Para ilmuwan menemukan penyebab rahasia perubahan iklim

Studi tersebut mengungkapkan bahwa mikroorganisme, setelah terinfeksi, mengandung gen penghasil metana baru.

Sebuah studi baru-baru ini mengungkapkan bahwa virus yang menginfeksi mikroba berkontribusi terhadap perubahan iklim dengan memainkan peran penting dalam siklus metana, gas rumah kaca yang kuat, melalui lingkungan.

Dengan menganalisis hampir 1000 kelompok metagenomik DNA Melalui data dari 15 habitat berbeda, mulai dari danau berbeda hingga bagian dalam perut sapi, para peneliti menemukan bahwa virus mikroba membawa elemen genetik khusus untuk mengendalikan proses metana, yang disebut gen metabolik aksesori (AMGs). Tergantung pada tempat tinggal organisme, jumlah gen ini dapat bervariasi, menunjukkan bahwa potensi dampak virus terhadap lingkungan juga bervariasi berdasarkan habitatnya.

Penemuan ini menambah bagian penting untuk lebih memahami bagaimana metana berinteraksi dan bergerak dalam ekosistem yang berbeda, kata Zhiping Zhong, penulis utama studi tersebut dan rekan peneliti di The Ohio State University Byrd Polar and Climate Research Center.

“Penting untuk memahami bagaimana mikroorganisme mendorong proses metana,” kata Zhong, yang juga seorang ahli mikrobiologi yang penelitiannya mempelajari bagaimana mikroba berevolusi di lingkungan yang beragam. “Kontribusi mikroba terhadap metabolisme metana telah dipelajari selama beberapa dekade, namun penelitian di bidang virus masih banyak yang belum diteliti dan kami ingin mempelajari lebih lanjut.”

Studi ini dipublikasikan di jurnal Komunikasi Alam.

Peran virus dalam emisi gas rumah kaca

Virus telah membantu menggerakkan semua proses ekologi, biogeokimia, dan evolusi di Bumi, namun para ilmuwan baru mulai mengeksplorasi kaitannya dengan perubahan iklim. Misalnya, metana adalah penyebab emisi gas rumah kaca terbesar kedua setelah karbon dioksida, namun sebagian besar dihasilkan oleh organisme bersel tunggal yang disebut archaea.

“Virus adalah entitas biologis yang paling melimpah di Bumi,” kata Matthew Sullivan, salah satu penulis studi dan profesor mikrobiologi di Pusat Ilmu Mikrobioma Ohio State. “Di sini, kami memperluas pengetahuan kami tentang dampaknya dengan menambahkan gen siklus metana ke dalam daftar panjang gen virus– Gen metabolik yang dikodekan. Tim kami berusaha menjawab berapa banyak 'metabolisme mikroba' yang sebenarnya dimanipulasi oleh virus selama infeksi.

Meskipun peran penting mikroba dalam mempercepat pemanasan global kini sudah diketahui, sedikit yang diketahui tentang bagaimana gen terkait metabolisme metana yang dikode oleh virus yang menginfeksi mikroba ini mempengaruhi produksi metana, kata Zhong. Pemecahan misteri inilah yang membuat Zhong dan rekan-rekannya menghabiskan hampir satu dekade mengumpulkan dan menganalisis sampel DNA mikroba dan virus dari reservoir mikroba yang unik.

Salah satu tempat terpenting yang dipilih tim untuk belajar adalah Danau Vrana, yang merupakan bagian dari cagar alam di Kroasia. Di dalam sedimen danau yang kaya metana, para peneliti menemukan banyak gen mikroba yang mempengaruhi produksi dan oksidasi metana. Selain itu, mereka menjelajahi beragam komunitas virus dan menemukan 13 jenis AMG yang membantu mengatur metabolisme inangnya. Namun, tidak ada bukti bahwa virus-virus ini secara langsung mengkodekan gen metabolisme metana, menunjukkan bahwa potensi dampak virus pada siklus metana bervariasi tergantung pada habitatnya, kata Zhong.

Dampak terhadap ternak dan lingkungan

Secara keseluruhan, penelitian ini mengungkapkan bahwa jumlah AMG metabolisme metana yang lebih besar lebih mungkin ditemukan di lingkungan yang berhubungan dengan inang seperti di dalam perut sapi, sementara lebih sedikit gen ini ditemukan di habitat lingkungan, seperti sedimen danau. Karena sapi dan hewan ternak lainnya juga bertanggung jawab menghasilkan sekitar 40% emisi metana global, penelitian mereka menunjukkan bahwa hubungan kompleks antara virus, organisme, dan lingkungan secara keseluruhan mungkin memiliki hubungan yang lebih rumit daripada yang diperkirakan para ilmuwan sebelumnya.

“Hasil ini menunjukkan bahwa dampak global yang disebabkan oleh virus masih diremehkan dan patut mendapat perhatian lebih,” kata Zhong.

Meskipun tidak jelas apakah aktivitas manusia mempengaruhi evolusi virus-virus ini, tim berharap bahwa wawasan baru dari penelitian ini akan meningkatkan kesadaran tentang kekuatan agen penular yang menghuni semua kehidupan di Bumi. Namun, untuk terus mempelajari lebih lanjut tentang mekanisme internal virus-virus ini, diperlukan lebih banyak eksperimen untuk memahami lebih banyak tentang kontribusinya terhadap siklus metana di Bumi, kata Zhong, terutama ketika para ilmuwan berupaya menemukan cara untuk mengurangi emisi metana yang disebabkan oleh mikroba.

“Pekerjaan ini merupakan langkah awal dalam memahami dampak virus dari perubahan iklim,” katanya. “Kami masih harus banyak belajar.”

Referensi: “Potensi virus untuk memodulasi metabolisme metana mikroba bervariasi berdasarkan habitat” oleh Zhi-Ping Zhong, Jingjie Du, Stephan Köstlbacher, Petra Pjevac, Sandi Orlić, dan Matthew B. Sullivan, 29 Februari 2024, Komunikasi Alam.
doi: 10.1038/s41467-024-46109-x

Pekerjaan ini didukung oleh National Science Foundation, Kroasia Science Foundation, Gordon and Betty Moore Foundation, Hysing-Simons Foundation, Uni Eropa, dan Departemen Energi AS. Rekan penulis termasuk Jinji Du dari Ohio State, serta Stefan Kostelbaker dan Petra Bejevac dari Universitas Wina, dan Sandy Orlich dari Ruder Boškovitch Institute.