Τα βαθιά παγωμένα μικρόβια της Αρκτικής ξυπνούν
Η απόψυξη του permafrost απελευθερώνει μικροοργανισμούς, με συνέπειες που εξακολουθούν να είναι σε μεγάλο βαθμό άγνωστες
Τον Αύγουστο του 2019, η Ισλανδία πραγματοποίησε εκδήλωση πένθους για τον παγετώνα Okjökull, τον πρώτο ισλανδικό παγετώνα που έχασε από την κλιματική αλλαγή. Η κοινότητα μνημόνευσε το γεγονός με μια πινακίδα σε αναγνώριση αυτής της μη αναστρέψιμης αλλαγής και των σοβαρών επιπτώσεων που αντιπροσωπεύει. Σε παγκόσμιο επίπεδο, οι ρυθμοί τήξης των παγετώνων έχουν σχεδόν διπλασιαστεί τα τελευταία πέντε χρόνια, με μέση απώλεια 832 mmw.e. (χιλιοστόμετρα ισοδύναμο νερού) το 2015, αυξάνοντας στα 1.243 mmw.e. το 2020 (WGMS). Αυτό το υψηλό ποσοστό απώλειας μειώνει τις παγετώδεις αποθήκες γλυκού νερού και αλλάζει τη δομή του περιβάλλοντος οικοσυστήματος.
Τα τελευταία 10 χρόνια, η υπερθέρμανση στην Αρκτική έχει ξεπεράσει τις προβλέψεις τόσο γρήγορα που οι επιστήμονες επισημαίνουν τώρα ότι οι πόλοι θερμαίνονται τέσσερις φορές πιο γρήγορα από τον υπόλοιπο κόσμο. Αυτό οδήγησε σε επίπεδα τήξης των παγετώνων και της απόψυξης της permafrost που δεν είχε προβλεφθεί ότι θα συμβεί έως το 2050 ή αργότερα. Στη Σιβηρία και τον βόρειο Καναδά, αυτή η απότομη απόψυξη δημιούργησε βυθισμένες εκτάσεις, γνωστές ως thermokarst, όπου το παλαιότερο και βαθύτερο permafrost εκτίθεται στον θερμό αέρα για πρώτη φορά σε εκατοντάδες ή και χιλιάδες χρόνια. Καθώς το παγκόσμιο κλίμα συνεχίζει να θερμαίνεται, παραμένουν πολλές ερωτήσεις σχετικά με το περιφερειακό περιβάλλον των παγετώνων. Μεταξύ αυτών: καθώς αυξάνεται η διήθηση του νερού, θα ξεπαγώσει το permafrost πιο γρήγορα; Και, αν ναι, ποιοι μακροχρόνιοι παγωμένοι οργανισμοί μπορεί να «ξυπνήσουν»;
Το Permafrost καλύπτει το 24% της επιφάνειας της γης και τα συστατικά του εδάφους διαφέρουν ανάλογα με την τοπική γεωλογία. Τα εδάφη της Αρκτικής προσφέρουν ανεξερεύνητη μικροβιακή βιοποικιλότητα και μικροβιακές ανατροφοδοτήσεις, συμπεριλαμβανομένης της απελευθέρωσης άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Σε ορισμένες τοποθεσίες είναι θαμμένος άνθρακας εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών. Τα στρώματα μπορεί ακόμα να περιέχουν αρχαία κατεψυγμένα μικρόβια, Pleistocene megafauna και ακόμη και θαμμένα θύματα ευλογιάς. Καθώς το permafrost ξεπαγώνει με αυξανόμενη ταχύτητα, η αναδυόμενη πρόκληση των επιστημόνων είναι να ανακαλύψουν και να εντοπίσουν τα μικρόβια, τα βακτήρια και τους ιούς που μπορεί να αναδύονται.
Μερικά από αυτά τα μικρόβια είναι γνωστά στους επιστήμονες. Το Methanogenic Archaea, για παράδειγμα, μεταβολίζει τον άνθρακα του εδάφους για να απελευθερώσει μεθάνιο, ένα ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου. Άλλα μικρόβια permafrost (μεθανότροπα) καταναλώνουν μεθάνιο. Η ισορροπία μεταξύ αυτών των μικροβίων παίζει κρίσιμο ρόλο στον καθορισμό της μελλοντικής υπερθέρμανσης του κλίματος.
Άλλα είναι γνωστά αλλά έχουν απρόβλεπτη συμπεριφορά μετά την απελευθέρωσή τους. Νέα στοιχεία για τα γονίδια που κινούνται μεταξύ της απόψυξης των οικοσυστημάτων δείχνουν μια αναδιάρθρωση σε πολλαπλά επίπεδα. Στον Αρκτικό Ωκεανό, τα βακτήρια του πλαγκτονικού Chloroflexi απέκτησαν πρόσφατα γονίδια που χρησιμοποιούνται για την αποδόμηση του άνθρακα από χερσαία είδη Actinobacteria. Καθώς τα λιωμένα από την Αρκτική ποτάμια μετέφεραν ιζήματα από την απόψυξη του μόνιμου πάγου στη θάλασσα, μεταφέρθηκαν επίσης τα γονίδια για την επεξεργασία του άνθρακα.
Η απόψυξη της Permafrost στη Σιβηρία οδήγησε σε ένα ξέσπασμα άνθρακα του 2018 και στο θάνατο 200.000 ταράνδων και ενός παιδιού. Όμως, τα ανθεκτικά σπόρια του Bacillus anthracis μπορεί να αντιπροσωπεύουν μια εξαίρεση στον βίαιο κύκλο κατάψυξης-απόψυξης που υποβαθμίζει πιο ευαίσθητα βακτηριακά και ιογενή παθογόνα. Τα προσαρμόσιμα χαρακτηριστικά τους τους επέτρεψαν να παραμείνουν κατεψυγμένα και βιώσιμα για αιώνες αδράνειας. Οι οργανισμοί που συν-εξελίχθηκαν σε τώρα εξαφανισμένα οικοσυστήματα από το Cenozoic στο Pleistocene μπορεί επίσης να εμφανιστούν και να αλληλεπιδράσουν με το σύγχρονο περιβάλλον μας με εντελώς νέους τρόπους. Ένα πιθανό παράδειγμα, το αναδυόμενο είδος Orthopoxvirus Alaskapox που προκαλεί βλάβες στο δέρμα, έχει εμφανιστεί και εξαφανιστεί στην Αλάσκα δύο φορές τα τελευταία πέντε χρόνια. Είναι πιθανό ο ιός να μεταδοθεί μέσω επαφής ζώου-ανθρώπου, αλλά η προέλευση αυτού του νέου ιού παραμένει άγνωστη.Τα μικρόβια της Αρκτικής περιέχουν ανθεκτικά και ανθεκτικά ψυχρά προσαρμοσμένα μικρόβια. Μερικά είδη επιβιώνουν ως ψυχόφιλα, ένας τύπος ειδικών ειδών που προσαρμόζεται ιδιαίτερα στην παρατεταμένη έκθεση σε συνθήκες υποψύξης. Αυτά τα είδη μπορεί να χαθούν με θέρμανση. Άλλα επιβιώνουν με το να είναι εξαιρετικά προσαρμόσιμα, κατοικούν σε πολλές, ποικίλες θέσεις. Η κατανόηση περισσότερων για την οικολογία αυτών των γενικευμένων και τη γονιδιωματική ποικιλομορφία προσφέρει ένα παράθυρο στο μικρόβιωμα της Νέας Αρκτικής. Αυτά τα γενικευμένα μικρόβια που προσαρμόζονται σε διαφορετικές συνθήκες είναι οι πιθανοί νικητές, καθώς χάνουμε την κρυόσφαιρα. Και έπειτα υπάρχουν μικρόβια που είναι εντελώς άγνωστα στους επιστήμονες, τα οποία μπορεί να αντιπροσωπεύουν μια νέα απειλή.
Είναι σαφές ότι όσο πιο ζεστή κάνουμε την Αρκτική, τόσο πιο περίεργη θα γίνεται, καθώς οι θερμοκρασίες στην επιφάνεια γίνονται πιο ακραίες και η απόψυξη βαθαίνει. Με τη συνένωση των μικροβίων να ξυπνούν από τις βαθιές και επιφανειακές συνθήκες άνευ προηγουμένου στην ανθρώπινη ιστορία, είναι δύσκολο να εκτιμηθούν οι κίνδυνοι με ακρίβεια χωρίς βελτιωμένα μικροβιακά σύνολα δεδομένων της Αρκτικής. Πρέπει να προσέξουμε και τα γνωστά άγνωστα, όπως τα ανθεκτικά στα αντιβιοτικά βακτήρια, και τα άγνωστα άγνωστα, συμπεριλαμβανομένων των πιθανών κινδύνων από την ανάσταση αρχαίων και κακώς περιγραφόμενων ιογενών γονιδιωμάτων από τον Αρκτικό πάγο από συνθετικούς βιολόγους.
Για όλους αυτούς τους λόγους, πρέπει να βρούμε κατευθυντήριες γραμμές για τη μελλοντική έρευνα στην Αρκτική. Καθώς αυξάνεται το ταξίδι στην περιοχή, αυξάνεται επίσης η πιθανότητα εξαγωγής και εισαγωγής παθογόνων. Οι κατευθυντήριες γραμμές για την πλανητική προστασία που ακολουθούν οι διαστημικές υπηρεσίες για να αποτρέψουν τη διαπλανητική μόλυνση μπορούν να παρέχουν ένα πλαίσιο για το πώς η μικροβιακή έρευνα μπορεί να συνεχιστεί με ασφάλεια. Πρέπει να εφαρμοστούν μέτρα βιοεπιτήρησης για την προστασία κοινοτήτων στην Αρκτική και πέραν αυτής. Καθώς η Αρκτική συνεχίζει να μεταμορφώνεται, ένα πράγμα είναι σαφές: καθώς η κλιματική αλλαγή θερμαίνει αυτό το μικροβιακό αποθετήριο κατά τον 21ο αιώνα, δεν έχει ακόμη ειπωθεί ολόκληρο το φάσμα των συνεπειών.
Οι απόψεις και οι απόψεις που εκφράζονται σε αυτό το άρθρο είναι αυτές των συγγραφέων και δεν αντικατοπτρίζουν απαραίτητα την πολιτική ή τη θέση οποιουδήποτε άλλου οργανισμού ή ιδρύματος.
Ο Kimberley R. Miner είναι ειδικός στον κίνδυνο αλλαγής του κλίματος και επίκουρος καθηγητής στο Ινστιτούτο Κλιματικής Αλλαγής του Πανεπιστημίου του Maine. Τα τελευταία της άρθρα σχετικά με τον κίνδυνο για το κλίμα επικεντρώνονται στην πρόσφατη αποστολή της ομάδας της στο Mt. Έβερεστ.
Ο Arwyn Edwards είναι ειδικός σε παραπλανητικά μικροβιακά περιβάλλοντα στο Πανεπιστήμιο Aberystwyth.
