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À medida que os humanos alteram o clima e os ecossistemas do planeta, os cientistas estão olhando para a história da Terra para ajudar a prever o que pode se desenrolar a partir da mudança climática. Para esse fim, estruturas de gelo massivas como geleiras servem como freezers da natureza, arquivando registros detalhados de climas e ecossistemas passados – incluindo vírus.
Somos uma equipe de microbiologistas e paleoclimatologistas que estuda microrganismos antigos, incluindo vírus preservados dentro do gelo glacial. Junto com nossos colegas Lonnie Thompson, Virginia Rich e outros pesquisadores do grupo Ice Core Paleoclimatology na Ohio State University, investigamos interações entre vírus e seu ambiente arquivados em núcleos de gelo da Geleira Guliya no Planalto Tibetano.
Ao vincular os genomas de antigas comunidades virais a condições climáticas específicas preservadas no gelo das geleiras, nossa pesquisa recém-publicada oferece insights sobre como esses vírus se adaptaram às mudanças climáticas da Terra nos últimos 41.000 anos.
Lendo a história em genes virais
Usamos principalmente metagenomas – coleções de genomas que capturam o conteúdo genético total de todos os microrganismos presentes em amostras ambientais – para reconstruir genomas virais de nove intervalos de tempo distintos dentro do núcleo de gelo de Guliya. Esses horizontes de tempo abrangem três grandes ciclos de frio para quente, fornecendo uma oportunidade única de observar como as comunidades virais mudaram em resposta a diferentes condições climáticas.
Por meio de nossas análises, recuperamos os genomas do equivalente a 1.705 espécies de vírus, expandindo em mais de cinquenta vezes os vírus antigos conhecidos preservados em geleiras.
Apenas cerca de um quarto das espécies virais que encontramos compartilhavam similaridades em nível de espécie com qualquer um dos vírus identificados em quase 1.000 metagenomas capturados anteriormente em conjuntos de dados globais. A maioria dessas espécies sobrepostas também eram do Planalto Tibetano. Isso sugere que pelo menos alguns vírus preservados na Geleira Guliya se originaram localmente na região, mas também falou sobre a relativa falta de vírus glaciais em bancos de dados disponíveis.
Usando esses novos genomas de referência, tentamos “ler” suas histórias.
Uma descoberta importante foi que as comunidades virais variaram significativamente entre os períodos climáticos frios e quentes. A comunidade mais distinta de espécies virais na geleira surgiu há cerca de 11.500 anos, coincidindo com a grande transição do Último Estágio Glacial para o Holoceno. Isso sugere que as condições climáticas únicas durante os períodos frios e quentes influenciaram profundamente a composição das comunidades virais. Nossa hipótese é que essas influências provavelmente se devem a vírus de outros lugares sendo soprados por padrões de vento em mudança e sujeitos a pressões de seleção de temperaturas em mudança na geleira.
Indo mais a fundo, determinamos em seguida como os vírus interagiam com seus hospedeiros. Para fazer isso, usamos modelos de computador para comparar genomas virais com os genomas de outros micróbios também encontrados neste ambiente. Descobrimos que os vírus infectavam consistentemente Flavobactériauma linhagem de bactérias comumente encontrada em ambientes glaciais.
Puneet Vikram Singh/Momento via Getty Images
Também aprendemos que os vírus na Geleira Guliya devem “roubar” genes de seus hospedeiros para manipular seus metabolismos. Codificados dentro dos genomas virais estavam 50 genes metabólicos auxiliares relacionados ao metabolismo, incluindo a síntese e a quebra de vitaminas, aminoácidos e carboidratos. Alguns desses genes foram abundantes em todos os nove intervalos de tempo estudados, sugerindo que eles ajudam os hospedeiros microbianos a lidar com as condições adversas nas superfícies das geleiras e, assim, melhorar a aptidão viral.
Assim, os vírus não apenas infectam e matam células, mas provavelmente também alteram a aptidão de seus hospedeiros durante a infecção, influenciando sua capacidade de sobreviver nas condições extremas dos ambientes glaciais.
Mudanças climáticas ao longo do tempo
Nossas descobertas oferecem uma nova perspectiva sobre como a vida, na forma de vírus, respondeu às mudanças climáticas ao longo de dezenas de milhares de anos.
Entender essas interações antigas fornece uma oportunidade única para pesquisas futuras tanto em virologia quanto em ciência climática. Ao estudar como vírus antigos responderam a mudanças climáticas passadas, os pesquisadores podem obter insights valiosos sobre como os vírus se adaptam às mudanças climáticas globais em andamento.
Acreditamos que o gelo glacial, ao capturar informações sobre microrganismos e seus ecossistemas ao longo do tempo em cada camada, continua sendo um recurso essencial para desvendar a história do clima da Terra e da vida que ela sustentou – especialmente porque as reservas de gelo glacial diminuem rapidamente.
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