變其宿主的適應性，反過來影響它們在冰川環境的極端條件下生存的能力。
隨時間推移的氣候變化
我們的發現為了解生命（以病毒的形式）如何在數萬年中對氣候變化做出反應提供了一個新的視角。
理解這些古代相互作用為未來病毒學和氣候科學的研究提供了獨特的機會。透過研究古代病毒如何應對過去的氣候變化，研究人員可以深入瞭解病毒如何適應正在進行的全球氣候變化。
我們認為，冰川冰透過捕獲每個層中微生物及其生態系統隨時間推移的資訊，仍然是揭示地球氣候歷史及其所支援的生命的關鍵資源——尤其是在冰川冰儲量迅速減少的情況下。
本文最初發表於The Conversation。閱讀原文。