Новое исследование предупреждает об опасности «путешествующих во времени патогенов»

Подпишитесь на информационный бюллетень CNN по теории чудес. Исследуйте вселенную, получая новости об удивительных открытиях, научных достижениях и многом другом..

Си-Эн-Эн
—

Ученые предположили, что по мере потепления климата «путешествующие во времени патогены», высвобождаемые в результате таяния вечной мерзлоты в Арктике, могут представлять угрозу для современных экосистем.

вечная мерзлота Это твердый слой мерзлого грунта, состоящий из почвы, песка и камня внутри. высокие широты Такие, как Гренландия, Аляска, Сибирь, Тибетское нагорье и север Канады. Новые исследования показывают, что этот слой льда удерживает микробы, которые остаются бездействующими в течение длительного периода времени, но потепление планеты может создать подходящие условия для возвращения этих патогенов из прошлого.

Чтобы лучше понять потенциальное влияние окружающей среды, международная группа исследователей провела численное моделирование взаимодействия между древним вирусом и современными бактериями в исследовании, опубликованном 27 июля в журнале Nature. PLOS Вычислительная биология.

Через десятки тысяч итераций исследовательская группа отслеживала, как вирус влияет на разнообразие видов в бактериальном сообществе. Около 1% древних вирусов вызывают серьезные нарушения цифровых экосистем. Возбудитель либо повышал разнообразие до 12 %, либо, наоборот, снижал видовое разнообразие на 32 %. Вирусные захватчики не только выжили, но и эволюционировали со временем, выведя систему из равновесия.

Исследователи использовали программное обеспечение под названием Avida, чтобы смоделировать, смогут ли патогены успешно проникнуть в экосистему. В двумерной сети бактериальные организмы взаимодействовали с окружающей средой, чтобы конкурировать за энергию и пространство. Участники, которые нашли свою нишу, могут размножаться и выживать в турнирах.

При этом были небольшие ошибки в размножении, которые создали генетическое разнообразие, Что привело к большей сложности экологическая система. Когда вирус попадал в эту среду, как и любой другой паразит, он мог получать энергию, только отфильтровывая подходящих бактериальных хозяев. Тогда хозяева не смогли получить энергию, необходимую им для выживания или размножения, и впоследствии умерли.

Означает ли это, что почти треть людей и других организмов рискуют вскоре умереть от проснувшегося вирусного заболевания? Нет. Но ведущий автор Джованни Строна и соавтор Кори Брэдшоу говорят, что результаты добавляют еще один уровень беспокойства к рискам, связанным с постоянно потеплением климата.

За последние два десятилетия больше исследований было посвящено пониманию последствий таяние вечной мерзлоты В арктических регионах, таких как A Исследование НАСА, январь 2022 г. в котором исследовались последствия выброса углерода во время внезапных оттепелей, и десятилетний взгляд Жана-Мишеля Клавери на инфекционные патогены, попавшие в ловушку вечной мерзлоты.

Клавери, почетный профессор медицины и геномики медицинского факультета Экс-Марсельского университета, в 2014 и 2015 годах возродил то, что он назвал «зомби-вирусами» из вечной мерзлоты, и он и его команда сообщили о пяти новых семействах древних вирусов, способных заражать амеб в исследование В феврале, как ранее сообщал CNN. Исследование, проведенное Клавери, показало, что древние микробы могут оставаться заразными, несмотря на то, что бездействовали в течение десятков тысяч лет.

Используя это предположение из работы Клавери, Брэдшоу, директор Лаборатории глобальной окружающей среды в Университете Флиндерс в Австралии, и Строна, старший научный сотрудник Объединенного исследовательского центра Европейской комиссии, разработали симуляцию, чтобы определить последствия, которые могут иметь эти патогены.

И хотя 1% патогенов, вызывающих серьезные нарушения, кажется низким, каждый год из вечной мерзлоты ускользает 4 секстиллиона клеток, сказал Брэдшоу. Это намного больше, чем Количество звезд в галактике.

«Один процент из 4 секстиллионов — это число, о котором большинство людей даже не догадываются. Есть много, много шансов, что это произойдет. Такая возможность редка для одного вируса, но существует много возможных вирусов», — сказал он CNN в интервью CNN. интервью по телефону.

Брэдшоу сравнивает вирусы вечной мерзлоты с любыми другими инвазивными видами. В реальном мире большинство вторжений терпят неудачу, что и отражено в исследовании. Он сказал, что причина, по которой у нас до сих пор есть проблемы с инвазивными видами, заключается в том, что в экосистеме так много интродуцентов.

Читать далее: Инвазивные виды по всему миру в фотографиях

Строна сказал, что во время успешных событий вторжения в результате исследования потеря видового разнообразия на 32% не означает, что вирус убил треть всех бактерий в цифровой экосистеме. Вместо этого это означает, что вся экосистема потеряла 32% бактериального разнообразия.

Когда вирусы заражают бактерии и убивают их хозяев, последствия для экосистемы катастрофичны. По словам Брэдшоу, ресурсы, которые когда-то существовали в равновесии, больше не были доступны, поэтому оставшиеся виды были вынуждены участвовать в гонке вооружений, чтобы выжить. Хищники и добыча Они боролись за использование ресурсов которые остались, что привело к несбалансированной системе. Если было меньше хищников, поедавших добычу, жертва процветала, заселялась, а затем израсходовала больше ресурсов. Затем перепроизводство уменьшило количество жертв в процессе естественной выбраковки. Если бы хищников было больше, они бы потребляли слишком много добычи, чтобы выжить, что приводит к тому же результату.

Исследователи обнаружили, что появление вируса было единственной причиной такого большого колебания видового разнообразия.

У современных организмов, включая человека, почти нет естественных механизмов защиты от древних патогенов. По словам Строны и Брэдшоу, для исследовательской группы исследование является скорее призывом к действию, чем настоящим предупреждением.

«Нам не нужно бить тревогу прямо сейчас», — сказала доктор Кимберли Майнер, климатолог из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния. Она сказала, что, по ее мнению, есть более насущные проблемы, связанные с климатическим кризисом, которые можно было бы лучше контролировать, например, замедление выброса углерода в атмосферу.

Исследование — отличный первый шаг в выявлении риска, связанного с этими неизвестными вариантами, — сказал Майнер, не участвовавший в этом исследовании. Но возможность заражения этими появляющимися патогенами остается «крайне маловероятной».

Районы, содержащие вечную мерзлоту Земли, малонаселены. Если бы древним патогенам каким-то образом удалось сбежать, им было бы трудно найти людей, которых можно было бы заразить. Кроме того, вечная мерзлота постепенно оттаивает в течение года со скоростью около 1,2 дюйма (3 сантиметра) за сезон, и во время этого постепенного оттаивания высвобождается большая часть 4-секстиллионов клеток, сказал Майнер.

Она пояснила, что внезапное таяние вечной мерзлоты в Арктике, которое иногда происходит максимально быстро в течение нескольких дней, является «нашей самой большой проблемой с точки зрения высвобождения организмов, о которых мы не знаем».

По мере повышения средней глобальной температуры эти внезапные таяния станут более частыми. После рекордно высоких температур в июле на кадрах с беспилотника запечатлен крупнейший в Сибири ледяной кратер, погружающийся под землю из-за таяния снега.

Строна и Брэдшоу отмечают, что необходимы дополнительные исследования, чтобы распространить последствия своих открытий на людей или животных. Исследователи заявили, что их намерение состояло в том, чтобы предоставить основу для оценки рисков биологических захватчиков ушедшей эпохи.

Авторы исследования заявили, что во всех этих случаях единственная превентивная мера — будь то повышение уровня моря, смертельная жара или новые патогены — заключается в замедлении или прекращении выбросов углерода, которые вызывают глобальное потепление, и защите арктических экосистем. Без этого, по их словам, каскадирование в окружающей среде не было бы научной фантастикой.