Kinematografia dostarcza nam sporo rozrywki związanej z lodowcami. Przecież to w filmie „Pojutrze” ziemię dotknęło kolejne zlodowacenie, z kolei w filmie „Snowpiercer” zobaczyliśmy futurystyczną wizję świata, gdzie ludzie żyją w pędzącym poprzez zamarzniętą ziemię pociągu. Miłośnicy polarystyki pewnie doskonale znają, mrożący krew w żyłach film „The thing”, opowiadający historię pewnego pozaziemskiego znaleziska w lodach Antarktydy.
Doczekaliśmy się nawet filmu „Człowiek z lodu”, opowiadającego historię o... no właśnie, historię życia Ötziego – neolitycznego człowieka, wytopionego z lodu w Alpach Ötztalskich, którego znaleźli turyści w 1991 r. Glacjały, czyli zlodowacenia, to powtarzające się zjawisko w historii naszej planety. Zatem pomysły na katastrofy naturalne w filmach nie były aż tak naciągane. A jak jest z niebezpieczeństwami czyhającymi w lodowcach i wieloletniej zmarzlinie? Lód towarzyszy nam co najmniej kilka milionów lat. Czy przez te długie lata lodowce stały się repozytorium niezbadanych, być może niebezpiecznych organizmów i substancji? Czy nadszedł czas ich uwolnienia do środowiska? Skoro możemy znaleźć w lodzie neolitycznego wędrowca, który jak się okazuje był chory na boreliozę, a na swojej odzieży posiadał przedstawicieli mikroskopijnych pasożytów roślin, to nie możemy wykluczyć innych „zamarzniętych niespodzianek”. Przecież lodowce mogą działać jak zamrażarka dla „uśpionych” cyst, nasion, bakterii, grzybów czy wirusów.
Zaskakujące bakterie
Według naukowców nawet od 1017 do 1021 aktywnych komórek mikroorganizmów wytapia się z lodowców każdego roku. Naukowcy już kilkukrotnie zadali fundamentalne pytanie, czy te komórki mogą być potencjalnymi patogenami i stanowić zagrożenie dla społeczeństwa? Aby dodać szczyptę grozy warto podkreślić, że Homo sapiens to młody gatunek, czyli nasz system immunologiczny nie miał wcześniej kontaktu z materiałem mogącym liczyć od setek tysięcy nawet do miliona lat. Przykładowo, naukowcom udało się wybudzić z rdzeni pobranych z wieloletniej zmarzliny w Jakucji bakterie zamrożone przez 70 000 lat. Niektóre z tych bakterii posiadały mechanizmy oporności na antybiotyki. Oznacza to, że wytapiające się z lodu bakterie zwiększają globalną pulę bakterii opornych na antybiotyki wykorzystywane w medycynie. Polscy naukowcy prowadzili badania dotyczące mechanizmów oporności i genów oporności na antybiotyki na lodowcach w Kaukazie, na Grenlandii i Svalbardzie. Badania przyniosły zaskakujące rezultaty. Okazało się, że lodowce nie tylko mogą być repozytorium oporności, ale też są miejscem, w którym bakterie mogą przekazywać sobie tę oporność. Jeśli na lodowiec turysta, naukowiec lub jakiś przedstawiciel kręgowców dostarczy bakterię oporną na antybiotyk, bakterie na powierzchni lodu mogą przekazać sobie tę oporność na antybiotyk, zwiększając potencjalne zagrożenie z punktu widzenia zdrowia publicznego.
Na przełomie XIX i XX wieku ponad milion jeleni zginęło z powodu zakażenia wąglikiem na północy Rosji, z czego ponad 13 000 zostało pogrzebanych. W 2016 roku rozmarzająca gleba zaczęła uwalniać bakterie i zakażać ludzi w okręgu Jamalsko-Nienieckim w Rosji. Moglibyśmy stwierdzić, że przecież mowa tutaj o jakiejś starej historii w odległych regionach, historii która już nas nie dotyczy. Czyżby? Alpiniści i turyści każdego roku zostawiają na lodowcach tony fekaliów. Świetnym przykładem jest okolica najwyższego szczytu na Alasce Mount Denali, gdzie wspinacze pozostawiali przez lata tony odpadów, w tym fekaliów. W tego typu odpadach może czyhać wiele niemiłych biologicznych niespodzianek. Odpady są zamrożone w lodowcu, który topnieje. Szacuje się, że za 70 lat materiał ten zostanie uwolniony do ekosystemów położonych poniżej lodowca, co grozi katastrofą ekologiczną i stanowi ogromne zagrożenie dla turystów.
Kłopotliwe cząsteczki czyli wirusy
Wirusy pełnią ważną funkcję na lodowcach i w wieloletniej zmarzlinie. Infekują one bakterie, tym samym wpływają na rozpad ich komórek i włączanie węgla do obiegu pierwiastków w tych ekosystemach. Kilka lat temu media na całym świecie obiegła informacja o niesamowitym odkryciu naukowców. Znaleźli oni w wieloletniej zmarzlinie na Syberii wirusa, który okazał się mieć zdolność infekowania pierwotniaków. Nie byłoby w tym nic dziwnego gdyby nie fakt, że wirus ten był zamrożony przez ostatnie 30 000 lat. Nowością nie są już także bardziej „współczesne” wirusy, chociażby z zamrożonego guana reniferów liczącego 700 lat czy też wybudzone z lodowego jeziora na Syberii i zamarzniętego guana pingwinów na Antarktydzie wirusy ptasiej grypy (które były zdolne do infekowania zwierząt, w tym ludzi). Z kolei niespełna rok temu w rdzeniach lodowych pobranych w Himalajach znaleziono 22 grupy wirusów, z czego 15 stanowiło nowe rodzaje. Z jednej strony nowe grupy wirusów nie powinny stanowić niezwykłego odkrycia, ponieważ nieopisane dotąd cząsteczki i organizmy otaczają nas ze wszystkich stron. Jednak w świetle potencjalnych niebezpieczeństw czyhających w lodowcach, tego typu odkrycie jest ważne w poznaniu patogenów, z którymi organizm ludzki jeszcze nie miał okazji się spotkać.
Lodowe grzybobranie
Na i w lodowcach znajdziemy także grzyby, aczkolwiek nie te z kapeluszami, ale mikroskopijne, w większości jednokomórkowe. Niektóre z nich to przedstawiciele nieszkodliwych dla człowieka grzybów środowiskowych, które rozkładają materię organiczną na lodowcach, jednak inne mogą być też potencjalnie niebezpieczne. Z lodowców na Grenlandii i Antarktydzie wyizolowano grzyby, które według szacunków mogły być zamrożone nawet przez 150 000 lat. Analizy wykazały, że były one spokrewnione z drożdżakami mogącymi infekować ludzi. Przykładowo Aureobasidium pullulans to drożdżak izolowany z różnych lodowców. We współczesnych ekosystemach jest powszechnym komponentem i często porasta inne rośliny. Udowodniono, że dłuższy kontakt z nim może prowadzić do chorób płuc i skóry. W niedawno opublikowanej pracy o „zmartwychwstaniu nieaktywnych mikrobów” (ang. Resurrection of inactive microbes and resistome present in the natural frozen world: Reality or myth?) w czasopiśmie Science of the Total Environment, autorzy zwrócili uwagę, że starsze szczepy i zróżnicowane formy tych samych gatunków drożdżaków mogą stanowić potencjalne i wciąż niezbadane zagrożenie nie tylko dla ludzi, ale przede wszystkim dla innych zwierząt czy roślin żyjących w pobliżu lodowców.
Co jeszcze?
Najnowsze badania pokazują, że nie tylko elementy biotyczne, tj. organizmy żywe lub cząsteczki, takie jak wirusy, mogą stanowić potencjalne niebezpieczeństwo ze strony lodowców i wieloletniej zmarzliny. Mikroskopijne organizmy żyjące na lodowcach okazały się być efektywne w przechwytywaniu zanieczyszczeń i przetrzymywaniu ich na lodowcach przez długie lata. Na lodowcach Spitsbergenu, w Alpach czy w Kaukazie koncentracje sztucznych radionuklidów, czyli tych pozostałych po testach broni jądrowych czy awariach elektrowni atomowych, przekraczają wartości stwierdzane w ekosystemach lądowych np. koncentracje w mszakach, porostach czy w torfie. W lodowcach stężenia radioaktywnego cezu (137Cs) czy ameryku (241Am), których rozpad jest szkodliwy dla zwierząt, przekraczają dawki zmierzone w glebach w Czarnobylu. Niektórzy z naukowców sugerują, że szybkie topnienie lodowców, zwłaszcza alpejskich, może doprowadzić do zbyt szybkiego i zbyt skoncentrowanego wypuszczenia szkodliwego materiału radioaktywnego do ekosystemów zlokalizowanych poniżej lodowców. Na razie, na szczęście to jedynie hipoteza z pogranicza science i fiction. Poza sztucznymi radionuklidami lodowce uważane są także za repozytorium metali ciężkich akumulowanych na lodowcach od czasów rewolucji przemysłowej, czarnego węgla czyli produktu niepełnego spalania paliw kopalnych czy nawet pestycydów. Strach pomyśleć, co jeszcze tkwi w tych pięknych, śnieżno-błękitnych olbrzymich bryłach lodu...
Tekst: dr Krzysztof Zawierucha
Bibliografia
Chan, G.F., Puad, M.S.A., Chin, C.F., Rashid, N.A.A., 2011. Emergence of Aureobasidium pullulans as human fungal pathogen and molecular assay for future medical diagnosis. Folia Microbiol 56, 459–467.
Goodwin, K., Loso, M.G., Braun,M., 2012. Glacial transport of human waste and survival of fecal bacteria on Mt.McKinley’s Kahiltna Glacier, Denali National Park, Alaska. Arctic Antarct. Alp. Res. 44, 432–445. https://doi.org/10.1657/1938-4246-44.4.432.
Houwenhuyse, S., Macke, E., Reyserhove, L., Bulteel, L., Decaestecker, E., 2018. Back to the future in a petri dish: origin and impact of resurrected microbes in natural populations. Evol. Appl. 11 (1), 29–41.
Hurt, A.C., Vijaykrishna, D., Butler, J., Baas, C., Maurer-Stroh, S., Silva-de-la-Fuente, M.C., Medina-Vogel, G., Olsen, B., Kelso, A., Barr, I.G., González-Acuña, D., 2014. Detection of evolutionarily distinct avian influenza a viruses in Antarctica. mBio 5. https://doi.org/10.1128/mBio.01098-14 e01098-14.
Łokas, E., Zaborska, A., Kolicka, M., Różycki, M., Zawierucha, K., 2016. Accumulation of atmospheric radionuclides and heavy metals in cryoconite holes on an Arctic glacier. Chemosphere 160, 162–172. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.06.051.
Łokas, E., Zawierucha, K., Cwanek, A., Szufa, K., Gaca, P., Mietelski, J.W., Tomankiewicz, E., 2018. The sources of high airborne radioactivity in cryoconite holes from the Caucasus (Georgia). Sci. Rep. 8, 10802. https://doi.org/10.1038/s41598-018-29076-4.
Makowska, N., Zawierucha, K., Nadobna, P., Piątek-Bajan, K., Krajewska, A., Szwedyk, J., Iwasieczko, P., Mokracka, J., Koczura, R., 2018. Occurrence of integrons and antibiotic resistance genes in cryoconite and ice of Svalbard, Greenland, and the Caucasus glaciers. Sci. Total Environ. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137022.
Rogers, S.O., Starmer, W.T., Castello, J.D., 2004. Recycling of pathogenic microbes through survival in ice. Med. Hypotheses 63 (5), 773–777.
Sajjad W, Rafiq M, Din G, Hasan F, et al. 2020. Resurrection of inactive microbes and resistome present in the natural frozen world: Reality or myth? Sci. Total Environ., 735, 139275.
Zhong, Z.P., Solonenko, N.E., Li, Y.F., Gazitúa, M.C., Roux, S., Davis, M.E., Thompson, L.G., 2020. Glacier Ice Archives Fifteen-thousand-year-old Viruses. bioRxiv.
