Varmare temperaturer i Arktis tinar upp regionens permafrost – ett fruset jordlager under jorden – och återupplivar potentiellt virus som har varit vilande i tiotusentals år.
medan en pandemi orsakad av en sjukdom från det avlägsna förflutna verkar vara premissen för en science fiction-film, varnar forskare för att riskerna, bara små, underskattas. Under upptining kan kemiskt och radioaktivt avfall från det kalla kriget släppas ut, vilket kan skada arter och störa ekosystemen.
"Det händer mycket med permafrosten som är oroande, och det visar verkligen varför det är superviktigt att vi håller så mycket av permafrosten frusen som möjligt", säger Kimberley Miner, klimatforskare vid NASA Jet Propulsion Laboratory vid California Institute of Technology i Pasadena, Kalifornien.
Permafrost sträcker sig över en femtedel av norra halvklotet och har länge stött den arktiska tundran och boreala skogarna i Alaska, Kanada och Ryssland. Den fungerar som en tidskapsel och bevarar de mumifierade resterna av flera utdöda varelser som forskare har kunnat upptäcka och analysera under de senaste åren, inklusive två grottlejonungar och en ullig noshörning.
Permafrost är ett lämpligt lagringsmedium inte bara för att det är kallt; det är också en syrefri miljö där ljus inte tränger in. Men nuvarande arktiska temperaturer värms upp till fyra gånger snabbare än resten av jorden, vilket undergräver regionens översta lager av permafrost.
Jean-Michel Claverie, en emeritusprofessor i medicin och genomik vid Aix-Marseille University School of Medicine i Marseille, Frankrike, har testat jordprov tagna från sibirisk permafrost för att se om några viruspartiklar som finns däri fortfarande är smittsamma. Han letar efter "zombievirus", som han kallar dem, och han har hittat några.
Virusjägaren
Claverie studerar en viss typ av virus som han först upptäckte 2003. Kända som jättevirus, de är mycket större än den typiska sorten och synliga under ett vanligt ljusmikroskop, snarare än ett kraftfullare elektronmikroskop – vilket gör dem till en bra modell för detta typ av labbarbete.
Hans ansträngningar att upptäcka virus frusna i permafrost var delvis inspirerade av ett team av ryska forskare som 2012 återupplivade en vildblomma från en 30,000 XNUMX år gammal frövävnad som hittats i en ekorrs håla. (Sedan dess har forskare också framgångsrikt väckt gamla mikroskopiska djur tillbaka till livet.)
2014 lyckades han återuppliva ett virus som han och hans team isolerade från permafrosten, vilket gjorde det smittsamt för första gången på 30,000 XNUMX år genom att infoga det i odlade celler. För säkerhets skull hade han valt att studera ett virus som bara kunde rikta sig mot encelliga amöbor, inte djur eller människor.
Han upprepade bedriften 2015 och isolerade en annan virustyp som också riktade sig mot amöbor. Och i sin senaste forskning, publicerad den 18 februari i tidskriften Viruses, isolerade Claverie och hans team flera stammar av forntida virus från flera prover av permafrost tagna från sju olika platser i Sibirien och visade att de var och en kunde infektera odlade amöbaceller.
De senaste stammarna representerar fem nya familjer av virus, utöver de två han hade återupplivat tidigare. Den äldsta var nästan 48,500 16 år gammal, baserat på radiokoldatering av jorden, och kom från ett jordprov taget från en underjordisk sjö 52 meter (27,000 fot) under ytan. De yngsta proverna, som hittades i maginnehållet och pälsen av en ullig mammuts kvarlevor, var XNUMX XNUMX år gamla.
Att amoeba-infekterande virus fortfarande är smittsamma efter så lång tid tyder på ett potentiellt större problem, sa Claverie. Han fruktar att folk betraktar hans forskning som en vetenskaplig kuriosa och ser inte utsikten att gamla virus kommer tillbaka till livet som ett allvarligt hot mot folkhälsan.
"Vi ser dessa amöba-infekterande virus som surrogat för alla andra möjliga virus som kan finnas i permafrosten," sa Claverie till CNN.
"Vi ser spåren av många, många, många andra virus," tillade han. "Så vi vet att de finns där. Vi vet inte säkert att de fortfarande lever. Men vårt resonemang är att om amöbavirusen fortfarande är vid liv, så finns det ingen anledning till varför de andra virusen inte kommer att vara fortfarande vid liv och kan infektera sina egna värdar."
Prejudikat för mänsklig infektion
Spår av virus och bakterier som kan infektera människor har hittats bevarade i permafrost.
Ett lungprov från en kvinnas kropp som grävdes upp 1997 från permafrost i en by på Seward-halvön i Alaska innehöll genomiskt material från influensastammen som var ansvarig för pandemin 1918. År 2012 bekräftade forskare att de 300 år gamla mumifierade resterna av en kvinna som begravdes i Sibirien innehöll de genetiska signaturerna av viruset som orsakar smittkoppor.
Ett mjältbrandsutbrott i Sibirien som drabbade dussintals människor och mer än 2,000 2016 renar mellan juli och augusti XNUMX har också kopplats till den djupare upptining av permafrosten under exceptionellt varma somrar, vilket gör att gamla sporer av Bacillus anthracis kan återuppstå från gamla gravfält eller djurkadaver.
Birgitta Evengård, professor emerita vid Umeå universitets institution för klinisk mikrobiologi i Sverige, sa att det borde finnas bättre övervakning av risken med potentiella patogener vid upptining av permafrost, men varnade för ett alarmistiskt tillvägagångssätt.
"Du måste komma ihåg att vårt immunförsvar har utvecklats i nära kontakt med mikrobiologiska omgivningar", säger Evengård, som ingår i CLINF Nordic Centre of Excellence, en grupp som undersöker klimatförändringarnas effekter på förekomsten av infektionssjukdomar hos människor och djur i nordliga regioner.
"Om det finns ett virus gömt i permafrosten som vi inte har varit i kontakt med på tusentals år, kan det vara så att vårt immunförsvar inte är tillräckligt", sa hon. ”Det är korrekt att ha respekt för situationen och vara proaktiv och inte bara reaktiv. Och sättet att bekämpa rädsla är att ha kunskap.”
Naturligtvis, i den verkliga världen, vet forskarna inte hur länge dessa virus kan förbli smittsamma när de väl exponerats för dagens förhållanden, eller hur troligt det är att viruset stöter på en lämplig värd. Alla virus är inte patogener som kan orsaka sjukdomar; vissa är godartade eller till och med fördelaktiga för sina värdar. Och även om det är hem för 3.6 miljoner människor, är Arktis fortfarande en glest befolkad plats, vilket gör risken för mänsklig exponering för forntida virus mycket låg.
Ändå, "risken kommer definitivt att öka i samband med global uppvärmning," sa Claverie, "där upptining av permafrost kommer att fortsätta att accelerera, och fler människor kommer att befolka Arktis i kölvattnet av industriella satsningar."
Och Claverie är inte ensam om att varna för att regionen kan bli en grogrund för en spridningshändelse – när ett virus hoppar in i en ny värd och börjar spridas.
Förra året publicerade ett team av forskare forskning om prover av jord och sjösediment tagna från Lake Hazen, en sötvattensjö i Kanada som ligger inom polcirkeln. De sekvenserade det genetiska materialet i sedimentet för att identifiera virala signaturer och genomen från potentiella värdar – växter och djur – i området.
Med hjälp av en datormodellanalys föreslog de att risken för att virus skulle spridas till nya värdar var högre på platser nära där stora mängder glacialt smältvatten strömmade in i sjön – ett scenario som blir mer troligt när klimatet värms upp.
Okända konsekvenser
Att identifiera virus och andra faror som finns i den värmande permafrosten är det första steget för att förstå vilken risk de utgör för Arktis, sa gruvarbetare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory. Andra utmaningar inkluderar att kvantifiera var, när, hur snabbt och hur djupt permafrost kommer att tina.
Upptining kan vara en gradvis process på så lite som centimeter per decennium men sker också snabbare, till exempel vid massiva landnedgångar som plötsligt kan exponera djupa och uråldriga lager av permafrost. Processen släpper också ut metan och koldioxid i atmosfären – en förbisedd och underskattad drivkraft för klimatförändringar.
Miner katalogiserade en rad potentiella faror som för närvarande är frusna i arktisk permafrost i en artikel från 2021 publicerad i den vetenskapliga tidskriften Nature Climate Change.
Dessa möjliga faror inkluderade nedgrävt avfall från brytning av tungmetaller och kemikalier som bekämpningsmedlet DDT, som förbjöds i början av 2000-talet. Radioaktivt material har också dumpats i Arktis – av Ryssland och USA – sedan tillkomsten av kärnvapenprov på 1950-talet.
"Plötlig upptining exponerar snabbt gamla permafrosthorisonter, frigör föreningar och mikroorganismer som är sekvestrerade i djupare skikt," noterade Miner och andra forskare i 2021-uppsatsen.
I forskningsartikeln märkte Miner den direkta infektionen av människor med forntida patogener som frigjorts från permafrost som "för närvarande osannolik."
Miner sa dock att hon är orolig för vad hon kallade "Methusalah-mikroorganismer" (uppkallad efter den bibliska figuren med den längsta livslängden). Dessa är organismer som skulle kunna föra in dynamiken i forntida och utdöda ekosystem in i dagens Arktis, med okända konsekvenser.
Återuppkomsten av forntida mikroorganismer har potential att förändra marksammansättningen och vegetativ tillväxt, vilket möjligen ytterligare accelererar effekterna av klimatförändringar, sa Miner.
"Vi är verkligen oklart om hur dessa mikrober kommer att interagera med den moderna miljön," sa hon. "Det är egentligen inget experiment som jag tror att någon av oss vill köra."
Det bästa tillvägagångssättet, sa Miner, är att försöka stoppa upptinningen och den bredare klimatkrisen, och hålla dessa faror begravda i permafrosten för gott.
