Wyższe temperatury w Arktyce rozmrażają wieczną zmarzlinę – zamarzniętą warstwę gleby pod ziemią – i potencjalnie ożywiają wirusy, które były uśpione przez dziesiątki tysięcy lat.
podczas gdy pandemia spowodowana chorobą z odległej przeszłości wydaje się być założeniem filmu science fiction, naukowcy ostrzegają, że ryzyko, choć niewielkie, jest niedoceniane. Podczas odwilży mogą zostać uwolnione odpady chemiczne i radioaktywne z okresu zimnej wojny, potencjalnie szkodząc gatunkom i zakłócając ekosystemy.
„Wiele dzieje się z wieczną zmarzliną, która budzi niepokój, i naprawdę pokazuje, dlaczego bardzo ważne jest, abyśmy zamrozili jak najwięcej wiecznej zmarzliny” – powiedział Kimberley Miner, klimatolog z NASA Jet Propulsion Laboratory w California Institute of Technology w Pasadenie w Kalifornii.
Wieczna zmarzlina obejmuje jedną piątą półkuli północnej i od dawna wspiera arktyczną tundrę i borealne lasy Alaski, Kanady i Rosji. Działa jak kapsuła czasu, przechowując zmumifikowane szczątki kilku wymarłych stworzeń, które naukowcom udało się odkryć i przeanalizować w ostatnich latach, w tym dwóch młodych lwów jaskiniowych i nosorożca włochatego.
Wieczna zmarzlina jest odpowiednim medium do przechowywania nie tylko dlatego, że jest zimna; jest to również środowisko beztlenowe, w którym światło nie przenika. Jednak obecne temperatury w Arktyce nagrzewają się nawet cztery razy szybciej niż w pozostałej części ziemi, podkopując górną warstwę wiecznej zmarzliny w regionie.
Jean-Michel Claverie, emerytowany profesor medycyny i genomiki w Aix-Marseille University School of Medicine w Marsylii we Francji, przetestował próbki ziemi pobrane z syberyjskiej wiecznej zmarzliny, aby sprawdzić, czy zawarte w nich cząsteczki wirusa są nadal zakaźne. Szuka „wirusów zombie”, jak je nazywa, i kilka znalazł.
Łowca wirusów
Claverie bada określony typ wirusa, który po raz pierwszy odkrył w 2003 roku. Znane jako gigantyczne wirusy, są znacznie większe niż typowa odmiana i widoczne pod zwykłym mikroskopem świetlnym, a nie pod mocniejszym mikroskopem elektronowym – co czyni je dobrym modelem do tego rodzaj pracy laboratoryjnej.
Jego wysiłki w celu wykrycia wirusów zamrożonych w wiecznej zmarzlinie były częściowo inspirowane przez zespół rosyjskich naukowców, którzy w 2012 roku ożywili dziki kwiat z 30,000 XNUMX-letniej tkanki nasion znalezionej w norze wiewiórki. (Od tego czasu naukowcom udało się również przywrócić do życia starożytne mikroskopijne zwierzęta).
W 2014 roku udało mu się ożywić wirusa, który on i jego zespół wyizolowali z wiecznej zmarzliny, czyniąc go zaraźliwym po raz pierwszy od 30,000 XNUMX lat, wprowadzając go do hodowanych komórek. Ze względów bezpieczeństwa zdecydował się zbadać wirusa, który mógł atakować tylko jednokomórkowe ameby, a nie zwierzęta czy ludzi.
Powtórzył ten wyczyn w 2015 roku, izolując inny typ wirusa, który również atakował ameby. W swoich najnowszych badaniach, opublikowanych 18 lutego w czasopiśmie Viruses, Claverie i jego zespół wyizolowali kilka szczepów starożytnego wirusa z wielu próbek wiecznej zmarzliny pobranych z siedmiu różnych miejsc na Syberii i wykazali, że każdy z nich może infekować hodowane komórki ameby.
Te najnowsze szczepy reprezentują pięć nowych rodzin wirusów, oprócz dwóch, które wskrzesił wcześniej. Najstarszy miał prawie 48,500 16 lat, na podstawie datowania radiowęglowego gleby i pochodził z próbki ziemi pobranej z podziemnego jeziora 52 metrów (27,000 stóp) pod powierzchnią. Najmłodsze próbki, znalezione w treści żołądkowej i sierści szczątków mamuta włochatego, miały XNUMX XNUMX lat.
To, że wirusy infekujące ameby są nadal zakaźne po tak długim czasie, wskazuje na potencjalnie większy problem, powiedział Claverie. Obawia się, że ludzie traktują jego badania jako ciekawostkę naukową i nie postrzegają perspektywy powrotu starożytnych wirusów do życia jako poważnego zagrożenia dla zdrowia publicznego.
„Postrzegamy te wirusy infekujące amebę jako substytuty wszystkich innych możliwych wirusów, które mogą znajdować się w wiecznej zmarzlinie” – powiedział Claverie CNN.
„Widzimy ślady wielu, wielu, wielu innych wirusów” – dodał. „Więc wiemy, że tam są. Nie mamy pewności, czy jeszcze żyją. Ale naszym rozumowaniem jest to, że jeśli wirusy ameby wciąż żyją, nie ma powodu, dla którego inne wirusy nie będą nadal żywe i zdolne do infekowania własnych żywicieli”.
Precedens dla infekcji ludzi
W wiecznej zmarzlinie znaleziono ślady wirusów i bakterii, które mogą zarażać ludzi.
Próbka płuc z ciała kobiety ekshumowana w 1997 roku z wiecznej zmarzliny w wiosce na półwyspie Seward na Alasce zawierała materiał genomowy szczepu grypy odpowiedzialnego za pandemię z 1918 roku. W 2012 roku naukowcy potwierdzili, że 300-letnie zmumifikowane szczątki kobiety pochowanej na Syberii zawierały genetyczne sygnatury wirusa wywołującego ospę.
Epidemia wąglika na Syberii, która dotknęła dziesiątki ludzi i ponad 2,000 reniferów w okresie od lipca do sierpnia 2016 r., została również powiązana z głębszym rozmrażaniem wiecznej zmarzliny podczas wyjątkowo gorących lat, co umożliwiło powrót starych zarodników Bacillus anthracis ze starych cmentarzysk lub zwłoki zwierząt.
Birgitta Evengård, emerytowana profesor na Wydziale Mikrobiologii Klinicznej Uniwersytetu Umea w Szwecji, powiedziała, że należy lepiej monitorować ryzyko stwarzane przez potencjalne patogeny w rozmrażaniu wiecznej zmarzliny, ale przestrzegała przed podejściem alarmistycznym.
„Musisz pamiętać, że nasza obrona immunologiczna została opracowana w bliskim kontakcie z otoczeniem mikrobiologicznym” – powiedział Evengård, który jest częścią Nordic Centre of Excellence CLINF, grupy badającej wpływ zmian klimatu na występowanie chorób zakaźnych u ludzi i zwierzęta w regionach północnych.
„Jeśli w wiecznej zmarzlinie ukryty jest wirus, z którym nie mieliśmy kontaktu od tysięcy lat, być może nasza obrona immunologiczna nie jest wystarczająca” – powiedziała. „Właściwe jest szanowanie sytuacji i bycie proaktywnym, a nie tylko reaktywnym. A sposobem na walkę ze strachem jest posiadanie wiedzy.”
Oczywiście w prawdziwym świecie naukowcy nie wiedzą, jak długo te wirusy mogą pozostawać zakaźne po wystawieniu na działanie obecnych warunków ani jakie jest prawdopodobieństwo, że wirus napotka odpowiedniego żywiciela. Nie wszystkie wirusy są patogenami, które mogą powodować choroby; niektóre są łagodne lub nawet korzystne dla gospodarzy. I chociaż Arktyka jest domem dla 3.6 miliona ludzi, wciąż jest słabo zaludnionym miejscem, co sprawia, że ryzyko narażenia ludzi na starożytne wirusy jest bardzo niskie.
Mimo to „ryzyko z pewnością wzrośnie w kontekście globalnego ocieplenia”, powiedział Claverie, „w którym topnienie wiecznej zmarzliny będzie coraz szybsze, a więcej ludzi zaludni Arktykę w wyniku przedsięwzięć przemysłowych”.
Claverie nie jest osamotniona w ostrzeganiu, że region może stać się żyznym gruntem dla wydarzenia ubocznego – gdy wirus wskoczy na nowego gospodarza i zacznie się rozprzestrzeniać.
W zeszłym roku zespół naukowców opublikował badania próbek gleby i osadów jeziornych pobranych z jeziora Hazen, słodkowodnego jeziora w Kanadzie, położonego za kołem podbiegunowym. Zsekwencjonowali materiał genetyczny w osadzie, aby zidentyfikować sygnatury wirusowe i genomy potencjalnych żywicieli – roślin i zwierząt – na tym obszarze.
Wykorzystując analizę modelu komputerowego, zasugerowali, że ryzyko przeniesienia się wirusów na nowych żywicieli było wyższe w miejscach w pobliżu miejsca, w którym do jeziora wpływały duże ilości lodowcowej wody roztopowej – scenariusz, który staje się bardziej prawdopodobny wraz z ociepleniem klimatu.
Nieznane konsekwencje
Identyfikacja wirusów i innych zagrożeń zawartych w ocieplającej się wiecznej zmarzlinie jest pierwszym krokiem do zrozumienia, jakie zagrożenie stanowią one dla Arktyki, powiedział Miner z NASA Jet Propulsion Laboratory. Inne wyzwania obejmują ilościowe określenie, gdzie, kiedy, jak szybko i jak głęboko roztopi się wieczna zmarzlina.
Rozmrażanie może być procesem stopniowym, trwającym zaledwie centymetry na dekadę, ale zdarza się również szybciej, na przykład w przypadku ogromnych osuwisk, które mogą nagle odsłonić głębokie i stare warstwy wiecznej zmarzliny. Proces ten uwalnia również do atmosfery metan i dwutlenek węgla – pomijany i niedoceniany czynnik napędzający zmiany klimatyczne.
Miner skatalogował szereg potencjalnych zagrożeń obecnie zamrożonych w arktycznej wiecznej zmarzlinie w artykule opublikowanym w 2021 r. w czasopiśmie naukowym Nature Climate Change.
Te możliwe zagrożenia obejmowały zakopane odpady z wydobycia metali ciężkich i chemikaliów, takich jak pestycyd DDT, który został zakazany na początku XXI wieku. Materiały radioaktywne były również składowane w Arktyce – przez Rosję i Stany Zjednoczone – od czasu pojawienia się testów jądrowych w latach pięćdziesiątych XX wieku.
„Nagła odwilż szybko odsłania stare horyzonty wiecznej zmarzliny, uwalniając związki i mikroorganizmy ukryte w głębszych warstwach” – zauważyli Miner i inni badacze w artykule z 2021 r.
W artykule badawczym Miner określił bezpośrednie zakażenie ludzi starożytnymi patogenami uwolnionymi z wiecznej zmarzliny jako „obecnie nieprawdopodobne”.
Jednak Miner powiedziała, że martwi ją coś, co nazwała „mikroorganizmami Matuzalema” (nazwa pochodzi od postaci biblijnej o najdłuższej żywotności). Są to organizmy, które mogą wprowadzić dynamikę starożytnych i wymarłych ekosystemów do dzisiejszej Arktyki, z nieznanymi konsekwencjami.
Ponowne pojawienie się starożytnych mikroorganizmów może potencjalnie zmienić skład gleby i wzrost wegetatywny, prawdopodobnie jeszcze bardziej przyspieszając skutki zmian klimatu, powiedział Miner.
„Naprawdę nie jesteśmy pewni, w jaki sposób te drobnoustroje będą wchodzić w interakcje ze współczesnym środowiskiem” – powiedziała. „To nie jest tak naprawdę eksperyment, który, jak sądzę, ktokolwiek z nas chciałby przeprowadzić”.
Najlepszym sposobem działania, powiedział Miner, jest próba powstrzymania odwilży i szerszego kryzysu klimatycznego oraz utrzymanie tych zagrożeń w wiecznej zmarzlinie na dobre.
