Vyšší teploty v Arktidě rozmrazují permafrost v regionu – zmrzlou vrstvu půdy pod zemí – a potenciálně oživují viry, které byly spící po desítky tisíc let.
zatímco pandemie způsobená nemocí z dávné minulosti vypadá jako premisa sci-fi filmu, vědci varují, že rizika, byť jen nepatrná, jsou podceňována. Během tání se může uvolňovat chemický a radioaktivní odpad ze studené války, který může poškodit druhy a narušit ekosystémy.
„S permafrostem se toho děje hodně, co nás znepokojuje, a skutečně to ukazuje, proč je tak důležité, abychom udrželi co největší část permafrostu zmrzlé,“ řekla Kimberley Miner, klimatická vědkyně z NASA Jet Propulsion Laboratory v Kalifornský technologický institut v Pasadeně v Kalifornii.
Permafrost se rozkládá na jedné pětině severní polokoule a dlouhodobě podporuje arktickou tundru a boreální lesy Aljašky, Kanady a Ruska. Funguje jako časová schránka, která uchovává mumifikované pozůstatky několika vyhynulých tvorů, které se vědcům v posledních letech podařilo objevit a analyzovat, včetně dvou mláďat jeskynního lva a nosorožce srstnatého.
Permafrost je vhodným úložným médiem nejen proto, že je chladný; je to také prostředí bez kyslíku, kam světlo neproniká. Současné arktické teploty se však ohřívají až čtyřikrát rychleji než zbytek země, což podkopává horní vrstvu permafrostu v regionu.
Jean-Michel Claverie, emeritní profesor medicíny a genomiky na lékařské fakultě Aix-Marseille University v Marseille ve Francii, testoval vzorky země odebrané ze sibiřského permafrostu, aby zjistil, zda jsou nějaké virové částice v nich obsažené stále infekční. Hledá „zombie viry“, jak jim říká, a nějaké našel.
Lovec virů
Claverie studuje konkrétní typ viru, který poprvé objevil v roce 2003. Známé jako obří viry, jsou mnohem větší než typická odrůda a jsou viditelné pod běžným světelným mikroskopem, spíše než pod výkonnějším elektronovým mikroskopem – což z nich dělá dobrý model pro tento účel. typ laboratorní práce.
Jeho snahy odhalit viry zamrzlé v permafrostu byly částečně inspirovány týmem ruských vědců, kteří v roce 2012 oživili divokou květinu z 30,000 XNUMX let staré tkáně semen nalezené ve veverčí noře. (Od té doby vědci také úspěšně přivedli zpět k životu starověká mikroskopická zvířata.)
V roce 2014 se mu podařilo oživit virus, který on a jeho tým izolovali z permafrostu, čímž se poprvé po 30,000 XNUMX letech stal infekčním vložením do kultivovaných buněk. Kvůli bezpečnosti se rozhodl studovat virus, který by se mohl zaměřit pouze na jednobuněčné améby, nikoli na zvířata nebo lidi.
Tento čin zopakoval v roce 2015 a izoloval jiný typ viru, který se také zaměřoval na améby. A ve svém nejnovějším výzkumu, publikovaném 18. února v časopise Viruses, Claverie a jeho tým izolovali několik kmenů starověkého viru z několika vzorků permafrostu odebraných ze sedmi různých míst na Sibiři a ukázali, že každý z nich může infikovat kultivované buňky améby.
Tyto nejnovější kmeny představují pět nových rodin virů, kromě dvou, které předtím oživil. Nejstarší byl téměř 48,500 16 let starý, na základě radiokarbonového datování půdy, a pocházel ze vzorku země odebraného z podzemního jezera 52 metrů (27,000 stop) pod povrchem. Nejmladší vzorky nalezené v obsahu žaludku a srsti ostatků vlněného mamuta byly staré XNUMX XNUMX let.
To, že viry infikující améby jsou po tak dlouhé době stále infekční, svědčí o potenciálně větším problému, řekl Claverie. Obává se, že lidé považují jeho výzkum za vědeckou kuriozitu a nevnímají vyhlídky na návrat starých virů k životu jako vážnou hrozbu pro veřejné zdraví.
"Považujeme tyto viry infikující améby za náhražky všech ostatních možných virů, které by mohly být v permafrostu," řekl Claverie CNN.
"Vidíme stopy mnoha, mnoha, mnoha dalších virů," dodal. "Takže víme, že tam jsou." Nevíme jistě, zda jsou stále naživu. Ale naše úvaha je taková, že pokud jsou amébové viry stále naživu, není důvod, proč by ostatní viry nebyly stále živé a schopné infikovat své vlastní hostitele.“
Precedens pro infekci člověka
V permafrostu byly nalezeny zachovány stopy virů a bakterií, které mohou infikovat člověka.
Vzorek plic z ženského těla exhumovaného v roce 1997 z permafrostu ve vesnici na poloostrově Seward na Aljašce obsahoval genomový materiál z kmene chřipky odpovědného za pandemii v roce 1918. V roce 2012 vědci potvrdili, že 300 let staré mumifikované pozůstatky ženy pohřbené na Sibiři obsahovaly genetické znaky viru, který způsobuje neštovice.
Vypuknutí antraxu na Sibiři, které mezi červencem a srpnem 2,000 postihlo desítky lidí a více než 2016 XNUMX sobů, bylo také spojeno s hlubším táním permafrostu během výjimečně horkých let, což umožnilo starým sporám Bacillus anthracis znovu se vynořit ze starých pohřebišť, resp. mrtvoly zvířat.
Birgitta Evengård, emeritní profesorka na katedře klinické mikrobiologie Umea University ve Švédsku, uvedla, že by měl být lepší dohled nad rizikem, které představují potenciální patogeny při rozmrazování permafrostu, ale varovala před alarmistickým přístupem.
"Musíte si uvědomit, že naše imunitní obrana byla vyvinuta v těsném kontaktu s mikrobiologickým prostředím," řekl Evengård, který je součástí CLINF Nordic Center of Excellence, skupiny, která zkoumá účinky změny klimatu na prevalenci infekčních chorob u lidí a lidí. zvířata v severních oblastech.
"Pokud je v permafrostu ukrytý virus, se kterým jsme nebyli v kontaktu po tisíce let, je možné, že naše imunitní obrana není dostatečná," řekla. „Je správné mít respekt k situaci a být proaktivní a ne pouze reaktivní. A způsob, jak bojovat se strachem, je mít znalosti.“
V reálném světě vědci samozřejmě nevědí, jak dlouho by tyto viry mohly zůstat infekční, jakmile by byly vystaveny současným podmínkám, ani jaká je pravděpodobnost, že se virus setká s vhodným hostitelem. Ne všechny viry jsou patogeny, které mohou způsobit onemocnění; některé jsou pro své hostitele neškodné nebo dokonce prospěšné. A ačkoli je Arktida domovem 3.6 milionu lidí, je stále řídce osídleným místem, takže riziko, že lidé budou vystaveni starověkým virům, je velmi nízké.
Přesto „riziko se zákonitě zvýší v kontextu globálního oteplování,“ řekl Claverie, „ve kterém se bude tání permafrostu neustále zrychlovat a v důsledku průmyslových podniků bude Arktida osídlovat více lidí.“
A Claverie není sama, kdo varuje, že region by se mohl stát úrodnou půdou pro přelévání – když virus skočí do nového hostitele a začne se šířit.
V loňském roce tým vědců zveřejnil výzkum vzorků půdy a jezerních sedimentů odebraných z jezera Hazen, sladkovodního jezera v Kanadě nacházejícího se za polárním kruhem. Sekvenovali genetický materiál v sedimentu, aby identifikovali virové podpisy a genomy potenciálních hostitelů – rostlin a zvířat – v oblasti.
Pomocí analýzy počítačového modelu navrhli, že riziko přelití virů na nové hostitele bylo vyšší v místech blízko místa, kde do jezera proudilo velké množství ledovcové vody z tání – scénář, který se stává pravděpodobnějším, když se klima otepluje.
Neznámé následky
Identifikace virů a dalších rizik obsažených v oteplujícím se permafrostu je prvním krokem k pochopení toho, jaké riziko představují pro Arktidu, řekl Miner z NASA Jet Propulsion Laboratory. Mezi další výzvy patří kvantifikovat, kde, kdy, jak rychle a jak hluboko rozmrzne permafrost.
Rozmrazování může být postupným procesem pouhých centimetrů za desetiletí, ale také probíhá rychleji, jako v případě masivních sesuvů půdy, které mohou náhle odhalit hluboké a prastaré vrstvy permafrostu. Tento proces také uvolňuje do atmosféry metan a oxid uhličitý – přehlížený a podceňovaný hnací motor změny klimatu.
Miner katalogizoval řadu potenciálních nebezpečí, která jsou v současnosti zamrzlá v arktickém permafrostu v článku z roku 2021 publikovaném ve vědeckém časopise Nature Climate Change.
Mezi tato možná nebezpečí patřil zakopaný odpad z těžby těžkých kovů a chemikálií, jako je pesticid DDT, který byl zakázán na počátku 2000. století. Radioaktivní materiál byl také vyhozen do Arktidy – ze strany Ruska a Spojených států – od nástupu jaderných zkoušek v 1950. letech XNUMX. století.
"Náhlé tání rychle odhaluje staré horizonty permafrostu a uvolňuje sloučeniny a mikroorganismy sekvestrované v hlubších vrstvách," uvedl Miner a další výzkumníci v dokumentu z roku 2021.
Ve výzkumném dokumentu Miner označil přímou infekci lidí prastarými patogeny uvolňovanými z permafrostu za „v současnosti nepravděpodobnou“.
Nicméně, Miner řekla, že se obává toho, co nazvala „metuzalémskými mikroorganismy“ (pojmenované podle biblické postavy s nejdelší životností). Jde o organismy, které by s neznámými důsledky mohly přinést dynamiku starověkých a zaniklých ekosystémů do dnešní Arktidy.
Znovuobjevení starověkých mikroorganismů má potenciál změnit složení půdy a vegetativní růst, což může dále urychlit účinky změny klimatu, řekl Miner.
"Opravdu nám není jasné, jak budou tito mikrobi interagovat s moderním prostředím," řekla. "Není to ve skutečnosti experiment, který by podle mě někdo z nás chtěl spustit."
Nejlepším postupem, řekl Miner, je pokusit se zastavit tání a širší klimatickou krizi a udržet tato nebezpečí navždy pohřbená v permafrostu.
