Високі температури в Арктиці розморожують вічну мерзлоту регіону – замерзлий шар ґрунту під землею – і потенційно відроджують віруси, які були в сплячому стані десятки тисяч років.
хоча пандемія, викликана хворобою з далекого минулого, здається сюжетом науково-фантастичного фільму, вчені попереджають, що ризики, хоча й незначні, недооцінені. Під час відлиги можуть викидатися хімічні та радіоактивні відходи часів холодної війни, що потенційно може завдати шкоди видам і порушити екосистеми.
«З вічною мерзлотою багато чого відбувається, що викликає занепокоєння, і це справді показує, чому надзвичайно важливо зберегти якомога більшу частину вічної мерзлоти», — сказав Кімберлі Майнер, кліматолог з Лабораторії реактивного руху НАСА в США. Каліфорнійський технологічний інститут у Пасадені, Каліфорнія.
Вічна мерзлота охоплює одну п’яту Північної півкулі і довгий час підтримувала арктичну тундру та бореальні ліси Аляски, Канади та Росії. Він діє як капсула часу, зберігаючи муміфіковані останки кількох вимерлих істот, яких вчені змогли виявити та проаналізувати за останні роки, включаючи двох печерних левенят і шерстистого носорога.
Вічна мерзлота є придатним середовищем для зберігання не тільки тому, що вона холодна; це також безкисневе середовище, куди не проникає світло. Однак нинішня температура в Арктиці підвищується в чотири рази швидше, ніж на решті землі, підриваючи верхній шар вічної мерзлоти регіону.
Жан-Мішель Клавері, почесний професор медицини та геноміки в медичній школі Екс-Марсельського університету в Марселі, Франція, перевірив зразки землі, взяті з вічної мерзлоти Сибіру, щоб перевірити, чи вірусні частинки, що містяться в них, все ще є інфекційними. Він шукає «віруси-зомбі», як він їх називає, і деякі знайшов.
Мисливець за вірусами
Клавері вивчає певний тип вірусу, який він вперше виявив у 2003 році. Відомі як гігантські віруси, вони набагато більші за типовий різновид і видимі під звичайним світловим мікроскопом, а не більш потужним електронним мікроскопом, що робить їх гарною моделлю для цього вид лабораторної роботи.
Його спроби виявити віруси, заморожені у вічній мерзлоті, були частково натхненні командою російських вчених, які в 2012 році відродили польову квітку з 30,000 XNUMX-річної тканини насіння, знайденої в норі білки. (Відтоді вчені також успішно повернули до життя стародавніх мікроскопічних тварин.)
У 2014 році йому вдалося оживити вірус, який він і його команда виділили з вічної мерзлоти, зробивши його заразним вперше за 30,000 XNUMX років, вставивши його в культивовані клітини. З міркувань безпеки він вирішив вивчити вірус, який може вражати лише одноклітинних амеб, а не тварин чи людей.
Він повторив цей подвиг у 2015 році, виділивши інший тип вірусу, який також вражав амеб. У своєму останньому дослідженні, опублікованому 18 лютого в журналі Viruses, Клавері та його команда виділили кілька штамів стародавнього вірусу з багатьох зразків вічної мерзлоти, взятих із семи різних місць Сибіру, і показали, що кожен з них може інфікувати культивовані клітини амеби.
Ці останні штами представляють п’ять нових сімейств вірусів на додаток до двох, які він відродив раніше. Найдавнішому було майже 48,500 16 років, засноване на радіовуглецевому датуванні ґрунту, і походить із зразка землі, взятого з підземного озера на глибині 52 метрів (27,000 фути) під поверхнею. Наймолодшим зразкам, знайденим у вмісті шлунка та шерсті останків шерстистого мамонта, було XNUMX XNUMX років.
Те, що віруси, що інфікують амебу, все ще заразні через стільки часу, свідчить про потенційно більшу проблему, сказав Клавері. Він боїться, що люди розглядають його дослідження як наукову цікавість і не сприймають перспективу повернення стародавніх вірусів до життя як серйозну загрозу здоров’ю.
«Ми розглядаємо ці віруси, що заражають амеб, як сурогати всіх інших можливих вірусів, які можуть бути у вічній мерзлоті», — сказав Клавері CNN.
«Ми бачимо сліди багатьох, багатьох, багатьох інших вірусів», – додав він. «Тож ми знаємо, що вони там. Ми не знаємо напевно, чи вони ще живі. Але ми вважаємо, що якщо віруси амеби все ще живі, немає причин, чому інші віруси не будуть ще живі та здатні інфікувати своїх господарів».
Прецедент зараження людини
У вічній мерзлоті знайдено збережені сліди вірусів і бактерій, здатних інфікувати людей.
Зразок легенів з тіла жінки, ексгумованого в 1997 році з вічної мерзлоти в селі на півострові Сьюард на Алясці, містив геномний матеріал штаму грипу, відповідального за пандемію 1918 року. У 2012 році вчені підтвердили, що 300-річні муміфіковані останки жінки, похованої в Сибіру, містять генетичні сигнатури вірусу, який викликає віспу.
Спалах сибірської виразки в Сибіру, який вразив десятки людей і понад 2,000 північних оленів у період з липня по серпень 2016 року, також був пов’язаний із глибшим відтаванням вічної мерзлоти під час надзвичайно спекотного літа, що дозволило старим спорам Bacillus anthracis знову вийти на поверхню зі старих могильників або трупи тварин.
Біргітта Евенгорд, почесний професор кафедри клінічної мікробіології Університету Умеа у Швеції, сказала, що має бути кращий нагляд за ризиком, який становлять потенційні патогени в таненні вічної мерзлоти, але застерегла від панікерського підходу.
«Ви повинні пам’ятати, що наш імунний захист був розроблений у тісному контакті з мікробіологічним оточенням», — сказав Евенгорд, який входить до Північного центру передового досвіду CLINF, групи, яка досліджує вплив зміни клімату на поширеність інфекційних захворювань серед людей і тварин у північних регіонах.
«Якщо у вічній мерзлоті є вірус, з яким ми не контактували тисячі років, можливо, наш імунний захист недостатній», — сказала вона. «Правильно поважати ситуацію і бути проактивним, а не просто реагувати. А шлях до боротьби зі страхом — мати знання».
Звичайно, у реальному світі вчені не знають, як довго ці віруси можуть залишатися інфекційними після того, як вони потрапили в сучасні умови, або наскільки ймовірно, що вірус зустріне відповідного господаря. Не всі віруси є патогенами, які можуть викликати захворювання; деякі є доброякісними або навіть корисними для своїх господарів. І хоча в Арктиці проживає 3.6 мільйона людей, Арктика все ще є малонаселеним місцем, що робить ризик зараження людини древніми вірусами дуже низьким.
Тим не менш, «ризик неодмінно зросте в контексті глобального потепління, - сказав Клавері, - коли танення вічної мерзлоти буде продовжувати прискорюватися, і все більше людей заселятимуть Арктику внаслідок промислових підприємств».
І Клавері не єдиний, хто попереджає, що регіон може стати сприятливим ґрунтом для побічної події – коли вірус потрапляє на нового хазяїна й починає поширюватися.
Минулого року команда вчених опублікувала дослідження зразків ґрунту та озерних відкладень, взятих з озера Хазен, прісноводного озера в Канаді, розташованого за Полярним колом. Вони секвенували генетичний матеріал в осаді, щоб ідентифікувати сигнатури вірусів і геноми потенційних господарів – рослин і тварин – у цій місцевості.
Використовуючи аналіз комп’ютерної моделі, вони припустили, що ризик передачі вірусів новим хазяям був вищим у місцях поблизу місць, де велика кількість льодовикової талої води втекла в озеро – сценарій, який стає більш імовірним із потеплінням клімату.
Невідомі наслідки
Виявлення вірусів та інших небезпек, які містяться у теплій вічній мерзлоті, є першим кроком до розуміння того, яку небезпеку вони становлять для Арктики, сказав Майнер з Лабораторії реактивного руху NASA. Інші проблеми включають кількісне визначення того, де, коли, як швидко та як глибоко вічна мерзлота розтане.
Відтавання може бути поступовим процесом лише на кілька сантиметрів за десятиліття, але також відбувається швидше, як, наприклад, у випадку масивних спадів землі, які можуть раптово оголити глибокі та стародавні шари вічної мерзлоти. Цей процес також викидає в атмосферу метан і вуглекислий газ – рушійну силу зміни клімату, яку не помічають і недооцінюють.
У статті 2021 року, опублікованій у науковому журналі Nature Climate Change, Майнер каталогізував низку потенційних небезпек, які зараз замерзли у вічній мерзлоті Арктики.
Ці можливі небезпеки включали захоронені відходи від видобутку важких металів і хімікатів, таких як пестицид ДДТ, який був заборонений на початку 2000-х років. Радіоактивні матеріали також були скинуті в Арктиці – Росією та Сполученими Штатами – після початку ядерних випробувань у 1950-х роках.
«Різке відлига швидко оголює старі горизонти вічної мерзлоти, вивільняючи сполуки та мікроорганізми, що накопичуються в глибших шарах», — зазначив Майнер та інші дослідники в статті 2021 року.
У дослідницькій статті Майнер назвав пряме зараження людей стародавніми патогенами, випущеними з вічної мерзлоти, «на даний момент малоймовірним».
Проте Майнер сказала, що її турбує те, що вона назвала «мікроорганізмами Мафусаїла» (названі на честь біблійної постаті з найдовшою тривалістю життя). Це організми, які можуть перенести динаміку стародавніх і вимерлих екосистем у сучасну Арктику з невідомими наслідками.
Повторна поява стародавніх мікроорганізмів може змінити склад ґрунту та вегетативний ріст, можливо ще більше прискоривши наслідки зміни клімату, сказав Майнер.
«Нам дійсно незрозуміло, як ці мікроби збираються взаємодіяти з сучасним середовищем», – сказала вона. «Це насправді не експеримент, який, на мою думку, хтось із нас хоче провести».
Найкращий спосіб дій, сказав Майнер, це спробувати зупинити відлигу та ширшу кліматичну кризу та назавжди зберегти ці небезпеки у вічній мерзлоті.
