Nowe badanie ostrzega przed niebezpieczeństwami związanymi z „patogenami podróżującymi w czasie”

Zapisz się do biuletynu naukowego CNN Wonder Theory. Odkrywaj wszechświat dzięki wiadomościom o niesamowitych odkryciach, postępach naukowych i nie tylko.

CNN
–

W miarę ocieplania się klimatu naukowcy zasugerowali, że „patogeny podróżujące w czasie” uwalniane przez topnienie arktycznej wiecznej zmarzliny mogą stanowić zagrożenie dla współczesnych ekosystemów.

wieczna zmarzlina Jest to solidna warstwa zamarzniętej ziemi złożona z gleby, piasku i skał w środku regiony o dużej szerokości geograficznej Takich jak Grenlandia, Alaska, Syberia, Wyżyna Tybetańska i północna Kanada. Nowe badania pokazują, że ta warstwa lodu zatrzymuje drobnoustroje, które pozostają uśpione przez długi czas, ale ocieplająca się planeta może stworzyć odpowiednie warunki dla powrotu tych patogenów z przeszłości.

Aby lepiej zrozumieć potencjalne wpływy środowiska, międzynarodowy zespół naukowców modelował numerycznie interakcje między starożytnym wirusem a współczesnymi bakteriami w badaniu opublikowanym 27 lipca w czasopiśmie Nature. Biologia obliczeniowa PLOS.

Poprzez dziesiątki tysięcy iteracji zespół badawczy śledził, w jaki sposób wirus wpłynął na różnorodność gatunkową w społeczności bakteryjnej. Około 1% starożytnych wirusów powoduje poważne zakłócenia w ekosystemach cyfrowych. Patogen albo zwiększył różnorodność nawet o 12%, albo odwrotnie, zmniejszył różnorodność gatunkową o 32%. Wirusowi najeźdźcy nie tylko przetrwali, ale z biegiem czasu ewoluowali, zaburzając równowagę systemu.

Naukowcy wykorzystali oprogramowanie o nazwie Avida do symulacji, czy patogeny z powodzeniem przenikną do ekosystemu. W dwuwymiarowej sieci organizmy bakteryjne wchodziły w interakcje ze swoim środowiskiem, konkurując o energię i przestrzeń. Zawodnicy, którzy znaleźli swoją niszę, mogą rozmnażać się i przetrwać w turniejach.

Czyniąc to, wystąpiły niewielkie błędy w reprodukcji, które stworzyły różnorodność genetyczną, Co doprowadziło do większej złożoności system środowiskowy. Kiedy wirus dostał się do tego środowiska, jak każdy inny pasożyt, był w stanie uzyskać energię jedynie poprzez odfiltrowanie odpowiednich żywicieli bakteryjnych. Gospodarze nie byli wtedy w stanie otrzymać energii potrzebnej do przeżycia lub rozmnażania się, a następnie umarli.

Czy to oznacza, że ​​prawie jedna trzecia ludzi i innych organizmów jest zagrożona wkrótce śmiercią z powodu przebudzonej choroby wirusowej? Nie. Jednak główny autor, Giovanni Strona i współautor, Cory Bradshaw, stwierdzili, że odkrycia dodają kolejną warstwę obaw do zagrożeń związanych z coraz bardziej ocieplającym się klimatem.

W ciągu ostatnich dwóch dekad więcej badań poświęcono zrozumieniu konsekwencji rozmrażanie wiecznej zmarzliny W regionach arktycznych, takich jak A Badanie NASA ze stycznia 2022 r który badał skutki uwalniania węgla podczas nagłych rozmrożeń oraz trwające dekadę spojrzenie Jeana-Michela Clavery’ego na zakaźne patogeny uwięzione w wiecznej zmarzlinie.

Claverie, emerytowany profesor medycyny i genomiki na Wydziale Lekarskim Uniwersytetu Aix-Marseille, ożywił wirusy „zombie” z wiecznej zmarzliny w 2014 i 2015 roku, a on i jego zespół zgłosili pięć nowych rodzin starożytnych wirusów zdolnych do infekowania ameby w badanie W lutym, jak wcześniej informowało CNN. Badania prowadzone przez Clavery wykazały, że starożytne drobnoustroje mogą pozostać zakaźne, mimo że są uśpione przez dziesiątki tysięcy lat.

Korzystając z tego założenia z pracy Claverie, Bradshaw, dyrektor Laboratorium Globalnego Środowiska na Flinders University w Australii, oraz Strona, starszy badacz we Wspólnym Centrum Badawczym Komisji Europejskiej, zaprojektowali symulację, aby określić konsekwencje, jakie mogą mieć te patogeny.

I chociaż 1% patogenów powodujących poważne zakłócenia wydaje się niskie, każdego roku z wiecznej zmarzliny uciekają 4 sektyliony komórek, powiedział Bradshaw. To znacznie więcej niż Liczba gwiazd w galaktyce.

„Jeden procent na 4 sektyliony to liczba, której większość ludzi nawet nie jest w stanie sobie wyobrazić. Istnieje wiele, wiele szans na to. Możliwość jest rzadka w przypadku jednego wirusa, ale istnieje wiele możliwych wirusów” – powiedział CNN w rozmowie z CNN. rozmowa telefoniczna.

Bradshaw porównuje wirusy wiecznej zmarzliny do innych gatunków inwazyjnych. W prawdziwym świecie większość inwazji kończy się niepowodzeniem, co odzwierciedla badanie. Powiedział, że powodem, dla którego wciąż mamy problemy z gatunkami inwazyjnymi, jest to, że jest tak wiele introdukcji do ekosystemu.

Czytaj więcej: Gatunki inwazyjne z całego świata na zdjęciach

Strona powiedział, że podczas udanych inwazji w badaniu wynikająca z tego utrata różnorodności gatunkowej o 32% nie oznacza, że ​​wirus zabił jedną trzecią wszystkich bakterii w cyfrowym ekosystemie. Zamiast tego oznacza to, że cały ekosystem doświadczył 32% utraty różnorodności bakteryjnej.

Kiedy wirusy infekują bakterie i zabijają ich gospodarzy, skutki dla ekosystemu są katastrofalne. Bradshaw powiedział, że zasoby, które kiedyś istniały w równowadze, nie były już dostępne, więc pozostałe gatunki zostały zmuszone do wyścigu zbrojeń, aby przetrwać. Drapieżniki i ofiary Walczyli o wykorzystanie zasobów które pozostały, co skutkowało niezrównoważonym systemem. Jeśli było mniej drapieżników pochłaniających ofiarę, ofiara rozwijała się, zaludniała, a następnie zużywała więcej zasobów. Następnie nadprodukcja zmniejszyła liczbę ofiar w naturalnym procesie uboju. Gdyby było więcej drapieżników, zjadałyby one o wiele więcej ofiar, aby przeżyć, co prowadzi do tego samego rezultatu.

Naukowcy odkryli, że wprowadzenie wirusa było jedyną przyczyną tak dużej fluktuacji różnorodności gatunkowej.

Współczesne organizmy, w tym ludzie, mają niewiele, jeśli w ogóle, naturalnych mechanizmów obronnych przed starożytnymi patogenami. Strona i Bradshaw powiedzieli zespołowi badawczemu, że badanie jest bardziej wezwaniem do działania niż prawdziwym ostrzeżeniem.

„Nie musimy teraz bić na alarm” – powiedziała dr Kimberly Miner, klimatolog z Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA w Pasadenie w Kalifornii. Powiedziała, że ​​wierzy, że istnieją bardziej palące obawy związane z kryzysem klimatycznym, które można lepiej kontrolować, takie jak spowolnienie uwalniania węgla do atmosfery.

Badanie jest doskonałym pierwszym krokiem w identyfikacji ryzyka związanego z tymi nieznanymi wariantami, powiedział Miner, który nie był zaangażowany w te badania. Jednak możliwość zakażenia tymi pojawiającymi się patogenami pozostaje „wysoce nieprawdopodobna”.

Obszary zawierające ziemską wieczną zmarzlinę są słabo zaludnione. Gdyby starożytnym patogenom udało się w jakiś sposób uciec, trudno byłoby im znaleźć ludzi do zarażenia. Co więcej, wieczna zmarzlina topnieje stopniowo przez cały rok w tempie około 1,2 cala (3 centymetry) na sezon, a większość 4-sektylionów komórek jest uwalniana podczas tej stopniowej odwilży, powiedział Miner.

Wyjaśniła, że ​​nagłe topnienie wiecznej zmarzliny w Arktyce, które czasami następuje tak szybko, jak to możliwe przez kilka dni, jest „naszym największym zmartwieniem, jeśli chodzi o uwalnianie organizmów, o których nie wiemy”.

Wraz ze wzrostem średniej temperatury na świecie te nagłe załamania staną się bardziej powszechne. Po rekordowo wysokich temperaturach w lipcu, materiał z drona uchwycił największy krater na Syberii pochłonięty przez wieczną zmarzlinę, gdy lód topnieje pod ziemią.

Strona i Bradshaw zwracają uwagę, że potrzebne są dalsze badania, aby rozszerzyć implikacje ich odkryć na ludzi lub zwierzęta. Naukowcy powiedzieli, że ich zamiarem było zapewnienie ram do oceny ryzyka związanego z biologicznymi najeźdźcami z minionej epoki.

Autorzy badania stwierdzili, że we wszystkich tych przypadkach jedynym środkiem zapobiegawczym – niezależnie od tego, czy jest to wzrost poziomu mórz, śmiertelne upały, czy pojawiające się patogeny – jest spowolnienie lub zatrzymanie emisji dwutlenku węgla, która napędza globalne ocieplenie i chroni ekosystemy Arktyki. Powiedzieli, że bez tego kaskadowanie środowiska nie byłoby science fiction.