Ускоренное исчезновение вечной мерзлоты не только нарушит глобальный климатический баланс, но и увеличит риск высвобождения древних патогенов, с которыми наши тела никогда не могли справиться. Эти микроорганизмы, метко названные «вирусами-зомби», могут вызвать потенциально катастрофические новые эпидемии. Насколько вероятно, что это произойдет? Готовы ли мы к такой катастрофе?
Несмотря на глобальные усилия по сокращению выбросов парниковых газов, глобальное потепление ускоряется, угрожая нанести ущерб системе Земли. Из этих систем вечная мерзлота (покрывающая 20% поверхности Земли), вероятно, будет находиться под наибольшей угрозой (в краткосрочной и среднесрочной перспективе), поскольку средние температуры в полярных регионах растут быстрее, чем в регионах с умеренным климатом.
Таяние вечной мерзлоты напрямую связано с повышением температуры грунта. С конца 2007-х годов температура вечной мерзлоты в Арктике и Антарктике выросла почти на 2°C в период с 2007 по 2016 год. Климатические модели предсказывают, что на каждый градус повышения температуры площадь будет постепенно уменьшаться на 0,3–3,4 миллиона квадратных километров. Это эквивалентно падению температуры на 10% на градус Цельсия в среднем в год.
К 2019 году южная граница вечной мерзлоты Арктики отступила на 30-80 километров. Даже если потепление будет удерживаться на уровне ниже 2°C выше среднего доиндустриального уровня, почти 25% поверхностной вечной мерзлоты (глубиной 3-4 метра) будет потеряно к 2100 году. Наиболее очевидные прямые последствия включают эрозию горных пород и повреждение инфраструктуры, такой как дороги и жилье.
Однако долгосрочные последствия будут более серьезными, не в последнюю очередь из-за выброса метана и других парниковых газов, которые задерживались там на протяжении тысячелетий. Согласно одному исследованию, количество углерода в вечной мерзлоте может быть в два раза больше, чем количество углерода, которое сейчас находится в атмосфере. Его выброс через таяние вечной мерзлоты создаст петлю обратной связи, которая еще больше усугубит потепление и потерю мерзлой поверхности.
С другой стороны, таяние вечной мерзлоты может спровоцировать распространение древних микроорганизмов (бактерий, архей, грибов, вирусов и т д.), которые были изолированы от поверхности Земли в течение почти двух миллионов лет. Возврат жидкой воды и температуры выше точки замерзания может привести к метаболической реактивации организмов, сохранившихся во льду – отсюда и название «вирус зомби».
По оценкам исследователей, таяние льда высвобождает около четырех триллионов микроорганизмов каждый год. Будучи высвобожденными, эти патогены могут вызвать эпидемии такого масштаба, которого мы никогда раньше не видели. Более того, последствия влияют не только на здоровье человека, но и на экосистемы. Кори Дж. А. Брэдшоу и Джин Строна из Университета Флиндерса и Университета Хельсинки соответственно объяснили в статье: «Наши результаты показывают, что эта непредсказуемая угроза, до сих пор отнесенная к сфере научной фантастики, может стать угрозой изменениям окружающей среды. Мощная движущая сила », опубликованной в журнале «Разговор.
В древних бактериях обнаружены гены устойчивости к антибиотикам
Оттаивание или обнажение глубокой вечной мерзлоты могло привести к появлению неизвестных с научной точки зрения патогенов в почвах в период от голоцена до позднего плейстоцена (около 120 000 лет назад). Многочисленные исследования показали, что в древней вечной мерзлоте существовало множество бактерий, в том числе значительная часть метаболически активных бактерий. Обнаруженные виды включают штаммы, родственные современным патогенам, таким как Acinetobacter, Bacillus anthracis и Brucella.
Считается, что недавние вспышки сибирской язвы вызваны штаммами Bacillus anthracis, обнаруженными на кладбищах и в тушах старых животных, сохранившихся в вечной мерзлоте Арктики. Первая эпидемия сибирской язвы, поразившая оленей в регионе, датируется 1848 годом. В свою очередь, люди заразились, употребляя зараженное мясо. Считается, что необычно жаркое лето 2016 года вновь привело к появлению бактерий из вечной мерзлоты, в результате чего в том году погибло 2350 оленей и заразились десятки людей.
Однако другие исследователи оспаривают эту гипотезу, предполагая, что недавние эпидемии сибирской язвы не обязательно связаны с таянием вечной мерзлоты, а скорее со снижением местного уровня вакцинации и перенаселением оленей. С другой стороны, даже если эпидемия затронет местное население, она вряд ли вызовет пандемию.
С другой стороны, исследования показали наличие генов, устойчивых к современным антибиотикам, у бактерий, взятых из вечной мерзлоты Арктики. К этим антибиотикам относятся аминогликозиды, бета-лактамы, тетрациклины и амикацин. Это говорит о том, что гены устойчивости к антибиотикам существовали и были разнообразны еще до того, как противомикробные препараты начали использовать у людей. Авторы исследования предполагают, что это раннее разнообразие могло способствовать эволюции естественного репертуара генов устойчивости, поскольку эти гены могут быть легко перенесены от одной бактерии к другой.
Однако современные биологические сообщества в значительной степени заселены различными микроорганизмами, устойчивыми к антибиотикам. Пол Хантер, профессор медицины Университета Восточной Англии, сказал в отдельной статье: «Поэтому маловероятно, что устойчивые к противомикробным препаратам бактерии, попавшие в вечную мерзлоту, будут устойчивы к противомикробным препаратам, которые уже широко распространены в нашей окружающей среде. «Основной вклад в фармакогены» » в «Разговоре.
С другой стороны, исследования устойчивости к антибиотикам у бактерий, собранных из вечной мерзлоты Арктики, показали, что, хотя этих генов много, они имеют более низкий уровень устойчивости, чем более современные бактериальные штаммы.
Обратите внимание: Таяние вечной мерзлоты увеличивает парниковый эффект.
Исследователи также полагают, что возможные эпидемии, вызванные этими бактериями, относительно легко контролировать с помощью современных антибиотиков, поскольку последние в основном нацелены на клеточные органеллы (например, рибосомы) и метаболические пути (например, транскрипцию белков), которые сохраняются на протяжении эволюции у всех видов бактерий.Реальный риск эпидемии «зомби-вируса»
однако зомби-вирусы могут вывести воздействие таяния вечной мерзлоты на новый уровень. Особую тревогу исследователей вызывают их высокая адаптивность и способность вызывать эпидемии. Одним из воскресших вирусов является сибирский питовирус, взятый из 30 000-летней сибирской вечной мерзлоты. Недавно воскресшему вирусу 27 000 лет, а самому старому, Пандоравирусу с экзотическим названием, едома, около 48 500 лет. После воскрешения эти вирусы демонстрируют нормальные метаболические функции и все еще способны размножаться.
Однако эти вирусы представляют собой в первую очередь гигантские вирусы, обладающие уникальной способностью заражать только амеб или других прокариот, маскируясь под бактерии, которыми они питаются. Эти ДНК-вирусы структурно сильно отличаются от вирусов, поражающих млекопитающих. «Поэтому вирусы, выращенные из образцов вечной мерзлоты, похоже, не представляют угрозы для здоровья населения», — сказал Хантер. Однако одно исследование предполагает, что полифагавирус акантамебы, гигантский вирус, который обычно заражает амебу, связан с пневмонией у людей. Однако еще не было продемонстрировано, присуща ли эта способность всем гигантским вирусам.
С другой стороны, «это не означает, что другие вирусы, замороженные в настоящее время в вечной мерзлоте, не могут вызывать заболевания у людей», — рассказал The Guardian Жан-Мишель Клавери, генетик из Университета Экс-Марсель. Фактически, таяние вечной мерзлоты может привести к тому, что инфицированные люди начнут выделять опасные вирусы.
Изучая образцы, собранные в древней сибирской вечной мерзлоте, Клавери и его коллеги обнаружили следы геномов поксвирусов (вируса оспы) и герпесвирусов (вызывающих герпес). Другие исследователи также обнаружили следы оспы у 300-летней сибирской мумии. Однако, вероятно, из соображений безопасности, не было проведено никаких последующих исследований, чтобы определить, можно ли воскресить эти вирусы. Оспа, от которой в 18 веке погибло почти 60 миллионов человек, является единственной вирусной инфекцией человека, которую удалось искоренить во всем мире, и ее повторное заражение, особенно во внутренних районах, может привести к катастрофе.
Исследователи также эксгумировали тела людей, умерших от испанки, которые сохранились в вечной мерзлоте на Аляске и норвежском острове Шпицберген с 1918 года. Другие высококонтагиозные вирусы, такие как другие формы гриппа или полиомиелита, также могут выживать в древних трупах. Марион Купманс, вирусолог Медицинского центра Эразмус в Роттердаме, сказала: «Мы не знаем, какие вирусы присутствуют в вечной мерзлоте, но я думаю, что риск вирусов, которые могут вызвать эпидемии, реален. Например, древний штамм полиомиелит «Мы должны признать, что это может произойти. Тот факт, что мы никогда не сможем подвергнуться воздействию некоторых из этих вирусов, также представляет значительный риск.
Следует также отметить, что наиболее непосредственный риск не связан напрямую с таянием вечной мерзлоты. Утрата арктического морского льда и ледников может привести к росту экономической активности в ранее отдаленных районах. Строительство новой инфраструктуры и горнодобывающая промышленность могут разрушить оставшуюся вечную мерзлоту и высвободить большое количество болезнетворных микроорганизмов быстрее, чем ожидалось. Поэтому шахтеры и рабочие первыми столкнутся с этим риском.
Наша система здравоохранения, возможно, не готова к такой катастрофе, и ее явные недостатки выявились во время пандемии COVID-19. Для максимально эффективного прогнозирования рисков развиваются сети эпиднадзора, позволяющие выявлять первые случаи заражения зомби-вирусами или другими древними возбудителями. Также планируется создать карантинные пункты и оказывать специализированные медицинские услуги.
Потенциальный фактор вымирания современных видов
Древние патогены, высвобождаемые из вечной мерзлоты, представляют угрозу не только здоровью населения, но и современным экосистемам, от которых зависит все живое на Земле, включая человека. В недавнем исследовании Брэдшоу и Стронер исследовали этот аспект, моделируя распространение древнего патогена через современные биологические сообщества. Исследователи оценили влияние этого патогена на разнообразие его современных бактериальных хозяев.
В большинстве случаев воскресший организм развивается и выживает. Примерно в 3,1% случаев возбудитель становится доминантным в новой среде и может привести к утрате разнообразия современных хозяев. В худшем случае инфекция сократила размер принимающего сообщества на 32%. Хотя на первый взгляд эти цифры могут показаться низкими, следует помнить, что они представляют собой риск, связанный с распространением патогена на определенный тип сообщества-хозяина. Эксперты поясняют: «Учитывая, что большое количество древних микроорганизмов проникло в реальный мир, подобные эпидемии представляют значительную опасность.
С другой стороны, недавнее исследование большого количества древних вирусных видов, собранных с ледников, показало, что во время глобального потепления они демонстрируют большее разнообразие. Это говорит о том, что на их эволюцию и инфекционный потенциал серьезно влияет изменение климата. Эта климатическая адаптация также может повлиять на способность хозяина выживать или адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды, поскольку вирус берет на себя гены хозяина, чтобы манипулировать его метаболизмом.
«Мы указываем на еще один потенциальный источник современного вымирания видов, который упускают из виду даже наши самые пессимистичные модели вымирания», — говорят Брэдшоу и Стронер. «Мы как общество должны понимать риски, чтобы быть готовыми.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.