Древние патогены, выпущенные из тающего льда, могут нанести ущерб миру: Новое исследование

Научная фантастика изобилует причудливыми рассказами о смертоносных организмах, появляющихся изо льда и сеющих хаос среди ничего не подозревающих человеческих жертв

От инопланетян, меняющих форму в Антарктиде, до суперпаразитов, появляющихся из тающей вечной мерзлоты в Гренландии и вызывающей вирусную пандемию, — эта концепция является чудесным кормом для сюжета. Но насколько это правдоподобно? Могут ли патогены, которые когда-то были обычным явлением на Земле, но замороженные на тысячелетия в ледниках, ледяных шапках и вечной мерзлоте, появиться из тающего льда и опустошить современные экосистемы? Потенциал, на самом деле, вполне реальный.

Фото: Уильям А. Кларк

Опасности подстерегают

В 2003 году бактерии были возрождены из проб, взятых со дна ледяного керна, пробуренного в ледяной шапке на Цинхай-Тибетском плато. Льду на такой глубине было более 750 000 лет. В 2014 году гигантский «зомби» вирус Pithovirus sibericum возродился из сибирской вечной мерзлоты возрастом 30 000 лет. А в 2016 году вспышку сибирской язвы (заболевание, вызываемое бактерией Bacillus anthracis) в Западной Сибири связывали с быстрым оттаиванием спор B. anthracis в вечной мерзлоте. А совсем недавно ученые обнаружили поразительную генетическую совместимость между вирусами, выделенными из озерных отложений в высоких широтах Арктики, и потенциальными живыми хозяевами.

Климат Земли нагревается с невероятной скоростью, причем в четыре раза быстрее в более холодных регионах, таких как Арктика. По оценкам, мы можем ожидать, что четыре секстиллиона (4 000 000 000 000 000 000 000) микроорганизмов будут выделяться из таяния льда каждый год. Это примерно то же самое, что и предполагаемое количество звезд во Вселенной. Однако, несмотря на непостижимо большое количество микроорганизмов, высвобождаемых из тающего льда (включая патогены, которые потенциально могут заразить современные виды), никто не смог оценить риск, который это представляет для современных экосистем.

В новом исследовании, опубликованном в журнале PLOS Computational Biology, мы рассчитали экологические риски, связанные с выпуском непредсказуемых древних вирусов. Наше моделирование показывает, что 1% смоделированного выброса всего одного дремлющего патогена может вызвать серьезный ущерб окружающей среде и массовую гибель организмов-хозяев по всему миру.

Цифровые миры

Мы использовали программное обеспечение под названием Avida для проведения экспериментов, имитирующих попадание одного типа древнего патогена в современные биологические сообщества. Затем мы измерили влияние этого вторгающегося патогена на разнообразие современных бактерий-хозяев в тысячах симуляций и сравнили их с симуляциями, в которых вторжения не произошло.

Фото: Хелле Астрид Кьер

Вторгшиеся патогены часто выживали и развивались в смоделированном современном мире. Примерно в 3% случаев патоген становился доминирующим в новой среде, и в этом случае они с большой вероятностью наносили ущерб современному разнообразию хозяев.

В худшем (но все же вполне вероятном) сценарии вторжение уменьшило размер принимающего сообщества на 30% по сравнению с контрольной группой.

Риск от этой небольшой части патогенов может показаться небольшим, но имейте в виду, что это результат высвобождения только одного конкретного патогена в моделируемой среде. Учитывая огромное количество древних микробов, высвобождаемых в реальном мире, такие вспышки представляют значительную опасность.

Вымирание и болезнь

Наши результаты показывают, что эта непредсказуемая угроза, которая до сих пор ограничивалась научной фантастикой, может стать мощным двигателем экологических изменений. Хотя мы не моделировали потенциальный риск для людей, тот факт, что «путешествующие во времени» патогены могут прижиться и серьезно ухудшить принимающее сообщество, уже вызывает беспокойство.

Фото: Джованни Строна

Мы выделяем еще один источник потенциального вымирания видов в современную эпоху, который не учитывается даже в наших наихудших моделях вымирания. Как общество, мы должны понимать потенциальные риски, чтобы быть готовыми к ним. Известные вирусы, такие как SARS-CoV-2, Эбола и ВИЧ, вероятно, передавались людям через контакт с другими животными-хозяевами. Таким образом, вполне вероятно, что когда-то связанный со льдом вирус мог проникнуть в человеческую популяцию зоонозным путем.

Хотя вероятность того, что патоген появится из тающего льда и вызовет катастрофические вымирания, невелика, наши результаты показывают, что это больше не фантазия, к которой нам не следует готовиться.

Авторы:

Мэтью Флиндерс, профессор глобальной экологии и моделей, руководитель темы Центра передового опыта ARC для австралийского биоразнообразия и наследия, Университет Флиндерса

Джованни Строна, руководитель докторской программы, Хельсинкский университет