Choć wieczna zmarzlina kojarzy nam się z połaciami lodu, skojarzenie to nie jest do końca traf ne. Permafrost to niekoniecznie lód – tak określa się po prostu– część skorupy ziemskiej, która przez cały rok znajduje się w ujemnej temperaturze. W przypadku tzw. jedomy, czyli zmarzliny z okresu plejstocenu rozciągającej się od północnowschodniej Syberii przez Kanadę do Alaski, lód stanowi 50–90 proc. jej objętości. Aż 2 proc. zaś to węgiel, którego mnóstwo jest w każdym rodzaju permafrostu. W 2011 r. naukowcy oszacowali, że w wiecznej zmarzlinie znajduje się cztery razy tyle węgla, ile ludzie wyemitowali do atmosfery w czasach nowożytnych. I choć nie jest pewne, jaka część tego organicznego węgla trafiłaby do atmosfery jako CO2, to skutą lodem ziemię na północnej półkuli uważa się za tykającą bombę ekologiczną. Która – jeśli zostanie zdetonowana – jeszcze bardziej przyspieszy galopujący kryzys klimatyczny.

Węgiel i najgroźniejszy gaz cieplarniany – metan – to jednak nie wszystko, co zgromadziło się w glebie trzymanej w ziemskiej zamrażarce od epoki lodowcowej (czyli od 2,5 mln lat). Stanowi ona również rezerwuar żyjących dawniej na Ziemi organizmów. Według różnych wyliczeń w zaledwie jednym gramie wiecznej zmarzliny może znajdować się od jednego do tysiąca milionów bakterii. Są tam również wirusy, w tym nieznane nauce, o których istnieniu dowiedzieliśmy się dopiero niedawno, a także znacznie bardziej zaawansowane od nich formy życia.

Badając je, w ostatnich latach naukowcy odnieśli kilka spektakularnych sukcesów. Tylko czy nie jest to osiągnięcie o dużym stopniu ryzyka? W serialu „Fortitude” roztapianie się wiecznej zmarzliny prowadzi nie tylko do odkrycia truchła mamuta, ale i wylęgnięcia się prehistorycznych morderczych os. Jak daleko temu horrorowi do rzeczywistości? Czy w wiecznej zmarzlinie naprawdę może znajdować się coś, co okaże się dla nas niebezpieczne? A może wręcz przeciwnie – jej badanie da nam nową nadzieję?

BAKTERIE MATUZALEMY

W roku 1980 ogłoszono jeden z największych sukcesów, jakie może odnieść nauka. Światowa Organizacja Zdrowia oznajmiła, że ospa prawdziwa, jedna ze zmór nękających ludzkość od czasów wynalezienia rolnictwa 10 tys. lat p.n.e., została eradykowana. Termin eradykacja oznacza, że patogen wywołujący chorobę nie występuje w organizmach ludzi, zwierząt ani w środowisku. Tym samym ostra wirusowa choroba zakaźna, opisywana już przez Galena, zawleczona przez Corteza do Ameryki Południowej, regularnie zbierająca śmiertelne żniwo w Afryce, Azji i Europie, została uznana za ostatecznie zwalczoną. Tylko czy na pewno? Jean-Michel Claverie jest wirusologiem z francuskiego Uniwersytetu Aix-Marseille.

Pięć lat temu w wywiadzie dla BBC zwrócił uwagę na pewien istotny szczegół. – Ospa prawdziwa nie została eradykowana z naszej planety – stwierdził. – Ale jedynie z jej
powierzchni. Claverie wiedział, co mówi. Świat obiegła właśnie elektryzująca wiadomość, że wraz z zespołem ożywił znaleziony w wiecznej zmarzlinie wirus, który liczy sobie 30 tys. lat. Co prawda Pithovirus sibericum zabija tylko ameby, ale co by było, gdyby naukowcy natrafili na patogen atakujący ludzi? – Schodząc niżej, ryzykujemy, że ospa znów stanie się chorobą nękającą ludzkość – komentował Claverie pytany o szanse na to, że w permafroście mogą się znajdować zagrażające nam mikroby.

Na potwierdzenie tej tezy nie trzeba było długo czekać. W wyjątkowo ciepłe lato 2016 r. na Półwyspie Jamalskim niespodziewanie pojawił się wąglik. Zarażonych zostało 2 tys. reniferów, a także niewielka grupa ludzi. Kilkanaście osób trafiło do szpitali, a jedna, 12-letni chłopiec, zmarła. Przypuszcza się, że wywołujący chorobę patogen, bakteria Bacillus anthracis, pochodził z trucheł reniferów zdziesiątkowanych przez wąglika 75 lat wcześniej. W początkach XX w. na Jamale miała miejsce wielka epidemia, która zabiła
nawet milion zwierząt. Część z nich czekała w wiecznej zmarzlinie, aż sięgające 35 st. C upały doprowadziły do rozmrożenia gruntu, odsłonięcia szczątków i przedostania się
patogenu do wody i gleby. A stamtąd – do łańcucha pokarmowego. Patogenu, który – jeśli ta teoria jest prawdziwa – pod ponad siedmiu dekadach hibernacji powrócił do życia i okazał się zdolny do infekowania.

ZE ŚMIERTELNEGO ZIMNA

– Wieczna zmarzlina do doskonałe miejsce do przechowywania wirusów i bakterii – mówił Jean-Michel Claverie. – Jest w niej zimno, ciemno i nie ma tlenu – dodawał. W takich
warunkach metabolizm komórek bakterii zwalnia, a w skrajnych przypadkach zupełnie się zatrzymuje. Minimalizowane jest również ryzyko uszkodzeń DNA. W rezultacie najprostsze organizmy mogą w doskonałym stanie przetrwać milenia, a gdy warunki się poprawią – ożyć. O tym, że jest to możliwe, naukowcy przekonali się w pierwszym dziesięcioleciu XXI wieku. W 2005 r. po raz pierwszy grupa badaczy z NASA ogłosiła, że przywróciła do życia bakterie wydobyte z wiecznej zmarzliny na Alasce. Nowo odkryte mikroby nazwano Carnobacterium pleistocenium na cześć epoki, z której pochodziły. Oszacowano, że mają 32 tys. lat.  – Gdy tylko lód się rozpuścił, natychmiast zaczęły pływać – relacjonował Richard Hoover, astrobiolog z NASA.

 

BADANIA RYZYKOWNY EKSPERYMENT – NOWY POZIOM ODWAGI

Wśród naukowców badających znalezione w wiecznej zmarzlinie patogeny wyróżnił się dr Anatoli Brouchkov z Uniwersytetu Moskiewskiego. Czym? W 2009 roku w prób kach pobranych – w Jakucji Brouchkov znalazł mającą 3,5 mln lat bakterię. Została ochrzczona Bacillus F. Naukowcy przetestowali jej wpływ na owoce i myszy i odkryli, że
jakoby – w niewyjaśniony sposób – przedłuża im życie. A wówczas Brouchkov postanowił pójść o krok dalej i wstrzyknął prehistoryczną bakterię samemu sobie. Dwa lata po eksperymencie donosił, że przez ten czas nie złapał nawet przeziębienia i czuje się znakomicie. Choć nie ma pewności, czy Brouchkov faktycznie zyskał dodatkowe lata życia dzięki Bacillus F, na pewno zdobył międzynarodową sławę.

– Gdy tylko lód się rozpuścił, natychmiast zaczęły pływać – relacjonował Richard Hoover, astrobiolog z NASA. Opowiadał też, że Carnobacterium pleistocenium od razu były gotowe odżywiać się i dzielić. W 2007 r. stawka została wielokrotnie podbita. Najpierw grupa duńskich naukowców pod kierownictwem prof. Eske Willersleva ogłosiła, że wydobyła DNA z żywych bakterii pochodzących z lodu liczącego 800 tys. lat. Miesiąc później zespół Kay Bidle z Rutgers University w New Jersey pochwalił się, że w ich laboratoriach na szalkach Petriego rozwijają się kultury bakterii mających 8 milionów lat! Wydobyto je z lodowca na Antarktydzie. Jak to możliwe, że po takim czasie jakiekolwiek organizmy są w stanie wrócić do życia? Naukowcy zwracają uwagę, że odpowiedzi nie stanowią wyłącznie same warunki sprzyjające przetrwaniu. Pomaga też zdolność niektórych bakterii do tworzenia specjalnych form przetrwalnikowych – tzw. endospor.

Cytoplazma endospory odwadnia się, a przetrwalnik zostaje otoczony grubymi osłonkami, które chronią zawartość przed jakimikolwiek wpływami z zewnątrz. Osłonki są nie tylko nieprzepuszczalne, ale również ciepłoodporne. W takim stanie bakteria jest w stanie przetrwać trudne do wyobrażenia okresy. W 2000 r. Russell Vreeland z West Chester
University ogłosił, że udało mu się przywrócić do życia bakterie, które rozmnażały się, jeszcze zanim na Ziemi pojawiły się dinozaury. Naukowiec twierdził, że ożywił bakterie
sprzed 250 mln lat. Co prawda przetrwały nie w lodzie, ale w jeszcze lepszym izolatorze – kryształach soli, jednak sukces zawdzięczały również zdolności do formowania endospor.

Nie wszystkie drobnoustroje to potrafią – jednak umieją to bakterie wąglika, tężca, a także Clostridium botulinum, powodujące zatrucie jadem kiełbasianym. Te bakterie mogą więc stanowić realne zagrożenie, czekając w zmarzlinie, aż wzrost temperatur przywróci je do życia. Podobnie sprawa ma się z wirusami – są wśród nich bardziej odporne, otoczone tylko płaszczem białkowym, i mniej, które ukryte są dodatkowo w osłonce lipidowej. Jest ona wrażliwa na wysuszenie i ciepło, dlatego ten rodzaj wirusów radzi sobie gorzej z przetrwaniem poza organizmem gospodarza. Należą do niego wirusy ospy prawdziwej, grypy i HIV, a także herpeswirusy (wywołują m.in. opryszczkę, ospę wietrzną i półpaśca). Mniejszą odporność rekompensują sobie jednak większymi zdolnościami adaptacyjnymi pozwalającymi pokonać układ odpornościowy – stąd usprawiedliwione są niepokoje wywołane na razie czysto fikcyjnymi scenariuszami odsłonięcia przez wieczną zmarzlinę zwłok neandertalczyków lub denisowian i zaatakowania współczesnych ludzi przez gnębiące ich patogeny.

KOMU ROBAK

Drobnoustroje chorobotwórcze to nie wszystko, co możemy zobaczyć, w miarę jak wieczna zmarzlina będzie się topić. Mamy realną szanse doczekać się czasów, w których pod
naszymi stopami zaczną ożywać flora i fauna z plejstocenu. Od roku wiadomo, że realistyczny jest scenariusz opowiadający o tym, że z ziemi zaczną wychodzić plejstoceńskie robaki. W środku lata 2018 r. rosyjscy naukowcy ogłosili, że przywrócili do życia liczące 42 tys. lat nicienie. Nicienie to niewielkie – zazwyczaj milimetrowe – robaki, które znane
są z wyjątkowych zdolności adaptacyjnych. Niektóre odkryto ponad kilometr pod ziemią, inne żyją w przewodzie pokarmowym ślimaków, jeszcze inne zaś są w stanie rozwinąć kilka różnych otworów gębowych w zależności od tego, jaki rodzaj pożywienia znajduje się w pobliżu. Okazuje się jednak, że nicienie mogą przetrwać znacznie więcej niż wegetację w odchodach mięczaków. Naukowcy, o których odkryciu napisało czasopismo naukowe „Doklady Biological Sciences”, pobrali próbki wiecznej zmarzliny znad rzeki Kołymy.

Następnie umieścili je na szalkach Petriego, ogrzali do 20 st. C, dołożyli substancje odżywcze i zaczekali kilka tygodni. Okazało się, że dwa znajdujące się w próbkach nicienie
– oba rodzaju żeńskiego – zaczęły zdradzać oznaki życia. Badacze przyznawali, że istniało ryzyko zanieczyszczenia próbki, jednak twierdzą, że dołożyli wszelkich starań, by tak się nie stało. Jeśli się nie mylą, ich odkrycie ma rewolucyjne znacznie – stanowi bowiem dowód, że nie tylko jednokomórkowe patogeny, ale również złożone organizmy wielokomórkowe są w stanie przetrwać wieloletnią krioprezerwację.

Wskazują na to również badania mchów z wiecznej zmarzliny. W 2014 r. brytyjscy naukowcy ogłosili, że przywrócili je do życia po trwającej półtora tysiąca lat hibernacji w permafroście. Badanie organizmów, które posiadają zdolność do powrotu do życia po mileniach, ma znaczenie dla wielu dziedzin nauki – od kriomedycyny, kriobiologię po astrobiologię. Pozwalają bowiem nie tylko szukać molekularnych mechanizmów sprzyjających utrzymaniu się przy życiu komórki umieszczonej w ujemnych temperaturach, ale też spekulować o tym, że życie byłoby w stanie przetrwać trwającą miliony lat podróż na asteroidzie. Daje to nadzieję, że katastrofa, jaką jest kryzys klimatyczny, może pomóc rozwinąć bardzo odległe od klimatologii dziedziny badań i, pośrednio, przynieść jakieś pozytywne skutki.

W 2014 r. w wiecznej zmarzlinie Syberii odkryto bardzo dobrze zachowane...

Magdalena Salik – redaktorka, dziennikarka zajmująca się tematyką popularnonaukową.