2025 год – год сохранения ледников, поскольку таяние продолжается
Таяние ледников, вызванное глобальным потеплением, приводит к выбросу в окружающую среду в основном неизвестных бактерий и вирусов. Эти микроорганизмы могут решить некоторые серьезные глобальные проблемы, от загрязнения пластиком до устойчивости к антибиотикам. Исследователи специально ищут их в швейцарских ледниках.
Путь к леднику требует осторожной ходьбы и крепких нервов. То, что начиналось как безмятежная прогулка вдоль ледникового озера, превратилось в подъем по острым обломкам скал и большим валунам.
Ледник Роны в Швейцарских Альпах потерял около 60% своего объема с 1850 года
Исследования в таких условиях требуют физической выносливости и научной убежденности. Осторожно продвигаемся вперед по неустойчивой местности, очень скользкой из-за потоков воды, стекающих с горы. Издалека в тишине эхом разносится грохот – еще один валун упал вниз. «Это довольно страшно», — говорит наш гид Беат Фрей.
Мы стоим перед ледником Роны в Швейцарских Альпах. Эта территория была покрыта толстым слоем льда примерно 15 лет назад. Но исчезновение ледника - это не только таяние льда. «Исчезает не только ледник, но и содержащиеся в нем организмы», — говорит Фрей.
Потеря этого биологического наследия лишает нас знаний, важных для понимания того, как жизнь адаптируется к экстремально холодным условиям. Исследование ледников обнаружило тысячи неизвестных микроорганизмов во льду и почве.
Фрей является одним из первых исследователей, собравших формы жизни из альпийских ледников и вечной мерзлоты.
Беат Фрей работает в Швейцарском федеральном институте исследований леса, снега и ландшафта (WSL)
Привычно думать, что замороженная среда негостеприимна для жизни из-за низких температур, недостатка света и питательных веществ. Но это не так. «Я никогда не ожидал такого большого биоразнообразия. Вы всегда находите что-то новое во льду и вечной мерзлоте», — говорит Фрей.
Исследования вечной мерзлоты в восточной части Швейцарских Альп уже обнаружили десять новых видов бактерий и один новый грибок.
Подобные открытия делают и другие страны мира. В последнее время китайские исследователи нашли более 10 000 видов вирусов во льдах Тибетского нагорья.
Микроорганизмы, запертые на протяжении веков или тысячелетий во льду, из-за глобального потепления выходят в окружающую среду. Будь то бактерии, вирусы или грибы, то, что Фрей и его коллеги собирают и анализируют в своих лабораториях, обычно ново для науки. И это восхищает больше всего.
«В вечной мерзлоте и льду обитают тысячи видов микроорганизмов, но мы не знаем, что они собой представляют, и что они делают», — говорит Беат. Его цель — задокументировать микробное биоразнообразие Швейцарских Альп до того, как оно исчезнет.
Проект впервые фокусируется на ледниках: Мортерач (в кантоне Граубюнден), Рона (Вале) и Цанфлёрон (Вале и Во). Они пролегают вдоль оси восток-запад через всю страну и представляют микробиологическое разнообразие альпийских ледников.
Новые препараты от обитающих во льду бактерий и вирусов
Микроорганизмы, одни из старейших форм жизни в мире, дают ценную информацию об эволюции климата. «Они хранят уникальные данные о прошлых изменениях климата», - сообщает swissinfo.ch Джон Приску из Университета штата Монтана в США, один из ведущих мировых экспертов по микробному биоразнообразию в ледниковых экосистемах.
Например, некоторые бактерии, попавшие в ловушку льда, могут производить метан, мощный парниковый газ, и влиять на климат Земли. Эти крошечные организмы, размером всего в доли миллиметра, могут вдохновить на создание новых лекарств и инновационных биотехнологий.
Некоторые из них могут оказаться полезными в борьбе с устойчивыми к антибиотикам микробами.
Недавно открыты бактерии и грибки, которые разлагают пластик при низких температурах. «Это наше долгосрочное видение: найти решение некоторых глобальных проблем», — говорит Фрей, вытаскивая из рюкзака ледяные кошки.
Мы подошли к краю ледника. В нескольких сотнях метров вверх по течению исследователи WSL установили оборудование для сбора микроорганизмов изо льда. Они тестируют новый метод фильтрации, разработанный в Швейцарии.
Мы надеваем кошки и ступаем на ледяную поверхность
Снежный покров почти полностью растаял, отмечает Фрей, когда мы поднимаемся по леднику. Хотя весной снова выпало много снега, летние температуры были слишком высокими. В этот поздний августовский день температура на высоте около 2 300 метров над уровнем моря составляет +14 °C (август средний за период 1991-2020 годов составляет около 10°C).
Ледник Роны, в длину около 8 км и площадью около 15 км2 - один из крупнейших в Швейцарских Альпах. Вытекающая из него река Рона - одна из самых важных рек в Западной Европе. Но этот ледник также - символ последствий глобального потепления.
Его знаменитая ледяная пещера, главная туристическая достопримечательность, которая в настоящее время изолирована от остальной части ледника, летом закрыта белыми геотекстильными тентами, отражающими солнечные лучи и замедляющими таяние, но гибель ледника Роны кажется неизбежной.
С 1850 года ледники Роны и других швейцарских ледников потеряли более 60% своего объема. Скорость плавления в 2,5%, зарегистрированная в период с 2023 по 2024 год, превышает средний показатель за последнее десятилетие. Если выбросы парниковых газов не будут резко сокращены в ближайшие годы, большинство альпийских ледников могут исчезнуть к концу века.
«Сколько литров у нас есть?» — спрашивает Фрей у своих коллег-микробиологов, когда мы прибываем на временное место сбора микроорганизмов на вершине ледника Роны. Беат Штирли, сотрудник WSL, откачал талую воду из небольшого природного бассейна в леднике в пластиковый пакет.
«Концентрация бактерий и вирусов очень низкая. Нам приходится качать много воды, чтобы что-то получить», — объясняет он.
Его команда хранит воду в контейнерах, потому что приходится фильтровать ее дважды: один раз для бактерий и грибков (микроорганизмов большего размера), а другой раз для гораздо более мелких вирусов.
На вопрос, не проще ли собирать талую воду у основания ледника, как другие исследователи, Фрей отвечает, что там образцы могут быть «загрязнены» частицами или микроорганизмами, занесенными дождевой водой и другими внешними факторами.
Фильтрация воды прямо на леднике требует дополнительных мер, таких как ношение защитных перчаток во избежание загрязнения и хранение фильтров в стерильных контейнерах.
Новый метод имеет преимущество перед традиционным подходом, когда ледяные блоки доставляют в лабораторию. «Проще перевозить пластиковые контейнеры с фильтрами, чем сотню килограммов льда за раз», — говорит Фрей.
Метод фильтрации можно использовать в отдаленных районах, таких как Гренландия и другие регионы Арктики.
Насос фильтрует талую воду ледника
Могут ли старые патогены «проснуться» ото льда? Фрей надеется найти микроорганизмы со свойствами, полезными для человечества. Но нельзя исключать открытия нежелательных и потенциально опасных организмов. Некоторые ученые предупреждают, что вирусы, застывшие на протяжении тысячелетий в арктической вечной мерзлоте в Сибири, могут «проснуться» и снова циркулировать из-за глобального потепления.
В 2020 году в пробах, взятые на архипелаге Шпицберген в норвежской Арктике, нашли болезнетворные бактерии.
Может ли таяние льда привести к выбросу потенциально опасных бактерий и вирусов в атмосферу? Когда Фрей начал исследовать вечную мерзлоту около 15 лет назад, он был очень осторожен, но никогда не сталкивался ни с чем неприятным. По его оценке, вероятность выброса патогена из таяния льда или альпийской вечной мерзлоты «крайне низка».
Ледниковые микробы приспособлены к холоду и с трудом выживают в тепле. Хотя они могут заражать другие организмы поблизости, люди и животные не входят в число их обычных хозяев.
Арвин Эдвардс из Университете Аберистуита в Уэльсе, который не участвует в швейцарском проекте, утверждает, что не стоит игнорировать риск, хотя и очень низкий, при работе с неизвестными микроорганизмами. Но верно и обратное. «Там могут быть микроорганизмы, полезные для здоровья человека».
Беат Штирли из WSL (слева) собирает ледниковую воду в пластиковые пакеты
Фильтр улавливает микроорганизмы в талой ледниковой воде
К середине дня облака почти полностью закрыли небо и отбросили длинную тень на ледник. Холодный ветер напомнил, что погода в горах может резко меняться. Фрай доволен. Сегодня его помощники откачали почти 200 литров талой воды, столько же, сколько и в два других дня на леднике. И таким образом сохранили часть находящихся под угрозой исчезновения микробиологических сокровищ Альп.
Но пока слишком рано судить, собрали ли они потенциально полезные бактерии или вирусы. Сначала нужно идентифицировать их и изучить свойства в лаборатории.
Белый геотекстиль защищают ледяную пещеру от солнечных лучей
«Будет немного холодно», — предупреждает Бенедикт Гранц. Через несколько недель после полевых работ мы заходим в помещение, где температура всего на 4 °C, ниже, чем на леднике Роны. Это - штаб-квартира WSL в Бирменсдорфе, на окраине Цюриха, где молодой исследователь анализирует образцы, собранные за лето. Он интересуется вирусами, а в пробирке, которую он принес в комнату, содержится то, что осталось от фильтрации талой воды.
Чтобы определить, какой это вирус, Гранц должен извлечь ДНК . Затем он отправит генетический материал компании, которая специализируется на секвенировании ДНК. Эта методика дает возможность расшифровать генетический код, идентифицировать и классифицировать микроорганизмы. Команда WSL считает, что могут существовать сотни типов вирусов.
Гранц фокусируется на бактериофагах (или фагах) — вирусах, которые заражают исключительно бактерии и, следовательно, регулируют микробные популяции. Фаги из экстремальных условий, таких как ледники и вечная мерзлота, можно использовать для лечения бактериальных инфекций у людей, которые больше не реагируют на обычные антибиотики.
Во всем мире растет устойчивость к противомикробным препаратам, что вызывает более 1,2 млн смертей в год, больше, чем ВИЧ или малярия. Устойчивость к антибиотикам ООН называет «тихой пандемией» и считает одной из 10 главных глобальных угроз здоровью.
Использование фагов в медицине до сих пор не распространено, но очень перспективно. В 2023 году Университетская больница Женевы впервые использовала некоторые из них для лечения пациентов с хронической бактериальной инфекцией легких.
Бактерии и грибы, собранные в швейцарских ледниках и вечной мерзлоте, хранятся в специальной морозильной камере WSL. Этот биобанк, своеобразный «живой архив», хранит их при температуре -80°С. Сейчас там около 1200 видов бактерий и около 300 видов грибов, в том числе из Гренландии, России и островов Шпицберген в Норвегии.
По словам его менеджера Ани Верц, биобанк WSL, вероятно, единственный в мире, где бактерии и грибки живут в холодных условиях.
«Цель проекта – не только сохранение микробного биоразнообразия ледников и вечной мерзлоты, но и изучение их характеристик. Бактерии могут производить молекулы с противоопухолевыми, антибиотическими или антиоксидантными свойствами», - говорит Верц.
Ученые WSL особенно заинтересованы в белках и ферментах, которые позволяют бактериям выживать в холодных условиях, некоторые из них могут побороть устойчивость к антибиотикам. «Это было бы выдающимся открытием», - объяняет Фрей.
Уже есть перспективные кандидаты. Некоторые бактерии, выделенные в Швейцарских Альпах и Арктике, могут разлагать два типа пластмасс - полиуретан и полибутиленадипаттерефталат – при температурах до 15°C. Эти пластики содержатся в бытовых губках, кроссовках и биоразлагаемых пакетах.
Бактерии рода Streptomyces, известные своей ролью в производстве антибиотиков, способны поедать пластик.
Бактерии рода Pseudogymnoascus в изобилии распространены в альпийских, арктических и антарктических регионах. Они могут разлагать полиэстер
Теперь ученые WSL планируют провести скрининг образцов, хранящихся в биобанке, с целью выявления веществ, способных разрушать полимеры, из которых состоит пластик. Следующим шагом будет выявление ферментов, отвечающих за это.
«Это позволит нам синтезировать их в лаборатории и производить в больших масштабах», — объясняет Фрей.
В один прекрасный день эти ферменты можно будет интегрировать непосредственно в пластик на этапе производства, что будет способствовать его разложению.
По словам Фрея, ферменты, активные при низких температурах, могут помочь снизить потребление энергии в некоторых промышленных процессах. «Они были бы очень полезны в то время, когда нам нужно сэкономить энергию», — говорит он. Но впереди еще долгий путь.
«Мы - всего лишь микробиологи. Мы можем обеспечить основы, но тогда другие игроки, такие как промышленность, должны взять на себя ответственность», — говорит он.
В будущем биобанк бактерий и грибов льда и вечной мерзлоты будет передан в Культурную коллекцию Швейцарии (CCOS), Национальный архив микроорганизмов федерального правительства, который обеспечит безопасное место на десятилетия вперед.
Ледники в Швейцарии и по всей планете продолжат таять. Изменения курса в использовании ископаемого топлива не предвидится. Но швейцарские ученые, отправляющиеся к ледникам в поисках ответов, считают, что если они смогут найти решения для других крупных кризисов на планете, их таяние не будет напрасным.
Национальный архив микроорганизмов федерального правительства, который обеспечит безопасное место на десятилетия вперед.
Источник swissinfo.ch
