氷河で1,700以上の古代ウイルスが発見されました。彼らは人類にとって脅威でしょうか?

制作：中国科学普及協会

著者: Denovo チーム

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：中国の先端技術プロジェクトは、認識の限界を広げるために、「未知の領域」と題する一連の記事を立ち上げ、深宇宙、深地球、深海などの分野で限界を突破した探査結果を概観しています。科学的発見の旅に出て、驚くべき世界を知りましょう。

映画の中に、主人公がお金を使うために一見ばかげた投資プロジェクトを探し回るという、このような筋書きがありました。その一つは、北極から内モンゴル自治区のアルシャー砂漠まで氷山を輸送することです。

「氷山を砂漠に輸送する」というこのプロジェクトは、現実的な観点からは実現しそうにありません。北極からアルシャー砂漠までの氷山の輸送プロセスは非常に複雑であり、気候、気温、輸送コストなどの要因により実現不可能となっている。

実際に北極の氷河をアルシャー砂漠に移す人はいないだろうが、氷河には莫大な研究価値がある。科学者たちは、全国各地の氷河から氷床コアを掘削し、研究のために研究所に輸送することがよくあります。

例えば、米国オハイオ州立大学の科学者たちは、中国の青海・チベット高原の氷河から採取した氷床コアのサンプルの中に、1,700を超える古代のウイルスを発見しました。

ヒマラヤから氷を入手して輸送するにはどうすればよいでしょうか?

「第三の極」である青海・チベット高原の氷河は、数万年にわたる気候の変化を記録しているだけでなく、微生物やウイルスの群集に関する豊富な情報も含んでおり、極めて高い科学的研究価値を持っています。

中国は近年、青海・チベット高原の第2次総合科学調査研究（第2次青蔵探検）を開始しており、その中で氷河研究は重要な任務の一つとなっている。科学探検隊は、氷河の掘削と分析を通じて、氷河環境の変化、微生物の多様性、気候変動に対する氷河の反応について詳細な研究を行い、地球規模の気候研究と生態系保護のための貴重な科学的データを提供しました。

科学者がヒマラヤで氷を入手するプロセスは非常に複雑で、通常は遠く離れた高地の氷河まで行く必要があります。サンプル採取場所は中国西部のグリア氷河の高原、標高6,200メートルに位置している。科学研究チームは特殊な掘削装置を使用して氷河の奥深くまで掘削します。掘削された氷床コアは深さ309.7メートル、直径約10センチメートル。氷床コアは氷河の岩盤まで浸透します。

掘削中、氷河の表面温度はマイナス21.2℃に達し、深さ10メートルの氷床コアの温度はマイナス11.6℃、氷河の底部ではマイナス2.1℃となる。深さ309.7メートルの氷床コアが掘削され、数万年分の気候データが保存される可能性がある。高高度の極めて過酷な環境のため、科学者は低温、低酸素、険しい地形条件に直面しなければなりません。

掘削された氷床コアは約1メートルの長さのセグメントに分割され、プラスチックチューブで密封され、その後、アルミニウムで覆われた段ボールの筒に入れられました。その後、採取した氷床コアを山から下山するのは、これらの氷河地帯では通常車両が利用できないため困難な作業です。したがって、科学者は氷床コアの輸送にヤクに頼るしかありません。通常、ヤク1頭あたり約10メートルの長さの氷床コアの断片を運ぶことができます。これらのヤクは山の厳しい気候や地形に適応できるだけでなく、科学者が氷床コアを高地の採集地から低地へ運ぶのにも役立ちます。

氷河の氷床コアのサンプリング

（画像出典：文書1）

氷床コアが低い高度に輸送されると、科学者は輸送プロセス全体を通じて凍った状態を保つために適切に梱包します。その後、氷床コアは冷蔵トラックに積み込まれ、科学研究施設に輸送されます。これらの氷床コアを通じて、科学者は古代の気候と微生物生態系の進化についての洞察を得ることができ、それによって気候変動が微生物群集に与える影響を明らかにすることができます。

これらの古代のウイルスを研究することの意義は何でしょうか?

氷河は、地球上の時間情報、古代の気候、生態系を記録した自然のアーカイブです。グリア氷河の氷床コアには 41,000 年以上の歴史的記録が含まれており、さまざまな時代の気候や微生物に関する情報が保存されています。この研究は、温暖な気候と寒冷な気候の変化に応じたこれらのウイルス群集の動態と、古代の生態系におけるそれらの役割を明らかにすることを目的としています。

研究チームは、チベット高原のグリア氷河の氷床コアからウイルスゲノムを抽出することで、約1,705種のウイルスを種レベルで再構築することに成功した。ゲノムは、過去4万年間にわたる3回の寒冷気候と温暖気候のサイクルにわたる9つの異なる期間のサンプルから採取された。

氷河環境では、極度の寒さと栄養分の不足により、微生物の数は通常非常に少なく、抽出される DNA の量も少なくなり、ゲノムの組み立てが困難になります。わずか33のウイルスゲノムしか回収できなかった前回の研究と比較して、今回の研究では、より深いシーケンシングと最適化された低バイオマス氷河メタゲノムアセンブリ法を通じてウイルスゲノムの数が大幅に増加し、氷河に保存されたウイルスの研究に大量の新しいデータを提供しました。

世界中のさまざまな環境におけるグリア氷河ウイルスの分布

（画像出典：文書1）

研究チームは、新たに発見されたウイルスの詳細な分析を行うために、遺伝子共有ネットワークに基づく分類方法を適用し、それを公開データベースの参照ウイルスゲノムと組み合わせて、ウイルス運用分類単位とウイルスコミュニティの分類システムを確立しました。

このアプローチを使用して、研究者らは特定のウイルス属（フィクムウイルスやラウチウイルスなど）を発見し、氷河によって保存された環境におけるこれらのウイルスの生態学的役割や、宿主微生物との相互作用を明らかにしました。これらの発見は、氷河ウイルスの多様性と生態学的機能に関する私たちの理解を大きく広げます。

ウイルスは氷河生態系において重要な役割を果たす

氷河ウイルスが宿主微生物に及ぼす生態学的影響は、氷河生態系におけるウイルスの重要な役割を明らかにしています。この研究により、グリア氷河のウイルスが、氷河環境で優勢な集団である宿主微生物（主にフラボバクテリウム、サイクロバクター、ポーラロモナス）に持続的なウイルス感染圧力を及ぼしていることが示された。ウイルスと宿主の関係を分析した結果、フラボバクテリウム属が研究期間を通じて最も高いウイルス圧力にさらされていたことが判明した。これは、これらのウイルスが長期にわたって氷河生態系の構造と機能に重要な影響を及ぼしてきた可能性があることを意味している。

この研究では、宿主の感染圧に加えて、補助代謝遺伝子（AMG）を介してウイルスが宿主の代謝に及ぼす重大な影響も明らかにされました。ウイルスゲノム、特に補因子とビタミンの代謝経路には、宿主代謝に関連するさまざまな AMG が見つかりました。

研究では、これらの遺伝子が、氷河の表面の寒さや栄養分の少ない条件など、極限環境に宿主が適応するのを助け、それによって宿主の生存能力を向上させると同時にウイルスの適応性も高めるのではないかと推測している。これらの代謝遺伝子を通じて、ウイルスは氷河生態系において「生態学的調節因子」の役割を果たしており、微生物の成長、代謝、環境適応性に影響を及ぼす可能性がある。

これらの結果は、氷河ウイルスが感染を通じて宿主微生物に圧力をかけるだけでなく、代謝調節を通じて極限環境における宿主の適応性にも影響を与えることを示しており、古代の生態系におけるウイルスの重要な生態学的役割をさらに明らかにしています。

古代のウイルスは人類にとって脅威でしょうか?

再構築された 1,705 個のウイルスゲノムのうち、97% は既知のウイルス属に分類できず、氷河に保存されたこれらのウイルスが非常に新しいものであることを示しています。これらの新しいウイルスは主に Caudoviricetes クラスに属しますが、この研究では、Carjivirus、Nickievirus、Myxoctovirus などを含む 12 のウイルス属のみが明確に分類されました。残りのウイルスと既知のウイルスゲノムの間に類似性がないことから、氷河環境にはまだ発見されておらず研究もされていないウイルスグループが多数存在する可能性があることが示唆されます。

現在の研究では、氷河から放出された古代のウイルスが人類に脅威を与えるかどうかについては慎重な見方が広がっている。まず、古代のウイルスは数万年以上氷河に保存されており、現代の生物から隔離されていることが多いため、現代の宿主に感染する能力を失っている可能性がある。これらのウイルスは極寒の嫌気性環境で休眠状態にあり、長期間の遺伝的浮動と進化を経て、現代のウイルスや微生物宿主とは大きく異なるため、現代の人間や動物に効果的に感染したり繁殖したりすることができない可能性があります。

溶ける氷河

（写真提供：veerフォトギャラリー）

しかし、気候変動が激化し、氷河が溶けると、これらの古代のウイルスが再び外部環境にさらされ、空気、水、土壌などの媒体に入り込む可能性があります。氷河ウイルスのほとんどは細菌やその他の微生物に感染するバクテリオファージですが、古代のウイルス群集の多様性とその生物学的特性に関する理解の限界を考えると、一部のウイルスが現代の宿主、特に免疫力が低い人や環境への適応が不十分な人に感染する可能性を完全に排除することはできません。こうした再曝露は特定の微生物群集に影響を及ぼす可能性があり、それが今度は間接的に人間の健康や生態系に影響を及ぼす可能性があります。

現時点では、これらの古代のウイルスが人体に直接的な脅威を与えるという直接的な証拠はありませんが、科学界は、氷河の融解により未知のウイルスがさらに増えるため、私たちは引き続き細心の注意を払い、これらのウイルスの潜在的なリスクを監視および評価するためのさらなる研究を実施する必要があると考えています。科学者たちは、将来起こりうる環境および健康リスクに対処するために、これらのウイルスの特徴と気候変動における潜在的な影響を理解するためのより厳格な監視措置の必要性を訴えている。

結論

現在の研究は、氷河に保存されたウイルスの分析を通じて、地球の歴史における気候変動についての理解に新たな洞察をもたらします。氷河ウイルスは数万年にわたる気候と生態系の変化を記録しており、これは自然の気候変動と人間の活動による気候への影響を区別する上で重要です。さらに、これらのウイルスは古代の生態系において、特に極限環境における宿主微生物の代謝を調節する上で重要な役割を果たしていた可能性がある。今後もさらなる研究が行われ、温度と時間によって氷河に凍った秘密がさらに解明されることを期待しています。

参考文献:

1.Zhong, Zhi-Ping、他「氷河に保存されたチベット高原のウイルス群集は、温暖な気候と寒冷な気候の変動に関連している可能性が高い。」ネイチャージオサイエンス（2024）：1-8。

2.Schuur, Edward AG、他「気候変動と永久凍土の炭素フィードバック」ネイチャー520.7546（2015）：171-179。

3.Legendre、Matthieu、et al. 「パンドラウイルスの形態を持つ、巨大な二十面体 DNA ウイルスの 3 万年前の遠い親戚。」米国科学アカデミー紀要111.11（2014）：4274-4279。