Studi baru memperingatkan bahaya ‘patogen penjelajah waktu’

Mendaftar untuk buletin sains Wonder Theory CNN. Jelajahi alam semesta dengan berita penemuan menakjubkan, kemajuan ilmiah, dan banyak lagi.

CNN
–

Saat iklim menghangat, para ilmuwan berpendapat bahwa “patogen penjelajah waktu” yang dilepaskan oleh pencairan permafrost Arktik dapat menimbulkan ancaman bagi ekosistem modern.

permafrost Ini adalah lapisan padat tanah beku yang terbuat dari tanah, pasir, dan batu di dalamnya Dataran tinggi atau ketinggian Seperti Greenland, Alaska, Siberia, Dataran Tinggi Tibet dan Kanada bagian utara. Penelitian baru menemukan bahwa lapisan es ini menjebak mikroba yang tetap tidak aktif untuk jangka waktu yang lama, tetapi planet yang menghangat dapat menciptakan kondisi yang tepat bagi patogen ini untuk kembali dari masa lalu.

Untuk lebih memahami potensi pengaruh lingkungan, tim peneliti internasional secara numerik memodelkan interaksi antara virus purba dan bakteri modern dalam sebuah penelitian yang diterbitkan 27 Juli di jurnal Nature. Biologi Komputasi PLOS.

Melalui puluhan ribu iterasi, tim peneliti melacak bagaimana virus memengaruhi keragaman spesies dalam komunitas bakteri. Sekitar 1% virus purba menyebabkan gangguan besar pada ekosistem digital. Patogen meningkatkan keanekaragaman hingga 12% atau, sebaliknya, mengurangi keanekaragaman spesies hingga 32%. Penyerbu virus tidak hanya bertahan, mereka berevolusi dari waktu ke waktu, membuat sistem tidak seimbang.

Para peneliti menggunakan perangkat lunak yang disebut Avida untuk mensimulasikan apakah patogen berhasil menembus ekosistem. Dalam jaringan dua dimensi, organisme bakteri berinteraksi dengan lingkungannya untuk bersaing memperebutkan energi dan ruang. Pesaing yang telah menemukan ceruknya dapat berkembang biak dan bertahan melalui turnamen.

Dengan demikian, ada sedikit kesalahan dalam reproduksi yang menciptakan keragaman genetik, Yang menyebabkan lebih banyak kerumitan sistem lingkungan. Ketika virus memasuki lingkungan ini, seperti parasit lainnya, ia hanya dapat memperoleh energi dengan menyaring inang bakteri yang sesuai. Tuan rumah kemudian tidak dapat menerima energi yang mereka butuhkan untuk bertahan hidup atau bereproduksi, dan kemudian mati.

Apakah ini berarti bahwa hampir sepertiga manusia dan organisme lain berisiko segera meninggal akibat penyakit virus yang terbangun? Tidak. Tapi penulis utama Giovanni Strona dan co-penulis Cory Bradshaw mengatakan temuan itu menambah lapisan kekhawatiran terhadap risiko iklim yang terus memanas.

Dalam dua dekade terakhir, lebih banyak penelitian telah dikhususkan untuk memahami konsekuensinya mencairkan permafrost Di daerah kutub, seperti A Januari 2022 studi NASA yang menyelidiki efek pelepasan karbon selama peristiwa pencairan tiba-tiba dan pengamatan Jean-Michel Clavery selama satu dekade terhadap patogen infeksius yang terperangkap di permafrost.

Claverie, profesor emeritus kedokteran dan genomik di Fakultas Kedokteran Universitas Aix-Marseille, menghidupkan kembali apa yang dia sebut virus “zombie” dari permafrost pada tahun 2014 dan 2015, dan dia dan timnya telah melaporkan lima keluarga baru virus purba yang mampu menginfeksi amuba di sebuah studi Pada bulan Februari, seperti yang sebelumnya dilaporkan oleh CNN. Penelitian yang dipimpin Clavery menunjukkan bahwa mikroba purba dapat tetap menular meskipun tidak aktif selama puluhan ribu tahun.

Dengan menggunakan asumsi dari penelitian Claverie ini, Bradshaw, direktur Laboratorium Lingkungan Global di Universitas Flinders di Australia, dan Strona, peneliti senior di Pusat Penelitian Gabungan Komisi Eropa, merancang simulasi untuk menentukan konsekuensi yang dapat ditimbulkan oleh patogen ini.

Dan sementara 1% patogen yang menyebabkan gangguan besar tampaknya rendah, 4 sel sextillion keluar dari permafrost setiap tahun, kata Bradshaw. Ini lebih dari Jumlah bintang di galaksi.

“Satu persen dalam 4 sextillion adalah angka yang bahkan tidak dapat dibayangkan oleh kebanyakan orang. Ada banyak, banyak kemungkinan hal itu terjadi. Kemungkinannya jarang untuk satu virus, tetapi ada banyak kemungkinan virus,” katanya kepada CNN di wawancara telepon.

Bradshaw menyamakan virus permafrost dengan spesies invasif lainnya. Di dunia nyata, sebagian besar invasi gagal, yang tercermin dalam penelitian tersebut. Dia mengatakan alasan kita masih bermasalah dengan spesies invasif adalah karena begitu banyak introduksi ke ekosistem.

Baca selengkapnya: Spesies invasif di seluruh dunia dalam gambar

Strona mengatakan bahwa selama peristiwa invasi yang berhasil dalam studi tersebut, hilangnya keanekaragaman spesies sebesar 32% tidak berarti bahwa virus tersebut membunuh sepertiga dari semua bakteri di ekosistem digital. Sebaliknya, itu berarti seluruh ekosistem mengalami kehilangan 32% keanekaragaman bakteri.

Ketika virus menginfeksi bakteri dan membunuh inangnya, efeknya pada ekosistem menjadi bencana besar. Sumber daya yang pernah ada dalam keseimbangan tidak tersedia lagi, kata Bradshaw, sehingga spesies yang tersisa dipaksa berlomba untuk bertahan hidup. Predator dan mangsa Mereka berjuang untuk penggunaan sumber daya yang tersisa, menghasilkan sistem yang tidak seimbang. Jika ada lebih sedikit pemangsa yang memakan mangsanya, mangsa itu berkembang biak, berpenduduk, dan kemudian menghabiskan lebih banyak sumber daya. Kemudian kelebihan produksi mengurangi jumlah mangsa dalam proses pemusnahan alami. Jika ada lebih banyak predator, mereka akan memakan terlalu banyak mangsa untuk bertahan hidup secara berkelanjutan, yang berujung pada hasil yang sama.

Para peneliti menemukan bahwa pengenalan virus adalah satu-satunya penyebab fluktuasi besar dalam keanekaragaman spesies.

Organisme modern, termasuk manusia, memiliki sedikit, jika ada, mekanisme pertahanan alami untuk patogen purba. Bagi tim peneliti, kata Strona dan Bradshaw, penelitian ini lebih merupakan seruan untuk bertindak daripada peringatan nyata.

“Kita tidak perlu membunyikan alarm sekarang,” kata Dr. Kimberly Miner, ilmuwan iklim di Jet Propulsion Laboratory NASA di Pasadena, California. Dia percaya ada kekhawatiran yang lebih mendesak tentang krisis iklim yang bisa lebih terkendali, seperti memperlambat pelepasan karbon ke atmosfer.

Studi ini merupakan langkah awal yang bagus dalam mengidentifikasi risiko dari varian yang tidak diketahui ini, kata Miner, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. Tetapi kemungkinan infeksi dari patogen yang muncul ini tetap “sangat tidak mungkin”.

Daerah yang mengandung permafrost Bumi jarang penduduknya. Jika patogen kuno entah bagaimana berhasil melarikan diri, mereka akan kesulitan menemukan orang untuk diinfeksi. Selain itu, permafrost mencair secara bertahap sepanjang tahun dengan kecepatan sekitar 1,2 inci (3 sentimeter) per musim, dan sebagian besar sel 4-sextillion dilepaskan selama pencairan bertahap ini, kata Miner.

Dia menjelaskan bahwa pencairan permafrost yang tiba-tiba di Kutub Utara, yang terkadang terjadi secepat mungkin selama beberapa hari, adalah “kekhawatiran terbesar kami dalam hal pelepasan organisme yang tidak kami ketahui.”

Saat suhu rata-rata global meningkat, pelelehan tiba-tiba ini akan menjadi lebih umum. Setelah rekor suhu tinggi pada bulan Juli, rekaman drone menangkap kawah es terbesar di Siberia yang tenggelam saat salju mencair di bawah tanah.

Strona dan Bradshaw menunjukkan bahwa diperlukan lebih banyak penelitian untuk memperluas implikasi temuan mereka pada manusia atau hewan. Para peneliti mengatakan niat mereka adalah untuk menyediakan kerangka kerja untuk menilai risiko penyerbu biologis dari zaman dulu.

Dalam semua kasus ini, kata penulis penelitian, satu-satunya tindakan pencegahan – apakah itu kenaikan permukaan laut, panas yang mematikan atau munculnya patogen – adalah memperlambat atau menghentikan emisi karbon yang mendorong pemanasan global dan melindungi ekosistem Arktik. Tanpa melakukannya, kata mereka, aliran lingkungan tidak akan menjadi fiksi ilmiah.