Neue Studie warnt vor Gefahren durch „zeitreisende Krankheitserreger“

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Während sich das Klima erwärmt, vermuten Wissenschaftler, dass „zeitreisende Krankheitserreger“, die durch das Auftauen des arktischen Permafrosts freigesetzt werden, eine Bedrohung für moderne Ökosysteme darstellen könnten.

Permafrost Es handelt sich um eine feste Schicht gefrorenen Bodens, die aus Erde, Sand und Gestein im Inneren besteht Hohe Breiten oder Höhen Wie Grönland, Alaska, Sibirien, das tibetische Plateau und Nordkanada. Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass diese Eisschicht Mikroben einfängt, die über lange Zeiträume inaktiv bleiben. Ein sich erwärmender Planet könnte jedoch die richtigen Bedingungen für die Rückkehr dieser Krankheitserreger aus der Vergangenheit schaffen.

Um mögliche Umwelteinflüsse besser zu verstehen, hat ein internationales Forscherteam in einer am 27. Juli in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Studie die Wechselwirkungen zwischen einem alten Virus und modernen Bakterien numerisch modelliert. PLOS Computational Biology.

Durch Zehntausende Iterationen verfolgte das Studienteam, wie sich das Virus auf die Artenvielfalt in der Bakteriengemeinschaft auswirkte. Etwa 1 % der alten Viren verursachen erhebliche Störungen in digitalen Ökosystemen. Der Erreger erhöhte entweder die Artenvielfalt um bis zu 12 % oder reduzierte umgekehrt die Artenvielfalt um 32 %. Die viralen Eindringlinge überlebten nicht nur, sie entwickelten sich auch im Laufe der Zeit weiter und brachten das System aus dem Gleichgewicht.

Mit der Software Avida simulierten die Forscher, ob Krankheitserreger erfolgreich in ein Ökosystem eindringen würden. In einem zweidimensionalen Netzwerk interagierten Bakterienorganismen mit ihrer Umgebung und konkurrierten um Energie und Raum. Teilnehmer, die ihre Nische gefunden haben, können sich in den Turnieren vermehren und überleben.

Dabei kam es zu geringfügigen Fehlern bei der Fortpflanzung, die zur genetischen Vielfalt führten, Was zu mehr Komplexität führte Umweltsystem. Als das Virus wie jeder andere Parasit in diese Umgebung eindrang, konnte es nur durch das Herausfiltern geeigneter Bakterienwirte Energie gewinnen. Die Wirte waren dann nicht in der Lage, die Energie zu erhalten, die sie zum Überleben oder zur Fortpflanzung brauchten, und starben anschließend.

Bedeutet das, dass fast ein Drittel der Menschen und anderer Organismen Gefahr läuft, bald an einer erwachten Viruserkrankung zu sterben? Nein. Aber Hauptautor Giovanni Strona und Co-Autor Cory Bradshaw sagten, die Ergebnisse fügten den Risiken eines sich ständig erwärmenden Klimas eine weitere Ebene der Besorgnis hinzu.

In den letzten zwei Jahrzehnten wurde mehr Forschung dem Verständnis der Konsequenzen gewidmet auftauender Permafrost In arktischen Regionen wie A NASA-Studie vom Januar 2022 das die Auswirkungen der Kohlenstofffreisetzung bei plötzlichen Tauereignissen untersuchte, und Jean-Michel Claverys jahrzehntelanger Blick auf im Permafrost eingeschlossene infektiöse Krankheitserreger.

Claverie, emeritierter Professor für Medizin und Genomik an der medizinischen Fakultät der Universität Aix-Marseille, hat in den Jahren 2014 und 2015 sogenannte „Zombie“-Viren aus Permafrost wiederbelebt, und er und sein Team haben fünf neue Familien alter Viren gemeldet, die Amöben infizieren können eine Studie. Im Februar, wie bereits von CNN berichtet. Die von Clavery geleitete Forschung zeigte, dass alte Mikroben infektiös bleiben können, obwohl sie Zehntausende von Jahren inaktiv waren.

Basierend auf dieser Annahme aus Claveries Arbeit entwickelten Bradshaw, Direktor des Global Environment Laboratory an der Flinders University in Australien, und Strona, leitender Forscher am Gemeinsamen Forschungszentrum der Europäischen Kommission, eine Simulation, um die Folgen dieser Krankheitserreger zu bestimmen.

Und während 1 % der Krankheitserreger, die eine größere Störung verursachen, gering zu sein scheint, entweichen jedes Jahr 4 Sextillionen Zellen aus dem Permafrost, sagte Bradshaw. Das ist viel mehr als Die Anzahl der Sterne in der Galaxie.

„Ein Prozent von vier Sextillionen ist eine Zahl, die sich die meisten Menschen nicht einmal vorstellen können. Es gibt viele, viele Chancen, dass das passiert. Die Möglichkeit ist bei einem Virus selten, aber es gibt viele mögliche Viren“, sagte er gegenüber CNN ein Telefoninterview.

Bradshaw vergleicht Permafrostviren mit jeder anderen invasiven Art. In der realen Welt scheitern die meisten Invasionen, was die Studie widerspiegelt. Er sagte, der Grund, warum wir immer noch Probleme mit invasiven Arten hätten, sei, dass es so viele Einschleppungen in das Ökosystem gebe.

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Strona sagte, dass der daraus resultierende Verlust der Artenvielfalt von 32 % während der erfolgreichen Invasionsereignisse der Studie nicht bedeute, dass das Virus ein Drittel aller Bakterien im digitalen Ökosystem getötet habe. Stattdessen bedeutet dies, dass das gesamte Ökosystem einen Verlust von 32 % an Bakterienvielfalt erlitten hat.

Wenn Viren Bakterien infizieren und ihre Wirte töten, sind die Auswirkungen auf das Ökosystem katastrophal. Ressourcen, die einst im Gleichgewicht existierten, seien nicht mehr verfügbar, sagte Bradshaw, sodass die verbleibenden Arten zu einem Wettrüsten ums Überleben gezwungen seien. Raubtiere und Beute Sie kämpften für die Nutzung der Ressourcen die übrig blieben, was zu einem unausgeglichenen System führte. Wenn es weniger Raubtiere gab, die die Beute verzehrten, gedieh die Beute, siedelte sich an und verbrauchte dann mehr Ressourcen. Dann reduzierte die Überproduktion die Beutezahlen im natürlichen Keulungsprozess. Wenn es mehr Raubtiere gäbe, würden sie viel mehr Beute fressen, um zu überleben, was zum gleichen Ergebnis führt.

Die Forscher fanden heraus, dass die Einschleppung des Virus die alleinige Ursache für diese große Schwankung der Artenvielfalt war.

Moderne Organismen, einschließlich des Menschen, verfügen, wenn überhaupt, nur über wenige natürliche Abwehrmechanismen gegen alte Krankheitserreger. Für das Forschungsteam, so Strona und Bradshaw, sei die Studie eher ein Aufruf zum Handeln als eine echte Warnung.

„Wir müssen jetzt keinen Alarm schlagen“, sagte Dr. Kimberly Miner, Klimaforscherin am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien. Sie sagte, sie glaube, dass es dringlichere Bedenken hinsichtlich der Klimakrise gebe, die besser kontrollierbar seien, etwa die Verlangsamung der Freisetzung von Kohlenstoff in die Atmosphäre.

Die Studie sei ein großartiger erster Schritt zur Identifizierung des Risikos dieser unbekannten Varianten, sagte Miner, der nicht an dieser Forschung beteiligt war. Die Möglichkeit einer Infektion durch diese neu auftretenden Krankheitserreger bleibe jedoch „höchst unwahrscheinlich“.

Gebiete mit dem Permafrost der Erde sind dünn besiedelt. Wenn es den alten Krankheitserregern irgendwie gelänge, zu entkommen, wäre es für sie schwierig, Menschen zu finden, die sie infizieren könnten. Darüber hinaus taut der Permafrost das ganze Jahr über allmählich mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,2 Zoll (3 Zentimeter) pro Saison auf, und die meisten der 4 Sextillionen Zellen würden während dieses allmählichen Auftauens freigesetzt, sagte Miner.

Sie erklärte, dass das plötzliche Auftauen des Permafrosts in der Arktis, das manchmal so schnell wie möglich für ein paar Tage erfolgt, „unsere größte Sorge im Hinblick auf die Freisetzung von Organismen ist, von denen wir nichts wissen.“

Mit steigender globaler Durchschnittstemperatur werden diese plötzlichen Kernschmelzen häufiger. Nach Rekordtemperaturen im Juli haben Drohnenaufnahmen den größten Krater Sibiriens eingefangen, der vom Permafrost umgeben ist, während das Eis unter der Erde auftaut.

Strona und Bradshaw weisen darauf hin, dass weitere Forschung erforderlich ist, um die Auswirkungen ihrer Erkenntnisse auf Menschen oder Tiere auszudehnen. Die Forscher sagten, ihre Absicht sei es, einen Rahmen für die Bewertung der Risiken biologischer Eindringlinge aus vergangenen Zeiten bereitzustellen.

In all diesen Fällen besteht die einzige vorbeugende Maßnahme – sei es der Anstieg des Meeresspiegels, tödliche Hitze oder neu auftretende Krankheitserreger – darin, die Kohlenstoffemissionen zu verlangsamen oder zu stoppen, die die globale Erwärmung vorantreiben und die arktischen Ökosysteme schützen, so die Autoren der Studie. Ohne dies, so sagten sie, wäre die Kaskadierung der Umwelt keine Science-Fiction.