Более высокие температуры в Арктике тают вечную мерзлоту региона — замерзший слой почвы под землей — и потенциально перемешивают вирусы, которые после бездействия в течение десятков тысяч лет могут угрожать здоровью животных и человека.
В то время как пандемия, вызванная болезнью из далекого прошлого, звучит как сюжет научно-фантастического фильма, ученые предупреждают, что риски, хотя и низкие, недооценены. Химические и радиоактивные отходы, которые восходят к холодной войне, которые могут нанести вред дикой природе и нарушить экосистемы, также могут быть выпущены во время оттепелей, пишет cnn.com.
«С вечной мерзлотой происходит многое, что вызывает беспокойство, и (это) действительно показывает, почему очень важно, чтобы мы держали как можно больше вечной мерзлоты замороженной», - сказал Кимберли Майнер, ученый-климатолог из Лаборатории реактивного движения НАСА в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене, штат Калифорния.
Вечная мерзлота покрывает пятую часть Северного полушария, поддерживая арктическую тундру и бореальные леса Аляски, Канады и России на протяжении тысячелетий. Он служит своеобразной капсулой времени, сохраняя — помимо древних вирусов — мумифицированные останки ряда вымерших животных, которых ученый смог раскопать и изучить в последние годы, в том числе двух пещерных львят и шерстистого носорога.
Причина, по которой вечная мерзлота является хорошим носителем для хранения, заключается не только в том, что она холодная; это бескислородная среда, в которую свет не проникает. Но в настоящее время арктические температуры нагреваются в четыре раза быстрее, чем остальная часть планеты, ослабляя верхний слой вечной мерзлоты в регионе.
Чтобы лучше понять риски, связанные с замороженными вирусами, Жан-Мишель Клавери, почетный профессор медицины и геномики в Медицинской школе Университета Экс-Марселя в Марселе, Франция, проверил образцы земли, взятые из сибирской вечной мерзлоты, чтобы увидеть, являются ли какие-либо вирусные частицы, содержащиеся в ней, все еще инфекционными. Он находится в поисках того, что он описывает как «зомби-вирусы» — и он нашел некоторые.
Жан-Мишель Клавери изображен здесь, работая в комнате субдискретизации в Институте Альфреда Вегенера в Постсдаме, где хранились ядра вечной мерзлоты. Фото: Жан-Мишель Клавери
Охотник на вирусы
Клавери изучает особый тип вируса, который он впервые обнаружил в 2003 году. Известные как гигантские вирусы, они намного больше, чем типичная разновидность, и видны под обычным световым микроскопом, а не под более мощным электронным микроскопом, что делает их хорошей моделью для этого типа лабораторных работ.
Его усилия по обнаружению вирусов, замороженных в вечной мерзлоте, были частично вдохновлены командой российских ученых, которые в 2012 году возродили полевой цветок из 30 000-летней семенной ткани, найденной в норе белки. (С тех пор ученые также успешно вернули 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 лет, вставив его в культивируемые клетки. Для безопасности он решил изучить вирус, который может быть нацелен только на одноклеточных амеб, а не на животных или людей.
Он повторил 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 заражать культивируемые клетки амебы.
Это компьютерно-улучшенный микрофото Pithovirus sibericum, который был выделен из 30 000-летнего образца вечной мерзлоты в 2014 году. Фото: Жан-Мишель Клавери/IGS/CNRS-AMU
Эти последние штаммы представляют собой пять новых семейств вирусов, в дополнение к двум, которые он возродил ранее. Самому старому из них было почти 48 500 лет, основываясь на радиоуглеродном датировании почвы, и он был получен из образца земли, взятого из подземного озера на глубине 16 метров (52 фута) под поверхностью. Самым молодым образцам, найденным в содержимом желудка и шерстистых останках мамонта, было 27 000 лет.
То, что вирусы, заражающие амебу, все еще заразны после столь долгого времени, свидетельствует о потенциально большей проблеме, сказал Клавери. Он боится, что люди считают его исследования научным любопытством и не воспринимают перспективу возвращения древних вирусов к жизни как серьезную угрозу общественному здоровью.
«Мы рассматриваем эти вирусы, заражающие амебу, как суррогаты всех других возможных вирусов, которые могут находиться в вечной мерзлоте», — сказал Клавери CNN.
«Мы видим следы многих, многих, многих других вирусов», — добавил он. «Так что мы знаем, что они там. Мы не знаем наверняка, что они все еще живы. Но наше рассуждение заключается в том, что если вирусы амеб все еще живы, нет никаких причин, по которым другие вирусы не будут еще живы и способны заражать своих собственных хозяев».
Прецедент инфицирования человека
Следы вирусов и бактерий, которые могут заражать людей, были найдены сохранившимися в вечной мерзлоте.
Образец легких из тела женщины, эксгумированный в 1997 году из permafrost в деревне на полуострове Сьюард на Аляске, содержал геномный материал из штамма гриппа, ответственного за пандемию 1918 года. В 2012 году ученые подтвердили, что 300-летние мумифицированные останки женщины, похороненной в Сибири, содержали генетические сигнатуры вируса, вызывающего оспу.
Вспышка сибирской язвы в Сибири, которая затронула десятки людей и более 2 северных оленей в период с июля по август, также была связана с более глубоким таянием вечной мерзлоты в исключительно жаркое лето, что позволило старым спорам Bacillus anthracis всплыть из старых могильников или туш животных.
Биргитта Эвенгард, почетный профессор кафедры клинической микробиологии Университета Умео в Швеции, сказала, что необходимо улучшить надзор за риском, создаваемым потенциальными патогенами при таянии вечной мерзлоты, но предостерегла от алармистского подхода.
«Вы должны помнить, что наша иммунная защита была разработана в тесном контакте с микробиологическим окружением», - сказал Эвенгард, который является частью Северного центра передового опыта CLINF, группы, которая исследует влияние изменения климата на распространенность инфекционных заболеваний у людей и животных в северных регионах.
«Если в вечной мерзлоте скрыт вирус, с которым мы не контактировали в течение тысяч лет, возможно, наша иммунная защита недостаточна», — сказала она. «Правильно уважать ситуацию и быть активным, а не просто реактивным. И способ борьбы со страхом заключается в том, чтобы иметь знания».
Лодка служила столовой и местом для хранения для команды, которая брала ядра, которые Клавери использовал в своих экспериментах. Фото: Жан-Мишель Клавери/IGS/CNRS-AM
Вероятность распространения вируса
Конечно, в реальном мире ученые не знают, как долго эти вирусы могут оставаться заразными после воздействия современных условий или насколько вероятно, что вирус столкнется с подходящим хозяином. Не все вирусы являются патогенами, которые могут вызвать заболевание; некоторые из них являются доброкачественными или даже полезными для своих хозяев. И хотя в Арктике проживает 3,6 миллиона человек, она по-прежнему является малонаселенным местом, что делает риск воздействия древних вирусов на человека очень низким.
Тем не менее, «риск неизбежно возрастет в контексте глобального потепления, — сказал Клавери, — в котором таяние вечной мерзлоты будет продолжать ускоряться, и все больше людей будут заселять Арктику в результате промышленных предприятий».
И Клавери не одинок в предупреждении о том, что регион может стать благодатной почвой для вторичного эффекта — когда вирус прыгает в нового хозяина и начинает распространяться.
В прошлом году группа ученых опубликовала обзор h на образцах 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 тому, где большое количество ледниковой талой воды текло в озеро - сценарий, который становится более вероятным по мере потепления климата.
Керны образцов вечной мерзлоты изображены в контейнере. Фото: Жан-Мишель Клавери/IGS/CNRS-AM
Неизвестные последствия
Выявление вирусов и других опасностей, содержащихся в потеплении вечной мерзлоты, является первым шагом к пониманию того, какой риск они представляют для Арктики, сказал Майнер из Лаборатории реактивного движения НАСА. Другие проблемы включают в себя количественную оценку того, где, когда, как быстро и как глубоко будет оттаивать вечная мерзлота.
Оттаивание может быть постепенным процессом всего в несколько сантиметров за десятилетие, но также происходит быстрее, например, в случае массивных обвалов суши, которые могут внезапно обнажить глубокие и древние слои вечной мерзлоты. Этот процесс также высвобождает метан и углекислый газ в атмосферу — недооцененный и недооцененный фактор изменения климата.
Таяние вечной мерзлоты может быть постепенным или происходить гораздо быстрее. Фото: Жан-Мишель Клавери/IGS/CNRS-AM
Майнер каталогизировал множество потенциальных опасностей, которые в настоящее время заморожены в арктической вечной мерзлоте, в статье 2021 года, опубликованной в научном журнале Nature Climate Change.
Эти возможные опасности включают захоронение отходов от добычи тяжелых металлов и химических веществ, таких как пестицид ДДТ, который был запрещен в начале 2000-х годов. Радиоактивные материалы также сбрасывались в Арктику — Россией и Соединенными Штатами — с момента начала ядерных испытаний в 1950-х годах.
«Внезапное оттаивание быстро обнажает старые горизонты вечной мерзлоты, высвобождая соединения и микроорганизмы, изолированные в более глубоких слоях», — отметили Майнер и другие исследователи в статье 2021 года.
В исследовательской работе Майнер обозначил прямое заражение людей древними патогенами, высвобождаемыми из вечной мерзлоты, как «в настоящее время маловероятное».
Тем не менее, Майнер сказала, что она обеспокоена тем, что она назвала «микроорганизмами Мафусаила» (названными в честь библейской фигуры с самой длинной продолжительностью жизни). Это организмы, которые могли бы принести динамику древних и вымерших экосистем в современную Арктику с неизвестными последствиями.
Повторное появление древних микроорганизмов может изменить состав почвы и вегетативный рост, возможно, еще больше ускоряя последствия изменения климата, сказал Майнер.
«Нам действительно неясно, как эти микробы будут взаимодействовать с современной окружающей средой», — сказала она. «На самом деле это не тот эксперимент, который, я думаю, любой из нас хочет провести».
Лучший курс действий, по словам Майнера, заключается в том, чтобы попытаться остановить оттепель и более широкий климатический кризис и навсегда сохранить эти опасности в вечной мерзлоте.