Нове дослідження попереджає про небезпеку «патогенів, що подорожують у часі»

Підпишіться на наукову розсилку Wonder Theory від CNN. Досліджуйте Всесвіт із новинами про дивовижні відкриття, наукові досягнення тощо.

CNN
–

У міру потепління клімату вчені припустили, що «патогени, що подорожують у часі», які звільняються в результаті танення арктичної вічної мерзлоти, можуть становити загрозу для сучасних екосистем.

багаторічна мерзлота Це твердий шар мерзлої землі, що складається з ґрунту, піску та каміння всередині Високі широти або висоти Таких як Гренландія, Аляска, Сибір, Тибетське нагір’я та північна Канада. Нове дослідження виявило, що цей шар льоду затримує мікроби, які залишаються в стані спокою протягом тривалого часу, але потепління планети може створити належні умови для повернення цих патогенів з минулого.

Щоб краще зрозуміти потенційний вплив навколишнього середовища, міжнародна група дослідників чисельно змоделювала взаємодію між стародавнім вірусом і сучасними бактеріями в дослідженні, опублікованому 27 липня в журналі Nature. Обчислювальна біологія PLOS.

За допомогою десятків тисяч ітерацій дослідницька група відстежила, як вірус вплинув на різноманітність видів у бактеріальному співтоваристві. Близько 1% стародавніх вірусів спричиняють серйозні збої в цифрових екосистемах. Патоген або збільшив різноманітність до 12%, або, навпаки, зменшив видову різноманітність на 32%. Вірусні загарбники не тільки вижили, але й еволюціонували з часом, виводячи систему з рівноваги.

Дослідники використовували програмне забезпечення під назвою Avida, щоб змоделювати, чи зможуть патогени успішно проникнути в екосистему. У двовимірній мережі бактеріальні організми взаємодіяли з навколишнім середовищем, щоб конкурувати за енергію та простір. Учасники, які знайшли свою нішу, можуть розмножуватися та виживати в турнірах.

При цьому були невеликі помилки в розмноженні, які створили генетичне різноманіття, Що призвело до більшої складності екологічна система. Коли вірус потрапив у це середовище, як і будь-який інший паразит, він міг отримати енергію лише шляхом фільтрації відповідних бактерій-господарів. Тоді господарі не змогли отримати енергію, необхідну для виживання чи розмноження, і згодом померли.

Чи означає це, що майже третина людей та інших організмів ризикує незабаром померти від пробудженої вірусної хвороби? Ні. Але провідний автор Джованні Строна та співавтор Корі Бредшоу сказали, що результати додають ще один рівень занепокоєння до ризиків постійного потепління клімату.

За останні два десятиліття більше досліджень було присвячено розумінню наслідків танення вічної мерзлоти В арктичних регіонах, таких як А Дослідження NASA за січень 2022 року який досліджував наслідки виділення вуглецю під час раптових відлиг і десятирічний погляд Жана-Мішеля Клавері на інфекційні патогени, захоплені у вічній мерзлоті.

Клавері, почесний професор медицини та геноміки на медичному факультеті Екс-Марсельського університету, у 2014 та 2015 роках відродив те, що він назвав «зомбі» вірусами з вічної мерзлоти, і він та його команда повідомили про п’ять нових родин стародавніх вірусів, здатних інфікувати амеб у У лютому, як раніше повідомляв CNN. Дослідження, проведене Клавері, показало, що стародавні мікроби можуть залишатися заразними, незважаючи на те, що вони перебувають у стані спокою протягом десятків тисяч років.

Використовуючи це припущення з роботи Клавері, Бредшоу, директор Глобальної лабораторії навколишнього середовища в Університеті Фліндерса в Австралії, і Строна, старший науковий співробітник Спільного дослідницького центру Європейської комісії, розробили моделювання, щоб визначити наслідки, які можуть мати ці патогени.

І хоча 1% патогенів, що викликають серйозні порушення, здається низьким, 4 секстильйони клітин вислизають із вічної мерзлоти щороку, сказав Бредшоу. Це набагато більше ніж Кількість зірок у галактиці.

«Один відсоток із 4 секстильйонів — це число, яке більшість людей навіть не можуть собі уявити. Є багато, багато шансів, що це станеться. Для одного вірусу це рідко, але існує багато можливих вірусів», — сказав він CNN у телефонна співбесіда.

Бредшоу порівнює віруси вічної мерзлоти з будь-якими іншими інвазивними видами. У реальному світі більшість вторгнень зазнають невдач, що показало дослідження. Він сказав, що причина, чому ми все ще маємо проблеми з інвазивними видами, полягає в тому, що в екосистему введено дуже багато видів.

Детальніше: Інвазивні види в усьому світі на фото

Strona зазначила, що під час успішних вторгнень в результаті дослідження втрата видового різноманіття на 32% не означає, що вірус убив третину всіх бактерій у цифровій екосистемі. Натомість це означає, що вся екосистема зазнала втрати бактеріального різноманіття на 32%.

Коли віруси вражають бактерії та вбивають їх господарів, наслідки для екосистеми є катастрофічними. Ресурси, які колись існували в рівновазі, більше не доступні, сказав Бредшоу, тому інші види були змушені брати участь у гонці озброєнь, щоб вижити. Хижаки і здобич Вони боролися за використання ресурсів які залишилися, що призвело до незбалансованої системи. Якщо здобич поглинала менше хижаків, здобич процвітала, заселялася, а потім витрачала більше ресурсів. Потім перевиробництво зменшило кількість здобичі в процесі природного вибракування. Якби хижаків було більше, вони б споживали набагато більше здобичі, щоб вижити, що призводить до того ж результату.

Дослідники виявили, що впровадження вірусу було єдиною причиною цього великого коливання видового різноманіття.

Сучасні організми, включаючи людину, мають небагато, якщо взагалі мають, механізми природного захисту від стародавніх патогенів. За словами Строни та Бредшоу, дослідницька група є радше закликом до дії, ніж справжнім попередженням.

«Нам не потрібно бити тривогу прямо зараз», — сказала доктор Кімберлі Майнер, кліматолог з Лабораторії реактивного руху NASA в Пасадені, Каліфорнія. Вона сказала, що вважає, що існують більш гострі проблеми щодо кліматичної кризи, які можна було б легше контролювати, наприклад уповільнення викиду вуглецю в атмосферу.

Дослідження є чудовим першим кроком у визначенні ризику цих невідомих варіантів, сказав Майнер, який не брав участі в цьому дослідженні. Але можливість зараження цими новими патогенами залишається «дуже малоймовірною».

Території, що містять вічну мерзлоту Землі, є малонаселеними. Якби стародавнім збудникам якимось чином вдалося втекти, їм було б важко знайти людей, щоб заразити. Крім того, вічна мерзлота поступово відтає протягом року зі швидкістю приблизно 1,2 дюйма (3 сантиметри) за сезон, і більшість із 4 секстильйонів клітин вивільняються під час цього поступового відтавання, сказав Майнер.

Вона пояснила, що раптове танення вічної мерзлоти в Арктиці, яке іноді відбувається якомога швидше протягом кількох днів, є «нашим найбільшим занепокоєнням з точки зору вивільнення організмів, про які ми не знаємо».

У міру зростання середньої глобальної температури ці раптові обвалення стануть більш поширеними. Після рекордно високих температур у липні кадри з дронів зафіксували найбільший кратер Сибіру, ​​який поглинув вічна мерзлота, коли лід тане під землею.

Строна та Бредшоу зазначають, що необхідні додаткові дослідження, щоб поширити наслідки їхніх висновків на людей і тварин. Дослідники заявили, що їхній намір полягав у тому, щоб створити основу для оцінки ризиків біологічних загарбників з минулої епохи.

У всіх цих випадках, за словами авторів дослідження, єдиний запобіжний захід — чи то підвищення рівня моря, смертельна спека чи поява хвороботворних мікроорганізмів — це сповільнити або зупинити викиди вуглецю, які спричиняють глобальне потепління та захистити екосистеми Арктики. За їхніми словами, без цього екологічне каскадування не було б науковою фантастикою.