Повышение температуры в Арктике приводит к таянию вечной мерзлоты региона — промерзшего слоя почвы под землей — и потенциальному возрождению вирусов, которые бездействовали десятки тысяч лет.
в то время как пандемия, вызванная болезнью из далекого прошлого, кажется предпосылкой научно-фантастического фильма, ученые предупреждают, что риски, хотя и незначительные, недооцениваются. Во время оттепелей могут выбрасываться химические и радиоактивные отходы времен холодной войны, что может нанести вред видам и нарушить экосистемы.
«Многое происходит с вечной мерзлотой, что вызывает беспокойство, и это действительно показывает, почему очень важно, чтобы мы сохраняли как можно большую часть вечной мерзлоты замороженной», — сказала Кимберли Майнер, климатолог из Лаборатории реактивного движения НАСА. Калифорнийский технологический институт в Пасадене, Калифорния.
Вечная мерзлота охватывает пятую часть Северного полушария и уже давно поддерживает арктическую тундру и бореальные леса Аляски, Канады и России. Он действует как капсула времени, сохраняя мумифицированные останки нескольких вымерших существ, которых ученые смогли обнаружить и проанализировать в последние годы, в том числе двух детенышей пещерного льва и шерстистого носорога.
Вечная мерзлота является подходящей средой хранения не только потому, что она холодная; это также бескислородная среда, куда не проникает свет. Однако нынешние температуры в Арктике повышаются в четыре раза быстрее, чем на остальной части Земли, подрывая верхний слой вечной мерзлоты в регионе.
Жан-Мишель Клавери, почетный профессор медицины и геномики Медицинской школы Экс-Марсельского университета в Марселе, Франция, проверил образцы земли, взятые из вечной мерзлоты Сибири, чтобы убедиться, что какие-либо вирусные частицы, содержащиеся в них, все еще заразны. Он ищет «зомби-вирусы», как он их называет, и нашел несколько.
Охотник за вирусами
Клавери изучает особый тип вируса, который он впервые обнаружил в 2003 году. Известные как гигантские вирусы, они намного крупнее обычных разновидностей и видны под обычным световым микроскопом, а не под более мощным электронным микроскопом, что делает их хорошей моделью для этого исследования. тип лабораторной работы.
Его усилия по обнаружению вирусов, замороженных в вечной мерзлоте, отчасти были вдохновлены группой российских ученых, которые в 2012 году возродили полевой цветок из семенной ткани возрастом 30,000 XNUMX лет, найденной в норе белки. (С тех пор ученые также успешно возвращали к жизни древних микроскопических животных.)
В 2014 году ему удалось возродить вирус, который он и его команда выделили из вечной мерзлоты, сделав его заразным впервые за 30,000 XNUMX лет, внедрив его в культивируемые клетки. Из соображений безопасности он решил изучить вирус, который может поражать только одноклеточных амеб, а не животных или людей.
Он повторил свой подвиг в 2015 году, выделив другой тип вируса, который также нацелен на амеб. И в своем последнем исследовании, опубликованном 18 февраля в журнале Viruses, Клавери и его команда выделили несколько штаммов древнего вируса из нескольких образцов вечной мерзлоты, взятых из семи разных мест по всей Сибири, и показали, что каждый из них может инфицировать культивируемые клетки амебы.
Эти последние штаммы представляют пять новых семейств вирусов, помимо двух, которые он возродил ранее. Самому старому из них было почти 48,500 16 лет, согласно радиоуглеродному датированию почвы, и он был получен из образца земли, взятого из подземного озера на глубине 52 метров (27,000 фута) от поверхности. Самым молодым образцам, найденным в содержимом желудка и шерсти останков шерстистого мамонта, было XNUMX XNUMX лет.
По словам Клавери, тот факт, что вирусы, заражающие амебы, по прошествии столь долгого времени все еще заразны, свидетельствует о потенциально более серьезной проблеме. Он опасается, что люди рассматривают его исследования как научную диковинку и не воспринимают перспективу возвращения к жизни древних вирусов как серьезную угрозу общественному здравоохранению.
«Мы рассматриваем эти вирусы, заражающие амебы, как суррогаты всех других возможных вирусов, которые могут быть в вечной мерзлоте», — сказал Клавери CNN.
«Мы видим следы многих, многих, многих других вирусов», — добавил он. «Итак, мы знаем, что они там. Мы не знаем наверняка, живы ли они. Но мы рассуждаем так: если вирусы амебы все еще живы, то нет никаких причин, по которым другие вирусы не будут все еще живы и не смогут заразить своих хозяев».
Прецедент заражения человека
В вечной мерзлоте обнаружены следы вирусов и бактерий, способных заразить человека.
Образец легкого из тела женщины, эксгумированного в 1997 году из вечной мерзлоты в деревне на полуострове Сьюард на Аляске, содержал геномный материал штамма гриппа, ответственного за пандемию 1918 года. В 2012 году ученые подтвердили, что 300-летние мумифицированные останки женщины, захороненной в Сибири, содержат генетические сигнатуры вируса, вызывающего оспу.
Вспышка сибирской язвы в Сибири, от которой пострадали десятки людей и более 2,000 северных оленей в период с июля по август 2016 года, также была связана с более глубоким таянием вечной мерзлоты в исключительно жаркое лето, что позволило старым спорам Bacillus anthracis всплыть на поверхность из старых могильников или трупы животных.
Биргитта Эвенгард, почетный профессор кафедры клинической микробиологии Университета Умео в Швеции, сказала, что необходимо улучшить наблюдение за риском, создаваемым потенциальными патогенами при таянии вечной мерзлоты, но предостерегла от паникерского подхода.
«Вы должны помнить, что наша иммунная защита разрабатывалась в тесном контакте с микробиологической средой», — сказал Эвенгорд, член Северного центра передового опыта CLINF, группы, которая исследует влияние изменения климата на распространенность инфекционных заболеваний у людей и животных северных регионов.
«Если в вечной мерзлоте спрятан вирус, с которым мы не контактировали тысячи лет, возможно, наша иммунная защита недостаточна», — сказала она. «Правильно уважать ситуацию и быть активным, а не просто реагировать. А способ борьбы со страхом — это знание».
Конечно, в реальном мире ученые не знают, как долго эти вирусы могут оставаться заразными после воздействия современных условий или насколько вероятно, что вирус встретит подходящего хозяина. Не все вирусы являются патогенами, которые могут вызывать заболевания; некоторые из них безвредны или даже полезны для своих хозяев. И хотя в Арктике проживает 3.6 миллиона человек, Арктика по-прежнему остается малонаселенным местом, что делает риск воздействия древних вирусов на человека очень низким.
Тем не менее, «риск неизбежно возрастет в контексте глобального потепления, — сказал Клавери, — при котором таяние вечной мерзлоты будет продолжать ускоряться, а в результате промышленных предприятий Арктику заселит больше людей».
И Клавери не одинок в предупреждении, что регион может стать благодатной почвой для побочного события — когда вирус проникает в новый хозяин и начинает распространяться.
В прошлом году группа ученых опубликовала исследование образцов почвы и озерных отложений, взятых из озера Хазен, пресноводного озера в Канаде, расположенного за Полярным кругом. Они секвенировали генетический материал в отложениях, чтобы идентифицировать вирусные сигнатуры и геномы потенциальных хозяев — растений и животных — в этом районе.
Используя анализ компьютерной модели, они предположили, что риск распространения вирусов на новых хозяев был выше в местах, близких к местам, где в озеро стекало большое количество талой ледниковой воды — сценарий, который становится более вероятным по мере потепления климата.
Неизвестные последствия
Выявление вирусов и других опасностей, содержащихся в нагревающейся вечной мерзлоте, является первым шагом к пониманию того, какой риск они представляют для Арктики, сказал Майнер из Лаборатории реактивного движения НАСА. Другие проблемы включают количественную оценку того, где, когда, как быстро и на какую глубину будет оттаивать вечная мерзлота.
Оттаивание может быть постепенным процессом всего несколько сантиметров за десятилетие, но также происходит и быстрее, например, в случае массивных оползней земли, которые могут внезапно обнажить глубокие и древние слои вечной мерзлоты. Этот процесс также выбрасывает в атмосферу метан и углекислый газ — упускаемый из виду и недооцениваемый фактор изменения климата.
Майнер каталогизировал множество потенциальных опасностей, которые в настоящее время заморожены в вечной мерзлоте Арктики, в статье 2021 года, опубликованной в научном журнале Nature Climate Change.
Эти возможные опасности включают захороненные отходы добычи тяжелых металлов и химикатов, таких как пестицид ДДТ, который был запрещен в начале 2000-х годов. Радиоактивные материалы также сбрасывались в Арктику — Россией и США — с момента начала ядерных испытаний в 1950-х годах.
«Внезапное таяние быстро обнажает старые горизонты вечной мерзлоты, высвобождая соединения и микроорганизмы, скопившиеся в более глубоких слоях», — отметили Майнер и другие исследователи в статье 2021 года.
В исследовательской работе Майнер назвал прямое заражение людей древними патогенами, выпущенными из вечной мерзлоты, «в настоящее время маловероятным».
Однако Майнер сказала, что ее беспокоит то, что она назвала «микроорганизмами Мафусаила» (названными в честь библейского персонажа с самой длинной продолжительностью жизни). Это организмы, которые могут перенести динамику древних и вымерших экосистем в современную Арктику с неизвестными последствиями.
По словам Майнера, повторное появление древних микроорганизмов может изменить состав почвы и рост растительности, что, возможно, еще больше ускорит последствия изменения климата.
«Нам действительно неясно, как эти микробы будут взаимодействовать с современной средой», — сказала она. «На самом деле это не эксперимент, который, я думаю, любой из нас хотел бы провести».
По словам Майнера, лучший способ действий — попытаться остановить оттепель и более широкий климатический кризис и навсегда сохранить эти опасности в вечной мерзлоте.
