Nová štúdia varuje pred rizikami „patogénov putujúcich časom“

Prihláste sa na odber vedeckého bulletinu CNN Wonder Theory. Preskúmajte vesmír s novinkami o fascinujúcich objavoch, vedeckých pokrokoch a ďalších,

CNN
,

Keďže sa klíma naďalej otepľuje, vedci navrhli, že „patogény putujúce v čase“ šíriace sa roztápaním arktického permafrostu by mohli predstavovať hrozbu pre moderné ekosystémy.

permafrost Tvrdá vrstva zamrznutej pôdy zložená z hliny, piesku a skál oblasti s vysokou zemepisnou šírkou alebo vysokou nadmorskou výškou Ako Grónsko, Aljaška, Sibír, Tibetská náhorná plošina a Severná Kanada. Táto ľadová vrstva zachytáva mikróby, ktoré dlho ležali spiace – no podľa nového výskumu môže otepľujúca sa planéta vytvárať vhodné podmienky na to, aby sa tieto patogény vrátili z minulosti.

Na lepšie pochopenie potenciálnych ekologických dôsledkov medzinárodný tím výskumníkov digitálne modeloval interakcie medzi starým vírusom a modernými baktériami v štúdii publikovanej 27. júla v časopise Nature. Výpočtová biológia PLOS,

Prostredníctvom tisícok opakovaní výskumný tím skúmal, ako vírus ovplyvnil druhovú diverzitu bakteriálnej komunity. Približne 1 % starých vírusov spôsobilo veľké narušenie digitálneho ekosystému. Patogén buď zvýšil diverzitu o 12 %, alebo naopak znížil druhovú diverzitu o 32 %. Vírusoví votrelci nielenže prežili, ale postupom času sa vyvinuli a systém tak zostal nevyvážený.

Výskumníci použili softvér s názvom Avida, aby zistili, či by bol patogén úspešný pri infiltrácii do ekosystému. V dvojrozmernej mriežke bakteriálne organizmy interagujú so svojím prostredím, aby súťažili o energiu a priestor. Konkurenti, ktorí nájdu svoje miesto, sa môžu reprodukovať a prežiť v cykloch.

Pri šľachtení sa urobili malé chyby, ktoré vytvorili genetickú diverzitu, sa v dôsledku toho stanú zložitejšími Ekosystém. Keď sa vírus dostane do tohto prostredia, ako každý iný parazit, je schopný získavať energiu len vylúhovaním z vhodných bakteriálnych hostiteľov. Hostiteľ potom nebol schopný získať energiu potrebnú na prežitie alebo rozmnožovanie a následne zomrel.

Znamená to, že asi tretine ľudí a iných živých organizmov bude čoskoro hroziť úmrtie na obnovené vírusové ochorenie? Nie, ale hlavný autor Giovanni Strone a spoluautor Corey Bradshaw uviedli, že zistenia pridávajú ďalšiu vrstvu obáv k rizikám, ktoré predstavuje pokračujúce otepľovanie podnebia.

Počas posledných dvoch desaťročí sa veľa výskumov venovalo pochopeniu jeho následkov. permafrost rozmrazený v arktických oblastiach, ako napr Štúdia NASA z januára 2022 ktorý skúmal účinky uvoľňovania uhlíka počas náhlych udalostí rozmrazovania a viedol desaťročný pohľad Jeana-Michela Claverieho na potenciálne infekčné patogény uzavreté v permafrostu.

Claverie, emeritný profesor medicíny a genomiky na Aix-Marseille University School of Medicine, vzkriesil „zombie“ vírusy z permafrostu v rokoch 2014 a 2015 a on a jeho tím ohlásili päť nových rodín starých vírusov schopných infikovať améby. Vo februárovej štúdii, ako prvýkrát uviedla CNN. Výskum pod vedením Claverieho dokázal, že staroveké mikróby môžu byť stále infekčné aj po tom, čo tisíce rokov ležali v nečinnosti.

Bradshaw, riaditeľ Globálneho ekologického laboratória na Flinders University v Austrálii, a Strona, vedúci výskumník v Spoločnom výskumnom centre Európskej komisie, použili túto predstavu z práce Claverie a navrhli simuláciu na meranie dôsledkov týchto patogénov.

Zatiaľ čo 1 % patogénov, ktoré spôsobujú veľké poruchy, sa zdá byť nízke číslo, 4 sextilióny buniek uniknú z permafrostu každý rok, povedal Bradshaw. je to viac než to počet hviezd v galaxii,

„Jedno percento zo 4 sextiliónov je číslo, ktoré si väčšina ľudí nedokáže ani predstaviť. Existuje veľa príležitostí, aby sa to stalo. … Potenciál pre individuálny vírus je zriedkavý, ale existuje veľa potenciálnych vírusov,“ povedal CNN v telefonickom rozhovore.

Bradshaw porovnal vírus v permafroste s vírusom akéhokoľvek iného invazívneho druhu. Štúdia ukazuje, že v reálnom svete väčšina útokov zlyhá. Ale dôvod, prečo máme stále problém s inváznymi druhmi, povedal, je ten, že v ekosystéme sa vyskytuje príliš veľa introdukcií.

Čítaj viac: Invázne druhy z celého sveta na obrázkoch

32% strata druhovej diverzity počas úspešných inváznych udalostí v štúdii nemusí nevyhnutne znamenať, že vírus zabil tretinu všetkých baktérií v digitálnom ekosystéme, povedal Strona. Znamená to skôr, že celý ekosystém zaznamenal 32 % stratu bakteriálnej diverzity.

Keď vírusy infikovali baktérie a zabili ich hostiteľov, účinky na ekosystém boli zničujúce. Bradshaw uviedol, že zdroje, ktoré boli v rovnováhe, už nie sú k dispozícii, takže zostávajúce druhy boli nútené pretekať v zbrojení o prežitie. Predátor a korisť mali problémy s prístupom k zdrojom Tie boli vynechané, čo spôsobilo nerovnováhu systému. Ak by korisť zožralo menej predátorov, lov by prekvital, populácia by sa zväčšila a potom by sa spotrebovalo veľa zdrojov. Nadmerný zber potom prirodzene znížil populácie koristi. Ak by bolo predátorov viac, skonzumovali by oveľa viac koristi pre udržateľnú existenciu, čo by viedlo k rovnakému výsledku.

Výskumníci zistili, že jediným dôvodom tohto veľkého kolísania druhovej diverzity bol príchod vírusov.

Moderné organizmy, vrátane ľudí, majú málo, ak vôbec nejaké, prirodzených obranných mechanizmov proti starým patogénom. Ale pre výskumný tím je štúdia skôr výzvou na akciu ako skutočným varovaním, povedali Strona a Bradshaw.

„Nemusíme hneď biť na poplach,“ povedal Dr. Kimberley Minor, klimatológ z NASA Jet Propulsion Laboratory v Pasadene v Kalifornii. Povedal, že verí, že existujú vážnejšie obavy z klimatickej krízy, ktoré sú oveľa kontrolovateľnejšie, ako napríklad spomalenie produkcie uhlíka do atmosféry.

Minor, ktorý sa nezúčastnil výskumu, uviedol, že táto štúdia je vynikajúcim prvým krokom ku kvantifikácii rizík z týchto neznámych premenných. Pravdepodobnosť infekcie týmito vznikajúcimi patogénmi je však stále „vysoko nepravdepodobná“.

Permafrostové oblasti Zeme sú riedko osídlené. Ak by sa starovekým patogénom nejako podarilo uniknúť, mali by problém nájsť ľudí, ktorých by mohli infikovať. Okrem toho sa permafrost pomaly topí počas celého roka rýchlosťou asi 1,2 palca (3 centimetre) za sezónu a počas tohto postupného rozmrazovania sa uvoľnia najviac 4 sextilióny buniek, povedal Minor.

Náhle topenie v arktickom permafroste, ku ktorému niekedy dochádza rýchlo v priebehu niekoľkých dní, „je to, čo nás najviac znepokojuje, pokiaľ ide o uvoľnenie organizmov, ktoré nepoznáme,“ vysvetlil.

Keď sa priemerné globálne teploty zvýšia, tieto náhle rozmrazenia budú čoraz bežnejšie. Zábery z dronu ukázali, že najväčší kráter permafrostu na Sibíri sa potápa, keď sa ľad pod zemou roztopil po rekordne vysokých teplotách v júli.

Strone a Bradshaw uviedli potrebu ďalšieho výskumu na rozšírenie dôsledkov ich zistení na populáciu ľudí alebo zvierat. Obaja vedci uviedli, že ich zámerom bolo poskytnúť rámec na hodnotenie rizika biologických útočníkov z minulých období.

Jediným preventívnym opatrením vo všetkých týchto prípadoch – či už ide o stúpanie hladiny morí, smrteľné vlny horúčav alebo objavujúce sa patogény – je spomaliť alebo zastaviť emisie uhlíka, ktoré spôsobujú globálne otepľovanie a poškodzujú arktický ekosystém, uviedli autori štúdie. Bez toho by podľa neho rozšírené ekologické účinky už neboli sci-fi.