在全球海洋的深處，微小的細菌在調節地球氣候方面發揮著重要作用。這些海洋微生物決定了碳是停留在水面附近，還是沉入深海，從而能夠存儲數百年。然而，這些細菌正面臨著持續的攻擊。被稱為噬菌體的病毒不斷感染它們，迫使細菌進行突變以求生存。科學家指出，這場進化的軍備競賽可能改變海洋吸收碳的效率。
最近的一項研究發現，某些細菌針對病毒進化出防禦機制，不僅使它們存活下來，還可能增強它們將碳沉入海底的能力。這項研究探討了噬菌體抗性如何影響海洋細菌的生態角色。科學家研究了幫助細菌抵禦病毒感染的突變，並提出了一個關鍵問題：抗性成本是多少，並且如何改變生態系統行為？
研究團隊發現了兩種主要的突變類型。一種改變了細菌的表面，阻止噬菌體進入；另一種則改變了內部代謝過程，允許病毒進入，但阻止其成功複製。俄亥俄州立大學的博士後研究助理Marion Urvoy表示，我們發現這些代謝和表面突變都使細菌變得更黏，但只有表面突變使細胞更容易沉降。這一點非常明顯。黏性是很重要的，因為當細菌聚集在一起時，它們沉降得更快，將碳從海面帶入更深的水層，這是海洋生物泵的關鍵機制。
研究集中於從海洋細菌Cellulophaga baltica進化而來的13種抗噬菌體突變體，並暴露於兩種生態相關的噬菌體。研究人員結合實驗室實驗和計算模型，追蹤這些突變如何影響抗性、生長和沉降行為。
並非所有的抗性都沒有代價。研究發現，無論是表面突變還是代謝突變，都會減緩細菌的生長，這在競爭激烈的海洋生態系統中可能是一個缺點。Urvoy指出，所有這些突變都顯示出在生長速率方面的成本，細胞生長得較慢。表面突變提供了對多種噬菌體的更廣泛保護，但伴隨著最高的生長懲罰。相比之下，代謝突變則更具選擇性，僅保護特定病毒，同時干擾內部過程。
一種代謝突變破壞了細胞內的脂質生產。Urvoy表示，這種突變影響了脂質池，阻止了噬菌體的複製。沒有這些脂質，病毒無法組裝出新的顆粒。儘管它們的生長速度較慢，表面突變體在氣候相關性方面表現突出。它們增強的沉降行為直接影響了碳被輸送到深海的量，將病毒感染與全球碳循環聯繫起來。
這些發現建立在早期研究的基礎上，顯示病毒壓力可以影響海洋微生物吸收的碳量。俄亥俄州立大學的研究科學家Cristina Howard-Varona指出，這真的為研究更多細胞內抗性打開了大門，因為這方面的研究相對較少。這項研究發表在《Nature Microbiology》期刊上。
