每毫升海水中漂浮着数千万个病毒颗粒，它们的体积小到普通显微镜根本无法看见。长期以来，人们认为这些微小存在只是疾病的传播者。但最新研究显示，这些海洋病毒正在扮演一个意想不到的角色：它们是推动全球渔业和海洋生态系统运转的隐形动力。

田纳西大学微生物学教授史蒂文·威廉和马里兰大学生物学教授约书亚·韦茨领导的国际研究团队，在大西洋马尾藻海区域进行了深入考察。他们发现，在这片绵延数百英里、厚度仅数米的富氧水层中，病毒感染率比周围海域高出约四倍。这些病毒正在驱动一个被称为"病毒分流"的关键生态过程，将碳和营养物质源源不断地输送给海洋食物网的底层。

研究成果发表在《自然通讯》杂志上，由生物学家Naomi Gilbert和Daniel Muratore领衔完成。这项研究首次在实际海洋环境中直接观察到病毒分流的运作机制，验证了科学家在20世纪90年代末提出的假设。

肌尾病毒示意图。 （EzumeImages/Getty Images）

从被忽视到被重新认识

病毒小得令人难以置信，直径通常只有几十纳米，比细菌小近一百倍，比人类头发丝的宽度小一千倍以上。在20世纪80年代末之前，科学家们普遍认为海洋病毒既不丰富也没有生态意义。

透射电子显微镜技术的突破改变了一切。当科学家们在高倍放大下观察海水时，发现了无数含有DNA的微小圆形物体。每毫升水中含有数千万个病毒，比之前的估计值高出数万倍。这个发现彻底颠覆了人们对海洋生态系统的认知。

研究团队选择的考察区域位于亚热带大西洋，那里有一种名为原绿球菌的单细胞蓝藻主导着光合作用。每毫升海水中含有近5万至10万个原绿球菌细胞，它们是地球上数量最多的光合生物，每天产生大量氧气。而正是这些微小的蓝藻，成了海洋病毒的主要感染目标。

电子显微镜图像展示了原绿球菌肌尾病毒的实例。图A和D显示了不同的病毒及其尾部。图B和C中，尾部处于收缩状态。黑色标尺表示长度为100纳米。（Sullivan等人，2005，《PLOS One》，CC BY）

通过对群落RNA进行测序，研究团队能够同时观察几乎所有病毒及其宿主在做什么。他们发现，病毒在原绿球菌中引发大规模感染，攻击细胞并释放有机物。这些有机物被细菌吸收利用进行新的生长。细菌通过呼吸作用消耗碳，并将氮以铵的形式释放出来。

这种释放出的氮似乎刺激了光合作用和更多原绿球菌细胞的生长，从而产生了更多的富氧带。整个过程形成了一个自我维持的循环：病毒感染微生物，释放营养物质，营养物质促进浮游植物生长，浮游植物为磷虾和鱼类提供食物，而磷虾和鱼类又为更大的海洋生物提供食物。

支撑全球渔业的隐形力量

这一发现的意义远超学术范畴。全球每年生产近2亿吨海产品的渔业和水产养殖业，其根基正是病毒驱动的这套营养循环系统。病毒分流模型解释了为什么某些海域能够支撑如此庞大的生物量，以及营养物质如何在海洋食物网中高效流动。

大多数海洋病毒感染的是微生物，包括细菌和藻类，这些微生物是海洋食物网的基础，它们产生地球上大约一半的氧气。当病毒破坏微生物细胞时，细胞内的碳和营养物质被释放到水中，增加了到达海洋浮游植物的营养物质数量。

2019年，美国国家科学基金会的一支科考船在大西洋开阔海域航行，科学家们正在准备设备，以便采集不同深度的水样，分析海洋病毒的活性。（SW Wilhelm摄）

在全球范围内，每秒钟大约发生一百万亿亿次病毒感染。这个数字难以想象，但它意味着海洋中时刻都在进行着大规模的营养物质再分配。病毒充当了生态系统中的"回收工"，将锁在微生物体内的资源重新释放出来，让其他生物得以利用。

研究还揭示了病毒在碳循环中的作用。除了在表层水体中推动食物网，病毒感染还影响着碳在深海中的储存。部分被病毒裂解的有机物会沉降到深海，在那里被封存数百甚至数千年，这对调节地球气候有着重要意义。

我们生活在一个不断变化的星球上。监测和应对环境变化需要了解驱动全球进程的微生物和机制。这项由美国国家科学基金会资助的远洋考察，进一步证实了病毒在生态系统功能中扮演着核心角色。

病毒会对人类和动物健康造成急性、慢性甚至灾难性的影响，这一点毋庸置疑。但新研究提醒我们，病毒的世界远比我们想象的复杂。在海洋中，病毒不仅是疾病的载体，更是维持生命循环的关键参与者。

进一步探索微观世界的重要性不言而喻，包括了解塑造微生物命运和地球系统运作方式的病毒的生命。从马尾藻海的富氧水层到全球海洋的每一个角落，这些肉眼看不见的微小存在，正在以我们刚刚开始理解的方式，支撑着这个蓝色星球上的生命。