Потенциально опасные вирусы из древней вечной мерзлоты могут проснуться в результате изменения климата
Ученые смоделировали древние вирусы, чтобы посмотреть, какое влияние они окажут на окружающую среду. В то время как большинство из них имело мало последствий, 1% был способен не просто убить своих хозяев, но и разрушить целые экосистемы. Результаты были опубликованы в журнале PLOS Computational Biology.
Древние патогены, которые были заперты в течение сотен тысяч лет, начинают появляться из вечной мерзлоты по мере того, как происходит изменение климата, и около 1% из них могут представлять существенный риск для современных экосистем, как показало исследование.
«Это первая попытка смоделировать потенциальный экологический эффект таких путешествующих во времени захватчиков с количественной точки зрения», — сказал Джованни Строна, профессор экологических наук Хельсинкского университета и соавтор исследования.
Вечная мерзлота представляет собой смесь почвы, гравия и песка, скрепленных льдом. Он встречается либо на поверхности Земли, либо под ней в регионах Арктики, включая части Аляски, Гренландии, России, Китая, Северной и Восточной Европы. Когда образуется вечная мерзлота, микробы, такие как бактерии и вирусы, могут попасть в нее и выжить в состоянии анабиоза в течение тысяч или даже миллионов лет. Теплые периоды могут запустить метаболические процессы, которые позволяют этим спящим микробам реактивироваться и размножаться.
В условиях глобального потепления некоторые из этих микробов, в том числе те, которые могут вызывать заболевания, высвобождаются по мере таяния вечной мерзлоты. В 2016 году в Сибири вспышка сибирской язвы унесла жизни тысяч северных оленей и затронула десятки людей, что ученые связывают с таянием вечной мерзлоты.
Эти патогены представляют потенциальный риск, потому что люди и другие живые организмы, живущие сегодня, не подвергались их воздействию так долго, а это означает, что у современных экосистем может быть мало защиты от них.
«Если патогены долгое время жили рядом с бактериальными, человеческими или животными сообществами, можно ожидать некоторой совместной эволюции между патогенами и местным сообществом, что снижает риск, который патогены представляют для экосистем», — сказал Строна. «Но когда у вас есть захватчик, путешествующий во времени, вы явно вводите новые элементы риска».
Чтобы оценить, как вновь появляющиеся патогены могут повлиять на современные экосистемы, Строна и его команда смоделировали в цифровом виде эволюцию вирусоподобных патогенов, способных заражать и вызывать заболевания у бактериоподобных хозяев.
В симуляции цифровые микробы должны были конкурировать за ресурсы, имитируя то, что происходит в реальном мире. Некоторые из вирусов инфицировали и убивали часть бактериоподобных хозяев, в то время как другие бактериальные хозяева вырабатывали иммунитет против эволюционирующих патогенов.
«Заражая» 5% современных бактериоподобных хозяев, которые развились в более поздних поколениях, древними вирусоподобными патогенами из гораздо более ранних поколений, команда обнаружила, что 1% вирусных патогенов может существенно разрушить недавно развившиеся бактериальные сообщества.
Некоторые из вирусных захватчиков вызвали вымирание 32% бактериоподобных видов, в то время как другие вызвали увеличение разнообразия бактериоподобных видов до 12%.
Команда назвала 1% патогенов «черными лебедями», имея в виду редкое и маловероятное, но чрезвычайно важное событие. Они утверждали, что, хотя вероятность их появления и разрушения низка, их воздействие будет катастрофическим, поэтому их следует учитывать в будущих климатических сценариях.
«Как общество, мы должны понимать потенциальный риск, который представляют эти древние микробы, чтобы мы могли подготовиться к любым непредвиденным последствиям их выпуска в современный мир», — говорится в заявлении соавтора Кори Брэдшоу из австралийского Университета Флиндерса. «Результаты говорят нам, что риск больше не просто фантазия, от которой мы не должны быть готовы защищаться».
По словам Строны, воздействие этих патогенов может даже затронуть человеческую популяцию. По его словам, это может произойти, когда люди вступают в прямой контакт с патогенами из вечной мерзлоты или когда люди заражаются от животных, инфицированных древними патогенами.
Однако он добавил, что исследование полностью основано на компьютерных симуляциях, которые моделируют, как вирусы заражают бактерии, поэтому необходимы дальнейшие исследования для выяснения реальных рисков, связанных с животными и людьми в реальном мире.