Höhere Temperaturen in der Arktis lassen den Permafrost der Region – eine gefrorene Bodenschicht unter der Erde – auftauen und möglicherweise Viren wiederbeleben, die seit Zehntausenden von Jahren inaktiv waren.
Während eine durch eine Krankheit aus der fernen Vergangenheit verursachte Pandemie wie die Prämisse eines Science-Fiction-Films erscheint, warnen Wissenschaftler, dass die nur geringfügigen Risiken unterschätzt werden. Beim Auftauen können chemische und radioaktive Abfälle aus dem Kalten Krieg freigesetzt werden, die möglicherweise Arten schädigen und Ökosysteme stören.
„Mit dem Permafrost passiert eine Menge, die Anlass zur Sorge gibt, und das zeigt wirklich, warum es überaus wichtig ist, dass wir so viel Permafrost wie möglich gefroren halten“, sagte Kimberley Miner, Klimaforscherin am Jet Propulsion Laboratory der NASA California Institute of Technology in Pasadena, Kalifornien.
Permafrost bedeckt ein Fünftel der nördlichen Hemisphäre und unterstützt seit langem die arktische Tundra und die borealen Wälder Alaskas, Kanadas und Russlands. Es fungiert als Zeitkapsel und bewahrt die mumifizierten Überreste mehrerer ausgestorbener Lebewesen auf, die Wissenschaftler in den letzten Jahren entdecken und analysieren konnten, darunter zwei Höhlenlöwenjunge und ein Wollnashorn.
Permafrost ist nicht nur deshalb ein geeignetes Speichermedium, weil er kalt ist; es ist auch eine sauerstofffreie Umgebung, in die kein Licht eindringt. Die gegenwärtigen Temperaturen in der Arktis erwärmen sich jedoch bis zu viermal schneller als im Rest der Erde und untergraben die oberste Permafrostschicht der Region.
Jean-Michel Claverie, emeritierter Professor für Medizin und Genomik an der Medizinischen Fakultät der Universität Aix-Marseille in Marseille, Frankreich, hat Erdproben aus sibirischem Permafrost getestet, um festzustellen, ob darin enthaltene Viruspartikel noch infektiös sind. Er sucht nach „Zombieviren“, wie er sie nennt, und hat welche gefunden.
Der Virenjäger
Claverie untersucht einen bestimmten Virustyp, den er erstmals 2003 entdeckte. Die sogenannten Riesenviren sind viel größer als die typische Sorte und unter einem normalen Lichtmikroskop sichtbar, nicht aber unter einem leistungsstärkeren Elektronenmikroskop – was sie zu einem guten Modell dafür macht Art der Laborarbeit.
Seine Bemühungen, im Permafrost eingefrorene Viren aufzuspüren, wurden teilweise von einem Team russischer Wissenschaftler inspiriert, die 2012 eine Wildblume aus einem 30,000 Jahre alten Samengewebe wiederbelebten, das im Bau eines Eichhörnchens gefunden wurde. (Seitdem ist es Wissenschaftlern auch gelungen, alte mikroskopisch kleine Tiere wieder zum Leben zu erwecken.)
Im Jahr 2014 gelang es ihm, ein von ihm und seinem Team aus dem Permafrost isoliertes Virus wiederzubeleben und es zum ersten Mal seit 30,000 Jahren wieder infektiös zu machen, indem er es in kultivierte Zellen einführte. Aus Sicherheitsgründen hatte er sich entschieden, ein Virus zu untersuchen, das nur einzellige Amöben befallen konnte, nicht aber Tiere oder Menschen.
Er wiederholte das Kunststück im Jahr 2015 und isolierte einen anderen Virustyp, der ebenfalls auf Amöben abzielte. Und in seiner neuesten Forschung, die am 18. Februar in der Zeitschrift Viruses veröffentlicht wurde, isolierten Claverie und sein Team mehrere Stämme des alten Virus aus mehreren Permafrostproben, die an sieben verschiedenen Orten in ganz Sibirien entnommen wurden, und zeigten, dass sie jeweils kultivierte Amöbenzellen infizieren konnten.
Diese neuesten Stämme repräsentieren fünf neue Familien von Viren, zusätzlich zu den beiden, die er zuvor wiederbelebt hatte. Das älteste war fast 48,500 Jahre alt, basierend auf der Radiokohlenstoffdatierung des Bodens, und stammte aus einer Erdprobe, die einem unterirdischen See 16 Meter (52 Fuß) unter der Oberfläche entnommen wurde. Die jüngsten Proben, die im Mageninhalt und im Fell der Überreste eines Wollmammuts gefunden wurden, waren 27,000 Jahre alt.
Dass Amöben-infizierende Viren nach so langer Zeit immer noch infektiös sind, deutet auf ein potenziell größeres Problem hin, sagte Claverie. Er befürchtet, dass die Leute seine Forschung als wissenschaftliche Kuriosität betrachten und die Aussicht auf ein Wiederaufleben alter Viren nicht als ernsthafte Bedrohung der öffentlichen Gesundheit wahrnehmen.
„Wir betrachten diese Amöben-infizierenden Viren als Ersatz für alle anderen möglichen Viren, die sich im Permafrost befinden könnten“, sagte Claverie gegenüber CNN.
„Wir sehen die Spuren von vielen, vielen, vielen anderen Viren“, fügte er hinzu. „Wir wissen also, dass sie da sind. Wir wissen nicht genau, ob sie noch leben. Aber unsere Überlegung ist, dass, wenn die Amöbenviren noch leben, es keinen Grund gibt, warum die anderen Viren nicht noch leben und in der Lage sind, ihre eigenen Wirte zu infizieren.“
Präzedenzfall für eine Infektion des Menschen
Im Permafrost wurden Spuren von Viren und Bakterien gefunden, die Menschen infizieren können.
Eine Lungenprobe aus dem Körper einer Frau, die 1997 aus Permafrost in einem Dorf auf der Seward-Halbinsel in Alaska exhumiert wurde, enthielt genomisches Material des Influenzastamms, der für die Pandemie von 1918 verantwortlich war. Im Jahr 2012 bestätigten Wissenschaftler, dass die 300 Jahre alten mumifizierten Überreste einer in Sibirien begrabenen Frau die genetischen Signaturen des Virus enthielten, das Pocken verursacht.
Ein Anthrax-Ausbruch in Sibirien, von dem zwischen Juli und August 2,000 Dutzende Menschen und mehr als 2016 Rentiere betroffen waren, wurde auch mit dem stärkeren Auftauen des Permafrosts in außergewöhnlich heißen Sommern in Verbindung gebracht, was es alten Sporen von Bacillus anthracis ermöglichte, aus alten Gräberfeldern wieder aufzutauchen Tierkadaver.
Birgitta Evengård, emeritierte Professorin an der Abteilung für klinische Mikrobiologie der Universität Umea in Schweden, sagte, dass das Risiko, das von potenziellen Krankheitserregern beim Auftauen des Permafrosts ausgeht, besser überwacht werden sollte, warnte jedoch vor einem alarmistischen Ansatz.
„Sie müssen bedenken, dass unsere Immunabwehr in engem Kontakt mit der mikrobiologischen Umgebung entwickelt wurde“, sagte Evengård, der Teil des CLINF Nordic Centre of Excellence ist, einer Gruppe, die die Auswirkungen des Klimawandels auf die Prävalenz von Infektionskrankheiten beim Menschen untersucht Tiere in nördlichen Regionen.
„Wenn im Permafrost ein Virus versteckt ist, mit dem wir seit Tausenden von Jahren keinen Kontakt mehr hatten, kann es sein, dass unsere Immunabwehr nicht ausreicht“, sagte sie. „Es ist richtig, Respekt vor der Situation zu haben und proaktiv und nicht nur reaktiv zu sein. Und der Weg, Angst zu bekämpfen, besteht darin, Wissen zu haben.“
In der realen Welt wissen Wissenschaftler natürlich nicht, wie lange diese Viren infektiös bleiben könnten, wenn sie den heutigen Bedingungen ausgesetzt sind, oder wie wahrscheinlich es ist, dass das Virus auf einen geeigneten Wirt trifft. Nicht alle Viren sind Krankheitserreger, die Krankheiten verursachen können; Einige sind gutartig oder sogar vorteilhaft für ihre Wirte. Und obwohl die Arktis 3.6 Millionen Menschen beherbergt, ist sie immer noch ein dünn besiedelter Ort, wodurch das Risiko, dass Menschen alten Viren ausgesetzt werden, sehr gering ist.
Dennoch „wird das Risiko im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung zwangsläufig zunehmen“, sagte Claverie, „bei der das Auftauen des Permafrostbodens weiter beschleunigt wird und mehr Menschen die Arktis im Zuge industrieller Unternehmungen bevölkern werden.“
Und Claverie ist nicht der Einzige, der davor warnt, dass die Region ein fruchtbarer Boden für ein Spillover-Ereignis werden könnte – wenn ein Virus in einen neuen Wirt überspringt und sich auszubreiten beginnt.
Letztes Jahr veröffentlichte ein Wissenschaftlerteam Forschungsergebnisse zu Boden- und Seesedimentproben aus dem Lake Hazen, einem Süßwassersee in Kanada am Polarkreis. Sie sequenzierten das genetische Material im Sediment, um Virussignaturen und die Genome potenzieller Wirte – Pflanzen und Tiere – in der Region zu identifizieren.
Anhand einer Computermodellanalyse legten sie nahe, dass das Risiko, dass Viren auf neue Wirte übergreifen, an Orten in der Nähe der Stellen, an denen große Mengen Gletscherschmelzwasser in den See flossen, höher sei – ein Szenario, das mit zunehmender Klimaerwärmung wahrscheinlicher wird.
Unbekannte Folgen
Die Identifizierung von Viren und anderen Gefahren, die im sich erwärmenden Permafrost enthalten sind, sei der erste Schritt, um zu verstehen, welche Gefahr sie für die Arktis darstellen, sagte Miner vom Jet Propulsion Laboratory der NASA. Zu den weiteren Herausforderungen gehört die Quantifizierung, wo, wann, wie schnell und wie tief der Permafrost auftaut.
Das Auftauen kann ein allmählicher Prozess von nur Zentimetern pro Jahrzehnt sein, geht aber auch schneller vonstatten, etwa bei massiven Landabsenkungen, die plötzlich tiefe und uralte Permafrostschichten freilegen können. Durch den Prozess werden auch Methan und Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt – ein übersehener und unterschätzter Treiber des Klimawandels.
Miner katalogisierte in einem 2021 in der Fachzeitschrift Nature Climate Change veröffentlichten Artikel eine Reihe potenzieller Gefahren, die derzeit im arktischen Permafrost eingefroren sind.
Zu diesen möglichen Gefahren gehörten vergrabene Abfälle aus dem Abbau von Schwermetallen und Chemikalien wie dem Pestizid DDT, das Anfang der 2000er Jahre verboten wurde. Seit Beginn der Atomtests in den 1950er Jahren wurde auch radioaktives Material in der Arktis abgelagert – von Russland und den Vereinigten Staaten.
„Abruptes Auftauen legt alte Permafrosthorizonte schnell frei und setzt in tieferen Schichten gebundene Verbindungen und Mikroorganismen frei“, stellten Miner und andere Forscher in der Arbeit von 2021 fest.
In der Forschungsarbeit bezeichnete Miner die direkte Infektion von Menschen mit aus dem Permafrost freigesetzten alten Krankheitserregern als „derzeit unwahrscheinlich“.
Miner sagte jedoch, sie sei besorgt über das, was sie „Methuselah-Mikroorganismen“ nannte (benannt nach der biblischen Figur mit der längsten Lebensdauer). Dies sind Organismen, die die Dynamik uralter und ausgestorbener Ökosysteme mit unbekannten Folgen in die heutige Arktis bringen könnten.
Das Wiederauftauchen uralter Mikroorganismen hat das Potenzial, die Bodenzusammensetzung und das vegetative Wachstum zu verändern und möglicherweise die Auswirkungen des Klimawandels weiter zu beschleunigen, sagte Miner.
"Wir sind wirklich unklar, wie diese Mikroben mit der modernen Umwelt interagieren werden", sagte sie. „Es ist nicht wirklich ein Experiment, von dem ich glaube, dass keiner von uns es durchführen möchte.“
Die beste Vorgehensweise, sagte Miner, sei es, zu versuchen, das Tauwetter und die umfassendere Klimakrise zu stoppen und diese Gefahren für immer im Permafrost zu begraben.
