Nová studie varuje před nebezpečím „patogenů cestujících v čase“

Přihlaste se k odběru vědeckého zpravodaje CNN Wonder Theory. Prozkoumejte vesmír se zprávami o úžasných objevech, vědeckém pokroku a dalších.

CNN
–

Jak se klima otepluje, vědci navrhli, že „patogeny cestující v čase“ uvolněné táním arktického permafrostu mohou představovat hrozbu pro moderní ekosystémy.

permafrost Je to pevná vrstva zmrzlé půdy tvořená zeminou, pískem a skálou uvnitř oblasti s vysokou zeměpisnou šířkou Jako Grónsko, Aljaška, Sibiř, Tibetská náhorní plošina a severní Kanada. Nový výzkum zjistil, že tato vrstva ledu zachycuje mikroby, které zůstávají po dlouhou dobu nečinné, ale oteplující se planeta by mohla vytvořit správné podmínky pro návrat těchto patogenů z minulosti.

Abychom lépe porozuměli potenciálním vlivům prostředí, mezinárodní tým výzkumníků numericky modeloval interakce mezi starověkým virem a moderními bakteriemi ve studii zveřejněné 27. července v časopise Nature. PLOS výpočetní biologie.

Prostřednictvím desítek tisíc iterací studijní tým sledoval, jak virus ovlivnil druhovou rozmanitost v bakteriální komunitě. Asi 1 % starověkých virů způsobuje velké narušení digitálních ekosystémů. Patogen buď zvýšil diverzitu až o 12 %, nebo naopak snížil druhovou diverzitu o 32 %. Virové vetřelci nejenže přežili, ale postupem času se vyvíjeli a narušili rovnováhu systému.

Vědci použili software nazvaný Avida k simulaci toho, zda patogeny úspěšně proniknou do ekosystému. Ve dvourozměrné síti bakteriální organismy interagovaly se svým prostředím, aby soutěžily o energii a prostor. Soutěžící, kteří našli své místo, se mohou množit a přežít v turnajích.

Při tom došlo k mírným chybám v reprodukci, které vytvořily genetickou rozmanitost, Což vedlo k větší složitosti environmentální systém. Když se virus dostal do tohoto prostředí, jako každý jiný parazit byl schopen získat energii pouze odfiltrováním vhodných bakteriálních hostitelů. Hostitelé pak nebyli schopni přijímat energii, kterou potřebovali k přežití nebo reprodukci, a následně zemřeli.

Znamená to, že téměř třetině lidí a dalších organismů hrozí, že brzy zemře na probuzené virové onemocnění? Ne. Ale hlavní autor Giovanni Strona a spoluautor Cory Bradshaw uvedli, že zjištění přidávají další vrstvu obav k rizikům neustále se oteplujícího klimatu.

V posledních dvou desetiletích se více výzkumu věnovalo pochopení důsledků rozmrazování permafrostu V arktických oblastech, jako je A Studie NASA z ledna 2022 která zkoumala účinky uvolňování uhlíku během náhlých událostí tání a desetiletý pohled Jeana-Michela Claveryho na infekční patogeny uvězněné v permafrostu.

Claverie, emeritní profesor medicíny a genomiky na lékařské fakultě univerzity v Aix-Marseille, v letech 2014 a 2015 oživil to, co nazval „zombie“ viry z permafrostu, a on a jeho tým oznámili pět nových rodin starověkých virů schopných infikovat améby. v únoru, jak již dříve uvedla CNN. Výzkum vedený Clavery prokázal, že starověcí mikrobi mohou zůstat infekční, přestože jsou v nečinnosti po desítky tisíc let.

Na základě tohoto předpokladu z práce Claverie Bradshaw, ředitel Global Environment Laboratory na Flinders University v Austrálii, a Strona, vedoucí výzkumník ve Společném výzkumném centru Evropské komise, navrhli simulaci k určení důsledků, které by tyto patogeny mohly mít.

A zatímco 1 % patogenů způsobujících velké narušení se zdá být nízké, z permafrostu uniknou každý rok 4 sextiliony, řekl Bradshaw. To je mnohem víc než Počet hvězd v galaxii.

„Jedno procento ze 4 sextilionů je číslo, které si většina lidí nedokáže ani představit. Existuje mnoho, mnoho šancí, že se to stane. U jednoho viru je tato možnost vzácná, ale existuje mnoho možných virů,“ řekl CNN v telefonický rozhovor.

Bradshaw přirovnává permafrost viry k jakémukoli jinému invazivnímu druhu. V reálném světě většina invazí selže, což studie odráží. Řekl, že důvodem, proč stále máme problémy s invazivními druhy, je to, že je do ekosystému tolik introdukcí.

Přečtěte si více: Invazní druhy po celém světě v obrazech

Strona uvedl, že během úspěšných invazních událostí studie výsledná ztráta druhové diverzity o 32 % neznamená, že virus zabil třetinu všech bakterií v digitálním ekosystému. Místo toho to znamená, že celý ekosystém zaznamenal 32% ztrátu bakteriální diverzity.

Když viry infikují bakterie a zabijí jejich hostitele, dopady na ekosystém jsou katastrofální. Zdroje, které kdysi existovaly v rovnováze, už nejsou k dispozici, řekl Bradshaw, takže zbývající druhy byly nuceny závodit ve zbrojení o přežití. Predátoři a kořist Bojovali za využití zdrojů které zbyly, což vedlo k nevyváženému systému. Pokud bylo méně predátorů konzumujících kořist, kořist prospívala, osídlila se a pak spotřebovala více zdrojů. Pak nadprodukce snížila počty kořisti v přirozeném procesu utracení. Pokud by bylo predátorů více, spotřebovali by mnohem více kořisti, aby přežili, což vede ke stejnému výsledku.

Vědci zjistili, že zavlečení viru bylo jedinou příčinou tohoto velkého kolísání druhové rozmanitosti.

Moderní organismy, včetně lidí, mají jen málo, pokud vůbec nějaké, přirozených obranných mechanismů pro staré patogeny. Pro výzkumný tým je podle Strona a Bradshawa studie spíše výzvou k akci než skutečným varováním.

„Nemusíme hned bít na poplach,“ řekla Dr. Kimberly Minerová, klimatická vědkyně z NASA’s Jet Propulsion Laboratory v Pasadeně v Kalifornii. Řekla, že věří, že existují naléhavější obavy z klimatické krize, která by mohla být lépe kontrolovatelná, jako je zpomalení uvolňování uhlíku do atmosféry.

Studie je skvělým prvním krokem k identifikaci rizika z těchto neznámých variant, řekl Miner, který se na tomto výzkumu nepodílel. Ale možnost infekce těmito nově se objevujícími patogeny zůstává „vysoce nepravděpodobná“.

Oblasti obsahující pozemský permafrost jsou řídce osídlené. Pokud by se dávným patogenům nějak podařilo uniknout, těžko by našli lidi, které by mohli infikovat. Kromě toho permafrost taje postupně v průběhu roku rychlostí asi 1,2 palce (3 centimetry) za sezónu a většina 4-sextillionových buněk se uvolňuje během tohoto postupného tání, řekl Miner.

Vysvětlila, že náhlé tání permafrostu v Arktidě, ke kterému někdy dochází co nejrychleji na několik dní, je „naší největší starostí, pokud jde o uvolnění organismů, o kterých nevíme“.

S rostoucí globální průměrnou teplotou budou tato náhlá zhroucení stále běžnější. Po rekordně vysokých teplotách v červenci záběry z dronu zachytily největší kráter na Sibiři pohlcený permafrostem, když pod zemí taje led.

Strona a Bradshaw poukazují na to, že je zapotřebí více výzkumu, aby se důsledky jejich zjištění rozšířily na lidi nebo zvířata. Vědci uvedli, že jejich záměrem bylo poskytnout rámec pro hodnocení rizik biologických útočníků z minulé éry.

Ve všech těchto případech, uvedli autoři studie, jediným preventivním opatřením – ať už jde o vzestup hladiny moří, smrtící horko nebo nově se objevující patogeny – je zpomalení nebo zastavení emisí uhlíku, které řídí globální oteplování, a ochrana arktických ekosystémů. Bez toho by podle nich nebylo kaskádování životního prostředí sci-fi.