В связи с потеплением климата ученые предположили, что "патогены-путешественники во времени", высвобождающиеся при таянии арктической вечной мерзлоты, могут представлять опасность для современных экосистем. Вечная мерзлота - это твердый слой мерзлого грунта из почвы, песка и горных пород в высокоширотных и высокогорных районах, таких как Гренландия, Аляска, Сибирь, Тибетское нагорье и север Канады. В этом ледяном слое задерживаются микробы, которые остаются в спящем состоянии в течение длительных периодов времени - но потепление на планете может создать условия, подходящие для возвращения этих патогенов из прошлого, говорится в новом исследовании.
Чтобы лучше понять возможные экологические последствия, международная группа исследователей провела цифровое моделирование взаимодействия между древним вирусом и современными бактериями в исследовании, опубликованном 27 июля в журнале PLOS Computational Biology.
В ходе десятков тысяч итераций исследователи проследили, как вирус влияет на видовое разнообразие бактериального сообщества. Около 1% древних вирусов приводили к серьезным нарушениям в цифровых экосистемах. Патоген либо увеличивал разнообразие на 12%, либо, наоборот, снижал видовое разнообразие на 32%. Вирусные захватчики не только выживали, но и эволюционировали с течением времени, выводя систему из равновесия. Исследователи использовали программное обеспечение Avida для моделирования успешного проникновения патогенных микроорганизмов в экосистему. В двухмерной сетке бактериальные организмы взаимодействовали с окружающей средой, конкурируя за энергию и пространство. Конкуренты, нашедшие свою нишу, могли размножаться и жить дальше по циклам.
При этом возникали небольшие ошибки в размножении, которые создавали генетическое разнообразие, приводящее к формированию более сложной экосистемы. Когда вирус попал в эту среду, он, как и любой другой паразит, мог получать энергию только путем выщелачивания подходящих бактерий-хозяев. Хозяева при этом не могли получать энергию, необходимую для выживания и размножения, и, как следствие, погибали.
Означает ли это, что около трети людей и других живых организмов в скором времени будут подвержены риску погибнуть от возрожденного вирусного заболевания? Нет, но ведущий автор исследования Джованни Строна и соавтор Кори Брэдшоу заявили, что полученные результаты добавляют еще один слой беспокойства к рискам, связанным с постоянно потеплением климата.
Инвазивные виды могут снижать биоразнообразие
В последние два десятилетия все больше исследований посвящено изучению последствий таяния вечной мерзлоты в арктических регионах, например, в январе 2022 г. NASA изучало последствия высвобождения углерода при резком оттаивании, а Жан-Мишель Клавери в течение десяти лет изучал потенциально опасные патогены, запертые в вечной мерзлоте. Клавери, заслуженный профессор медицины и геномики Медицинской школы Экс-Марсельского университета, в 2014 и 2015 гг. возродил так называемые "зомби"-вирусы из вечной мерзлоты, а в февральском исследовании он и его сотрудники сообщили о пяти новых семействах древних вирусов, способных заражать амеб, о чем ранее сообщала CNN. Исследование, проведенное под руководством Клавери, доказало, что древние микробы могут быть заразными, несмотря на то, что находятся в спящем состоянии десятки тысяч лет.
Основываясь на предположении, сделанном Клавери, Брэдшоу, директор лаборатории глобальной экологии Университета Флиндерс (Австралия), и Строна, старший научный сотрудник Объединенного исследовательского центра Европейской комиссии, разработали симуляцию для количественной оценки последствий, которые могут иметь эти патогены. По словам Брэдшоу, хотя 1% патогенов, вызывающих серьезные нарушения, кажется незначительным, ежегодно из вечной мерзлоты выходят 4 секстиллиона клеток. Это намного больше, чем количество звезд в галактике.
"Один процент от 4 секстиллионов - это число, которое большинство людей даже не может себе представить. Существует очень много, очень много возможностей для того, чтобы это произошло. ... Вероятность для одного отдельного вируса очень мала, но потенциальных вирусов очень много", - сказал он в телефонном интервью CNN.
Брэдшоу сравнил вирусы, обитающие в вечной мерзлоте, с любыми другими инвазивными видами. В реальном мире большинство инвазий терпят неудачу, что и отражено в исследовании. Но причина, по которой мы все еще имеем проблемы с инвазивными видами, по его словам, заключается в том, что в экосистему попадает очень много интродуцентов. По словам Строны, в ходе исследования успешное вторжение вируса в экосистему привело к 32%-ной потере видового разнообразия, что не означает, что вирус убил треть всех бактерий в цифровой экосистеме. Скорее, это означает, что бактериальное разнообразие во всей экосистеме уменьшилось на 32%.
Когда вирусы заразили бактерии и убили их хозяев, последствия для экосистемы оказались катастрофическими. Ресурсы, существовавшие в равновесном состоянии, просто перестали быть доступными, и оставшиеся виды были вынуждены вступить в гонку вооружений за выживание, говорит Брэдшоу. Хищники и жертвы боролись за использование оставшихся ресурсов, выводя систему из равновесия. Если хищников было меньше, чтобы поглощать добычу, то хищники процветали, перенаселялись и использовали слишком много ресурсов. В результате перепроизводства популяция хищников сокращалась в результате естественной выбраковки. Если бы хищников было больше, то они потребляли бы слишком много добычи для устойчивого выживания, что привело бы к тому же результату.
Внесение вируса было единственной причиной такого значительного колебания видового разнообразия, как выяснили исследователи.
Роль выбросов углекислого газа
Современные организмы, включая человека, имеют мало естественных механизмов защиты от древних патогенов, если вообще имеют таковые. Однако, по словам Строна и Брэдшоу, для исследовательской группы данное исследование является скорее призывом к действию, чем настоящим предупреждением.
"Нам пока не нужно бить тревогу", - сказала доктор Кимберли Майнер, климатолог из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене (Калифорния). По ее мнению, существуют более насущные проблемы, связанные с климатическим кризисом, которые в гораздо большей степени поддаются контролю, например, замедление выброса углерода в атмосферу.
По словам Майнера, который не принимал участия в этом исследовании, данное исследование является отличным первым шагом в количественной оценке рисков, связанных с этими неизвестными переменными. Однако вероятность заражения этими новыми патогенами все еще остается "крайне маловероятной".Районы вечной мерзлоты на Земле малонаселенны. Если бы древним патогенам удалось каким-то образом вырваться наружу, им было бы трудно найти людей для заражения. Кроме того, вечная мерзлота постепенно тает в течение года со скоростью около 1,2 дюйма (3 см) за сезон, и большинство из 4 секстиллионов клеток высвобождается во время этого постепенного таяния, говорит Майнер.
Резкие оттепели в арктической вечной мерзлоте, иногда происходящие всего за несколько дней, "вызывают у нас наибольшее беспокойство с точки зрения высвобождения неизвестных нам организмов", - пояснила она.
С повышением средней глобальной температуры такие резкие оттепели будут происходить все чаще. После рекордно высоких июльских температур в Сибири крупнейший кратер вечной мерзлоты был запечатлен с помощью беспилотного летательного аппарата, так как лед под землей таял.
Строна и Брэдшоу отметили необходимость проведения дополнительных исследований, которые позволили бы распространить полученные ими результаты на людей и животных. По словам обоих исследователей, их целью было создание основы для оценки риска биологических захватчиков из ушедшей эпохи.
По словам авторов исследования, единственным превентивным действием во всех этих случаях - будь то повышение уровня моря, смертельная жара или появление новых патогенов - является замедление или прекращение выбросов углерода, приводящих к глобальному потеплению, и защита арктических экосистем. Без этого каскадные экологические последствия перестанут быть научной фантастикой, считают они.
37.1к
