Warmere temperaturen in het Noordpoolgebied ontdooien de permafrost in de regio - een bevroren laag grond onder de aarde - en brengen mogelijk virussen tot leven die al tienduizenden jaren inactief zijn.
terwijl een pandemie veroorzaakt door een ziekte uit een ver verleden het uitgangspunt lijkt van een sciencefictionfilm, waarschuwen wetenschappers dat de risico's, hoe klein ook, worden onderschat. Tijdens dooien kan chemisch en radioactief afval uit de Koude Oorlog vrijkomen, wat mogelijk schade toebrengt aan soorten en ecosystemen verstoort.
"Er is veel aan de hand met de permafrost dat zorgwekkend is, en het laat echt zien waarom het super belangrijk is dat we zoveel mogelijk van de permafrost bevroren houden", zegt Kimberley Miner, een klimaatwetenschapper bij het NASA Jet Propulsion Laboratory aan de California Institute of Technology in Pasadena, Californië.
Permafrost beslaat een vijfde van het noordelijk halfrond en heeft lange tijd de Arctische toendra en boreale bossen van Alaska, Canada en Rusland ondersteund. Het fungeert als een tijdcapsule en bewaart de gemummificeerde overblijfselen van verschillende uitgestorven wezens die wetenschappers de afgelopen jaren hebben kunnen ontdekken en analyseren, waaronder twee holeleeuwenwelpen en een wolharige neushoorn.
Permafrost is niet alleen een geschikt opslagmedium omdat het koud is; het is ook een zuurstofvrije omgeving waar licht niet doordringt. De huidige Arctische temperaturen warmen echter tot vier keer sneller op dan de rest van de aarde, waardoor de bovenste laag permafrost in de regio wordt ondermijnd.
Jean-Michel Claverie, emeritus hoogleraar geneeskunde en genomica aan de Aix-Marseille University School of Medicine in Marseille, Frankrijk, heeft aardmonsters getest die zijn genomen uit Siberische permafrost om te zien of de daarin aanwezige virale deeltjes nog besmettelijk zijn. Hij is op zoek naar 'zombievirussen', zoals hij ze noemt, en hij heeft er enkele gevonden.
De virusjager
Claverie bestudeert een bepaald type virus dat hij voor het eerst ontdekte in 2003. Bekend als gigantische virussen, ze zijn veel groter dan de typische variëteit en zichtbaar onder een gewone lichtmicroscoop, in plaats van een krachtigere elektronenmicroscoop - waardoor ze hier een goed model voor zijn soort laboratoriumwerk.
Zijn pogingen om in permafrost ingevroren virussen op te sporen, waren deels geïnspireerd door een team van Russische wetenschappers die in 2012 een wilde bloem nieuw leven inblies uit een 30,000 jaar oud zaadweefsel gevonden in het hol van een eekhoorn. (Sindsdien hebben wetenschappers ook met succes oude microscopisch kleine dieren weer tot leven gewekt.)
In 2014 slaagde hij erin een virus dat hij en zijn team hadden geïsoleerd uit de permafrost nieuw leven in te blazen, waardoor het voor het eerst in 30,000 jaar besmettelijk werd door het in gekweekte cellen te brengen. Voor de veiligheid had hij ervoor gekozen een virus te bestuderen dat zich alleen kon richten op eencellige amoeben, niet op dieren of mensen.
Hij herhaalde de prestatie in 2015, waarbij hij een ander virustype isoleerde dat ook op amoeben was gericht. En in zijn laatste onderzoek, gepubliceerd op 18 februari in het tijdschrift Viruses, isoleerden Claverie en zijn team verschillende stammen van het oude virus uit meerdere permafrostmonsters genomen uit zeven verschillende plaatsen in Siberië en toonden aan dat ze elk gekweekte amoebecellen konden infecteren.
Die laatste stammen vertegenwoordigen vijf nieuwe families van virussen, bovenop de twee die hij eerder nieuw leven ingeblazen had. De oudste was bijna 48,500 jaar oud, gebaseerd op radiokoolstofdatering van de bodem, en kwam uit een monster van de aarde genomen uit een ondergronds meer 16 meter (52 voet) onder het oppervlak. De jongste monsters, gevonden in de maaginhoud en vacht van de overblijfselen van een wolharige mammoet, waren 27,000 jaar oud.
Dat amoebe-infecterende virussen na zo'n lange tijd nog steeds besmettelijk zijn, duidt op een potentieel groter probleem, zei Claverie. Hij is bang dat mensen zijn onderzoek als een wetenschappelijke curiositeit beschouwen en het vooruitzicht dat oude virussen weer tot leven komen niet als een ernstige bedreiging voor de volksgezondheid beschouwen.
"We beschouwen deze amoebe-infecterende virussen als surrogaten voor alle andere mogelijke virussen die zich in de permafrost kunnen bevinden", vertelde Claverie aan CNN.
"We zien de sporen van vele, vele, vele andere virussen", voegde hij eraan toe. “Dus we weten dat ze er zijn. We weten niet zeker of ze nog in leven zijn. Maar onze redenering is dat als de amoebevirussen nog in leven zijn, er geen reden is waarom de andere virussen niet nog in leven zullen zijn en hun eigen gastheren kunnen infecteren.”
Precedent voor menselijke infectie
In permafrost zijn sporen gevonden van virussen en bacteriën die mensen kunnen infecteren.
Een longmonster van het lichaam van een vrouw, opgegraven in 1997 uit permafrost in een dorp op het schiereiland Seward in Alaska, bevatte genomisch materiaal van de griepstam die verantwoordelijk was voor de pandemie van 1918. In 2012 bevestigden wetenschappers dat de 300 jaar oude gemummificeerde resten van een in Siberië begraven vrouw de genetische handtekeningen bevatten van het virus dat pokken veroorzaakt.
Een miltvuuruitbraak in Siberië die tientallen mensen en meer dan 2,000 rendieren trof tussen juli en augustus in 2016, wordt ook in verband gebracht met het dieper ontdooien van de permafrost tijdens uitzonderlijk hete zomers, waardoor oude sporen van Bacillus anthracis weer opduiken van oude begraafplaatsen of kadavers van dieren.
Birgitta Evengård, emerita professor aan de afdeling Klinische Microbiologie van de Universiteit van Umea in Zweden, zei dat er beter toezicht moet zijn op het risico van mogelijke ziekteverwekkers bij het ontdooien van permafrost, maar waarschuwde voor een alarmerende aanpak.
"Je moet niet vergeten dat onze immuunafweer is ontwikkeld in nauw contact met de microbiologische omgeving", zegt Evengård, die deel uitmaakt van het CLINF Nordic Centre of Excellence, een groep die onderzoek doet naar de effecten van klimaatverandering op de prevalentie van infectieziekten bij mensen en dieren in noordelijke regio's.
"Als er een virus verborgen zit in de permafrost waarmee we al duizenden jaren niet in contact zijn geweest, kan het zijn dat ons immuunsysteem niet voldoende is", zei ze. “Het is correct om respect te hebben voor de situatie en proactief te zijn en niet alleen reactief. En de manier om angst te bestrijden is door kennis te hebben.”
Natuurlijk weten wetenschappers in de echte wereld niet hoe lang deze virussen besmettelijk kunnen blijven als ze eenmaal zijn blootgesteld aan de huidige omstandigheden, of hoe waarschijnlijk het is dat het virus een geschikte gastheer tegenkomt. Niet alle virussen zijn ziekteverwekkers die ziekten kunnen veroorzaken; sommige zijn goedaardig of zelfs gunstig voor hun gastheren. En hoewel het de thuisbasis is van 3.6 miljoen mensen, is het noordpoolgebied nog steeds een dunbevolkte plaats, waardoor het risico van menselijke blootstelling aan oude virussen erg laag is.
Toch "zal het risico ongetwijfeld toenemen in de context van de opwarming van de aarde", zei Claverie, "waarin het ontdooien van de permafrost zal blijven versnellen en meer mensen het Noordpoolgebied zullen bevolken in de nasleep van industriële ondernemingen."
En Claverie is niet de enige die waarschuwt dat de regio een vruchtbare voedingsbodem kan worden voor een overloopgebeurtenis – wanneer een virus een nieuwe gastheer binnendringt en zich begint te verspreiden.
Vorig jaar publiceerde een team van wetenschappers onderzoek naar monsters van grond en meersediment uit Lake Hazen, een zoetwatermeer in Canada, gelegen binnen de poolcirkel. Ze hebben het genetische materiaal in het sediment gesequenced om virale handtekeningen en de genomen van potentiële gastheren - planten en dieren - in het gebied te identificeren.
Met behulp van een computermodelanalyse suggereerden ze dat het risico dat virussen overslaan naar nieuwe gastheren hoger was op locaties in de buurt van waar grote hoeveelheden gletsjersmeltwater het meer instroomden - een scenario dat waarschijnlijker wordt naarmate het klimaat warmer wordt.
Onbekende gevolgen
Het identificeren van virussen en andere gevaren in de opwarmende permafrost is de eerste stap om te begrijpen welk risico ze vormen voor het Noordpoolgebied, zei Miner van NASA's Jet Propulsion Laboratory. Andere uitdagingen zijn onder meer het kwantificeren van waar, wanneer, hoe snel en hoe diep permafrost zal ontdooien.
Ontdooien kan een geleidelijk proces zijn van slechts enkele centimeters per decennium, maar gebeurt ook sneller, zoals in het geval van enorme landinzinkingen die plotseling diepe en oude permafrostlagen bloot kunnen leggen. Bij het proces komen ook methaan en kooldioxide vrij in de atmosfeer – een over het hoofd geziene en onderschatte oorzaak van klimaatverandering.
Miner catalogiseerde een reeks potentiële gevaren die momenteel bevroren zijn in de Arctische permafrost in een artikel uit 2021, gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Climate Change.
Die mogelijke gevaren waren onder meer begraven afval van de mijnbouw van zware metalen en chemicaliën zoals het pesticide DDT, dat begin jaren 2000 verboden was. Radioactief materiaal is ook gedumpt in het noordpoolgebied – door Rusland en de Verenigde Staten – sinds de komst van kernproeven in de jaren vijftig.
"Door abrupte dooi worden oude permafrost-horizonten snel blootgelegd, waardoor verbindingen en micro-organismen vrijkomen die in diepere lagen zijn gesekwestreerd", merkten Miner en andere onderzoekers op in de paper uit 2021.
In de onderzoekspaper bestempelde Miner de directe infectie van mensen met oude ziekteverwekkers die vrijkomen uit permafrost als "momenteel onwaarschijnlijk".
Miner zei echter dat ze zich zorgen maakt over wat ze "Methuselah-micro-organismen" noemde (genoemd naar de bijbelse figuur met de langste levensduur). Dit zijn organismen die de dynamiek van oude en uitgestorven ecosystemen in het huidige noordpoolgebied zouden kunnen brengen, met onbekende gevolgen.
De heropkomst van oude micro-organismen heeft het potentieel om de samenstelling van de bodem en de vegetatieve groei te veranderen, en mogelijk de effecten van klimaatverandering verder te versnellen, zei Miner.
"Het is ons echt onduidelijk hoe deze microben zullen omgaan met de moderne omgeving," zei ze. "Het is niet echt een experiment waarvan ik denk dat iemand van ons dat wil doen."
De beste manier van handelen, zei Miner, is om te proberen de dooi en de bredere klimaatcrisis een halt toe te roepen en deze gevaren voorgoed in de permafrost begraven te houden.
