Tilmeld dig CNN’s Wonder Theory science nyhedsbrev. Udforsk universet med nyheder om fascinerende opdagelser, videnskabelige fremskridt og meget mere.
Efterhånden som klimaet opvarmes, har videnskabsmænd foreslået, at “tidsrejsende patogener”, der udløses af optøning af arktisk permafrost, kan udgøre en risiko for moderne økosystemer.
Permafrost er et hårdt lag af frossen jord, der består af jord, sand og klipper i områder med høj breddegrad som Grønland, Alaska, Sibirien, det tibetanske plateau og det nordlige Canada. Dette iskolde lag fanger mikrober, der ligger i dvale i lange perioder, men en opvarmende planet kan skabe betingelser for, at disse patogener kan vende tilbage fra fortiden, ifølge ny forskning.
For bedre at forstå mulige økologiske effekter modellerede et internationalt team af forskere interaktionerne mellem en gammel virus og moderne bakterier digitalt i en undersøgelse offentliggjort 27. juli i tidsskriftet PLOS Computational Biology.
Gennem titusindvis af iterationer overvågede undersøgelsesholdet, hvordan virussen påvirkede artsdiversiteten i et bakteriesamfund. Omkring 1 % af gamle vira har forårsaget store forstyrrelser i digitale økosystemer. Patogenet øgede diversiteten med op til 12 % eller omvendt reducerede artsdiversiteten med 32 %. Virale angribere overlevede ikke kun, men udviklede sig over tid, hvilket bragte systemet ud af balance.
Forskerne brugte software kaldet Avida til at simulere, om patogener ville have succes med at infiltrere et økosystem. I et todimensionelt gitter interagerede bakterielle organismer med deres miljø for at konkurrere om energi og plads. Konkurrenter, der har fundet deres niche, kunne reproducere og leve gennem cyklusser.
Der har således været små fejl i avlen, som har skabt genetisk diversitet, bliver mere kompleks økosystem. Da virussen kom ind i dette miljø, som enhver anden parasit, var den kun i stand til at opnå energi ved at udvaske egnede bakterieværter. Værterne var derefter ude af stand til at modtage den energi, de havde brug for for at overleve eller reproducere, og døde efterfølgende.
Betyder det, at næsten en tredjedel af mennesker og andre levende organismer snart vil være i risiko for at dø af en opvågnet virussygdom? Nej, men hovedforfatter Giovanni Strona og medforfatter Corey Bradshaw sagde, at resultaterne tilføjer endnu et lag af bekymring om risici fra et stadig mere opvarmende klima.
Invasive arter kan mindske biodiversiteten
I løbet af de sidste to årtier er mere forskning blevet afsat til at forstå konsekvenserne af permafrostsmeltning i arktiske områder, såsom en NASA-undersøgelse fra januar 2022, der undersøgte virkningerne af kulstoffrigivelse under pludselige tøbegivenheder og den årtilange undersøgelse af Jean-Michel Claverie potentielt smitsomme patogener indespærret i permafrost.
Claverie, professor emeritus i medicin og genomik ved Aix-Marseille University School of Medicine, genoplivede, hvad han kaldte “zombie”-vira fra permafrost i 2014 og 2015, og han og hans team rapporterede om fem nye familier af gamle vira, der var i stand til at inficere amøber i en undersøgelse fra februar, rapporterede CNN tidligere. Claveries forskning viste, at ældgamle mikrober stadig kan være smitsomme på trods af, at de har ligget i dvale i titusinder af år.
Ved at bruge denne antagelse fra Claveries arbejde, designede Bradshaw, direktør for Global Ecology Laboratory ved Flinders University i Australien, og Strona, seniorforsker ved Europa-Kommissionens Joint Research Center, en simulering for at kvantificere de konsekvenser, disse patogener kunne have.
Mens den 1 procent af patogener, der forårsager større skade, synes lav, undslipper 4 sextillioner celler permafrost hvert år, sagde Bradshaw. Det er meget mere end antallet af stjerner i galaksen.
“En procent af 4 sexbillioner er et tal, de fleste mennesker ikke engang kan gennemskue. Der er så mange, mange muligheder for, at det kan ske. … Sandsynligheden er sjælden for en enkelt virus, men der er så mange potentielle vira,” sagde han til CNN i et telefoninterview.
Bradshaw sammenlignede vira i permafrost med enhver anden invasiv art. I den virkelige verden mislykkes de fleste invasioner, som afspejlet af studiet. Men grunden til, at vi stadig har problemer med invasive arter, sagde han, er, at der er så mange introduktioner i et økosystem.
FOR AT VIDE MERE: Invasive arter rundt om i verden i billeder
Under undersøgelsens vellykkede invasionsbegivenheder betyder det resulterende tab på 32 procent af artsdiversitet ikke, at virussen dræbte en tredjedel af alle bakterier i det digitale økosystem, sagde Strona. Det betyder snarere, at hele økosystemet oplevede et tab på 32% af bakteriel mangfoldighed.
Når vira inficerede bakterier og dræbte deres værter, var virkningerne på økosystemerne katastrofale. De ressourcer, der eksisterede i ligevægt, var simpelthen ikke tilgængelige længere, så de resterende arter blev tvunget ind i et våbenkapløb for at overleve, sagde Bradshaw. Rovdyr og byttedyr har kæmpet om brugen af de resterende ressourcer, hvilket har bragt systemet ud af balance. Hvis der var færre rovdyr til at fortære byttet, ville byttet trives, overbefolke og dermed forbruge for mange ressourcer. Overproduktion reducerede derefter byttedyrpopulationer i en naturlig aflivning. Hvis der var flere rovdyr, ville de forbruge for meget bytte for bæredygtig overlevelse, hvilket fører til det samme resultat.
Introduktionen af virussen var den eneste årsag til denne store udsving i artsdiversiteten, fandt forskerne.
Rollen af kulstofemissioner
Moderne organismer, herunder mennesker, har få, om nogen, naturlige forsvarsmekanismer for gamle patogener. Men for forskerholdet er undersøgelsen mere en opfordring til handling end en sand advarsel, sagde Strona og Bradshaw.
“Vi behøver ikke at slå alarm endnu,” sagde Dr. Kimberley Miner, en klimaforsker ved NASA’s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. Han sagde, at han mener, at der er mere presserende bekymringer om klimakrisen, som er meget mere kontrollerbare, såsom at bremse udledningen af kulstof til atmosfæren.
Undersøgelsen er et godt første skridt i at kvantificere risiciene fra disse ukendte variabler, sagde Miner, som ikke var involveret i denne forskning. Men muligheden for infektion med disse nye patogener er stadig “meget usandsynlig”.
Områder, der indeholder terrestrisk permafrost, er tyndt befolket. Hvis de gamle patogener på en eller anden måde formåede at flygte, ville de have svært ved at finde folk til at inficere. Derudover tøs permafrost gradvist op i løbet af året med en hastighed på omkring 1,2 tommer (3 centimeter) pr. sæson, og de fleste af de 4 sextillioner celler frigives under denne gradvise optøning, sagde Miner.
Pludselige optøninger i den arktiske permafrost, som nogle gange sker hurtigt i løbet af få dage, er “det, vi er mest bekymrede for med hensyn til at frigive organismer, vi ikke er bekendt med,” forklarede han.
Efterhånden som de globale gennemsnitstemperaturer stiger, vil disse skarpe tøer kun blive mere almindelige. Efter rekordhøje temperaturer i juli har droneoptagelser fanget Sibiriens største permafrostkrater, der synker, mens isen under jorden smelter.
Strona og Bradshaw nævnte behovet for mere forskning for at udvide implikationerne af deres resultater til menneske- eller dyrepopulationer. Begge forskere sagde, at deres hensigt var at skabe en ramme for vurdering af risikoen for biologiske angribere fra en svunden tid.
Den eneste forebyggende handling i alle disse tilfælde – uanset om det er havniveaustigning, dødelig varme eller nye patogener – er at bremse eller standse de kulstofemissioner, der fører til global opvarmning og beskytte arktiske økosystemer, sagde forfatterne af undersøgelsen. Uden at gøre det, vil de cascading økologiske effekter ikke længere være science fiction, sagde de.
For flere CNN-nyheder og nyhedsbreve skal du oprette en konto på CNN.com