O zmarzlinie, która może zagrażać ludzkości

Zeus zesłał na ziemię Pandorę jako karę dla ludzi za nieposłuszeństwo, konkretnie za to, że Prometeusz wykradł bogom ogień z Olimpu. Epimeteusz pojął ją za żonę wbrew ostrzeżeniom swojego brata Prometeusza. W posagu Pandora otrzymała od Zeusa szczelnie zamkniętą glinianą beczkę – w literaturze europejskiej zwaną puszką Pandory, którą jej mąż popychany nieodpartą ciekawością otworzył. Znajdowały się w niej nieszczęścia, które rozpełzły się po świecie.

Mity nie kłamią, choć nigdy nie wyrażają prawdy wprost. Teraz na naszych oczach sytuacja się powtarza, a rolę otwierających puszkę wzięli na siebie naukowcy. Genetycy? Biolodzy? Fizycy? Chemicy? Oczywiście. Ale tego, że do tego grona dołączą archeolodzy, chyba nikt się nie spodziewał. A jednak. Badacze z Uniwersytetu w Nowosybirsku, prowadząc wykopaliska na Syberii, odkopując groby sprzed setek lat, oczekiwali ozdób metalowych i kościanych, w jakie wyposażano zmarłych na drogę w zaświaty, broni, resztek tkanin, skóry – ale nie wirusa ospy. Tymczasem taki właśnie „zabytek" wpadł im w ręce. Został zidentyfikowany w ciałach, jakie złożono w wiecznej zmarzlinie setki lat temu.

Dziw natury

Ta ziemia to wieczna zmarzlina, zjawisko trwałego – minimum dwa kolejne lata – utrzymywania się części skorupy ziemskiej w temperaturze poniżej punktu zamarzania wody niezależnie od pory roku. Powstaje w warunkach suchego i zimnego klimatu o średniej temperaturze powietrza poniżej minus 11 stopni Celsjusza. Obejmuje cztery piąte  Alaski, większość północnej Kanady i dwie trzecie Syberii. Ciągła zmarzlina występuje prawie wyłącznie we wschodniej Syberii, w zachodniej jest obecna tylko na północnym wybrzeżu oceanu. Sięga aż do północnej Mongolii, punktowo występuje w Górach Skandynawskich i na Grenlandii. Jej głębokość waha się od 150 do 300 metrów w Ameryce, a na wschodniej Syberii sięga 600 metrów. Normalnie w miesiącach letnich warstwa ta rozmarza do głębokości dwóch metrów, ale obecne ocieplenie klimatu powoduje, że rozmarzanie sięga głębiej.

Wieczna zmarzlina rozmarza trwale na ogromnych obszarach Ameryki Północnej i Azji. Zjawisko to nasila się z roku na rok. Dlatego nie można wykluczyć, że powróci plaga minionych stuleci – wielka epidemia ospy. Wprawdzie naukowcy studzą obawy, zapewniają, że niebezpieczeństwo jest niewielkie, ale nie zaprzeczają, że istnieje. O czym mowa? Ospa prawdziwa (łac. Variola vera), dawniej nazywana czarną, to wirusowa choroba zakaźna o ostrym przebiegu wywoływana przez jedną z dwóch odmian wirusa ospy prawdziwej (variola minor lub variola maior). Okres inkubacji trwa od 7 do 17 dni. Chorobę cechuje śmiertelność 3 proc. u osób szczepionych, u nieszczepionych średnio 30 proc. jednak istnieją postacie choroby o śmiertelności 95 proc.

Dlaczego badacze przestraszyli się ospy właśnie teraz? Ponieważ w ciągu tegorocznego lata na Syberii zapanowały rekordowo wysokie temperatury, powodując trzykrotnie szybsze rozmarzanie wiecznej zmarzliny niż miało to miejsce w minionych latach. Z tego powodu poziom rzeki Kołymy w Jakucji i jej dopływów przyspiesza erozję brzegów, w pobliżu których przez wieki grzebano ofiary ospy. Że nie są to przelewki, niech uzmysłowią cyfry: Kołyma ma 2600 kilometrów długości, Wisła przy niej to liliput, zaś powierzchnia jej dorzecza wynosi 644 tys. kilometrów kwadratowych, ponaddwukrotnie więcej niż obszar Polski. Na tak ogromnym terytorium źle się dzieje, tykają tam biologiczne bomby z opóźnionym zapłonem.

Ospa to wielka zabójczyni w dziejach ludzkości. Tylko w ciągu ostatnich dwóch stuleci pochłonęła na całym świecie kilkaset milionów istnień. – Sytuacja, jaka zapanowała na Syberii to prosta recepta na katastrofę. Jeśli skorzystamy z tego rozmarzania i zaczniemy działalność przemysłową w tym regionie oraz związane z nią wiercenia geologiczne, ludzie zaczną się przemieszczać wokół warstw głęboko zamarzniętych. Wraz z wierceniami i eksploatacją górniczą, zwłaszcza odkrywkową, te stare warstwy zostaną naruszone, i właśnie stamtąd nadejdzie niebezpieczeństwo. Jeśli to prawda, że wirus ospy potrafi przetrwać w taki sam sposób jak wirus wywołujący amebę, trzeba uprzedzić świat, że ospy nie wykorzeniliśmy z naszej planety, jedynie z jej powierzchni – ostrzega prof. Sergiej Netiesow z Uniwersytetu w Nowosybirsku.

Ospa jako choroba endemiczna (lokalna) od XVIII wieku, odpowiedzialna jest za zagładę wielu społeczności autochtonów na obu kontynentach amerykańskich, w Afryce i w Azji. Dopiero upowszechnienie szczepień w XIX stuleciu położyło kres temu złowrogiemu pochodowi. Dobroczyńcą ludzkości pod tym względem jest angielski lekarz Jenner, twórca szczepionki. W 1979 roku Światowa Organizacja Zdrowia WHO mogła ogłosić, że ospa została wykorzeniona. W chwili obecnej tylko dwa laboratoria na świecie, jedno w Stanach Zjednoczonych, drugie w Rosji, przechowują wirusy ospy jako zabezpieczenie na wypadek, gdyby wirusa chcieli użyć bioterroryści.

Mimo wielu wysiłków naukowcy nie zdołali ustalić, skąd wywodzi się ospa i jakimi drogami się rozprzestrzeniała. Na pewno pojawiła się ponad 4 tysiące lat temu w Egipcie, Mezopotamii, w dolinie Indusu, w pierwszych wiekach naszej ery była już na pewno w Chinach i w Europie. A teraz trzeba się liczyć z jej nawrotem z jakuckiego matecznika.

O tym, że słowa prof. Nietiesowa nie są pozbawioną podstaw jeremiadą, niech świadczy to, że tego lata laseczka wąglika wywołująca jedną z najbardziej niebezpiecznych chorób zakaźnych, przeszła na renifery, które rozgrzebywały groby w wiecznej zmarzlinie. Na skutek infekcji padło około 2,5 tysiąca reniferów. Niestety, zaraza przeszła na hodowców reniferów, ponieważ żywią się ich surowym mięsem i piją ich krew. Hospitalizowano kilkadziesiąt osób, stan wielu jest ciężki, jedno dziecko zmarło. Władze Rosji wysłały do Jakucji specjalny zespół chemiczno-biologiczny, którego zadaniem jest odseparowanie zagrożonego obszaru, dezynfekcja i niszczenie padłych zwierząt.

Poczynania naukowców dowodzą, że puszka Pandory jest wiecznie żywa. W ramach eksperymentu specjaliści z francuskiego CNRS (Narodowego Centrum Badań Naukowych) odmrozili wirusy gatunku Mollivirus sibericum i Pithovirus sibericum tkwiące w stanie zamrożonym od 30 tysięcy lat. Dokonał tego zespół Jeana-Michela Claverie i Chantal Abergel. Wirusy odzyskały zdolność do infekowania innych organizmów. Na szczęście nie są groźne dla ludzi ani zwierząt, atakują jedynie organizmy jednokomórkowe. Wyniki eksperymentu zostały przedstawione w piśmie „Proceedings of National Academy of Sciences" (PNAS).

To odkrycie wskazuje na możliwe konsekwencje ocieplania się klimatu Ziemi. Nietknięte przez tysiące lat regiony Syberii mogą rozmarznąć, a prehistoryczne wirusy mogą powrócić. Na przykład wirusy groźne dla neandertalczyka czy przedstawicieli Homo sapiens żyjących przed tysiącami lat. Pithovirus sibericum dzieli jedynie jedną trzecią genów z innymi znanymi organizmami i tylko 11 proc. z innymi wirusami. W porównaniu z innymi wirusami jest olbrzymem, ma 1,5 mikrometra (jedna tysięczna milimetra) i jest największy spośród kiedykolwiek znalezionych. Podczas eksperymentów wirus przeniknął do komórki ameby, namnożył się i zabił ją. Pithovirus sibericum i Mollivirus sibericum zawierają około 500 genów, podczas gdy wirus grypy ma ich tylko osiem. Ta grupa ogromnych, prahistorycznych wirusów jest bardzo słabo poznana. Nie wiemy, za co odpowiadają ich niezbadane geny.

Fakt, że dwa różne wirusy zachowały zdolność zakażania od czasów prehistorycznych, powinien być poważnym sygnałem ostrzegawczym w kontekście globalnego ocieplenia – napisali francuscy badacze na łamach magazynu „PNAS". Uspokajają wprawdzie, że poddane eksperymentom wirusy nie są w stanie zainfekować ludzkich komórek, ale ostrzegają, że w wiecznej zmarzlinie mogą być uśpione wirusy zdolne do infekowania ludzi. A przecież cały region Syberii jest zagrożony, od 1970 roku warstwa wiecznej zmarzliny stale się kurczy. Zjawisko to wywoła zresztą skutki nie tylko biologiczne i epidemiologiczne.

Kraina metanem zionąca

Wpływ tego zjawiska na efekt cieplarniany jest niedoszacowany w tworzonych modelach klimatycznych – twierdzą na łamach brytyjskiego pisma „Nature" amerykańscy biolodzy – Edward Schuur i Benjamin Abbott. Przedstawili opracowanie, nad którym pracowało 40 uczonych z Permafrost Carbon Network.

Obszar wiecznej zmarzliny obejmuje prawie 19 mln kilometrów kwadratowych, czyli około jednej piątej lądu na półkuli północnej. Jest to gigantyczny zbiornik węgla pochodzenia organicznego – resztek organizmów roślinnych i zwierzęcych gromadzących się w ziemi przez tysiąclecia. ten magazyn węgla jest zneutralizowany w zamarzniętej ziemi. Ale w momencie, gdy wieczna zmarzlina zaczyna rozmarzać, zawarte w niej organiczne szczątki rozkładane są przez mikroorganizmy, bakterie i do atmosfery uwalnia się z rozmrożonej warstwy węgiel w postaci dwutlenku węgla i metanu zwanego niekiedy gazem błotnym.

Według szacunków Permafrost Carbon Network, ziemie w Arktyce zawierają około 1700 mld ton węgla, czterokrotnie więcej niż emisja węgla do atmosfery spowodowana aktywnością człowieka od XIX wieku i trzykrotnie więcej niż uwzględniają modele zachodzących aktualnie zmian klimatycznych. Powód tej rozbieżności – zdaniem Schurra i Abbotta – jest prosty: zazwyczaj mierzy się zawartość węgla w warstwie ziemi grubości jednego metra. Ale z upływem tysiącleci w miarę rozmarzania najpłytszej warstwy wiecznej zmarzliny w wyjątkowo ciepłych sezonach letnich, i ponownego zamarzania, dochodziło do wymieszania i wniknięcia węgla dużo głębiej w arktyczną ziemię.

Z rozmarzającej wiecznej zmarzliny wydzielają się dwutlenek węgla i metan. Szczególnie ten drugi gaz jest groźny, wpływa 25 razy silniej na globalne ocieplenie niż dwutlenek węgla. Jeżeli temperatura w Arktyce wzrośnie o 2,5 st. C do 2040 roku, wieczna zmarzlina wyemituje od 30 do 63 miliardów ton węgla zawartego w obu gazach – w dwutlenku węgla i metanie. Ale jeśli ten proces będzie się  nasilał i temperatura wzrośnie o 7,5 st. C do 2100 roku, wieczna zmarzlina wyemituje od 232 do 380 mld ton węgla. Oznacza to, że szacunki do roku 2040 są zaniżone 1,7 razy, a do roku 2100 aż 5,2 razy – uważają badacze związani z Permafrost Carbon Network.

Co się może i co się będzie działo na skutek rozmarzania wiecznej zmarzliny – pokazują ostatnie wydarzenia na Grenlandii. Tajna amerykańska baza wojskowa Camp Century miała pozostać na zawsze w ukryciu pod arktycznym lodem. Tymczasem stało się inaczej, zupełnie nieoczekiwanie, za sprawą globalnego ocieplenia. Bazę odkryli naukowcy z kanadyjskiego Uniwersytetu w Toronto.

– Rosnąca stale średnia temperatura spowoduje, że wyłonią się rzeczy nieapetyczne. Na obszarze 55 hektarów, jaki zajmuje baza, znajduje się jeszcze 200 tys. litrów paliwa – przechowywano je w cysternach, które zniszczyła już rdza. Na terenie bazy pozostało 240 tys. litrów ścieków, część skażona radioaktywnie, wreszcie trudna do oszacowania ilość chemikaliów. Te zanieczyszczenia spłyną do oceanu około 2090 roku – wyjaśnia dr William Colgan. Ile baz, ile przerdzewiałych beczek z chemikaliami kryje wieczna zmarzlina?

Jej połacie przywykliśmy traktować jako niezwykłą, czarowną krainę, w której dziarscy autochtoni, hodowcy reniferów, myśliwi, co chwila znajdują fenomenalnie zachowane mamuciątka i dorosłe osobniki. To prawda, ale w czasach, gdy żyły te prahistoryczne stworzenia, w regionie wiecznej zmarzliny wiało grozą.

Ubłocona śmierć

Badacze z Muzeum Paleontologicznego Uniwersytetu Michigan zbadali metodą tomografii komputerowej dwa mamucie oseski, w których przetrwały nawet organy wewnętrzne i mięśnie.

Luba to najmłodszy mamut, jaki kiedykolwiek został odnaleziony. Na tę miesięczną samicę natrafił hodowca reniferów na półwyspie Jamał. Zwierzę przyszło na świat 42 tys. lat temu. Luba ugrzęzła w błotnym dole, z którego nie zdołała się wyswobodzić. Skan tomograficzny ujawnił błoto w płucach i trąbie. W momencie śmierci była zdrowa, dobrze odżywiona, chroniła ją warstwa tłuszczu. Ale błoto, które zatkało drogi oddechowe, nie pochodziło z dołu błotnego, jakich pełno w wiecznej zmarzlinie, lecz jest to szlam, co wskazuje, że zwierzę zginęło w dramatycznych i bardzo nieprzyjemnych okolicznościach. W miejscu, w którym je odnaleziono, było jezioro. Luba przechodziła przez ten zamarznięty akwen, zapewne nie sama, z matką lub stadem. Lód się załamał pod ciężarem zwierząt. Dorosłe osobniki (osiągały wysokość 3,4 m) wydostały się z płytkiego jeziora, dla mamuciego oseska okazało się ono matnią bez wyjścia.

Drugi badany mamut, dwumiesięczny, odkryty nad rzeką Kroma w Jakucji, żył 50 tys. lat temu. Zwierzę zostało znalezione w pozycji stojącej. Żołądek wypełniony niestrawionym mlekiem matki świadczy o tym, że osesek nie był porzucony, a jego stan zdrowia był bardzo dobry. Okazało się jednak, że zwierzą miało złamany grzbiet, a w jego drogach oddechowych również znajdowało się błoto i także nie takie, jakie powstaje w wiecznej zmarzlinie. Było to błoto z dna rzeki. Wartki nurt podmył brzeg, nad którym stało zwierzę, brzeg gwałtownie się zarwał, mamut, spadając, złamał grzbiet i oblepiło go błoto. Wchłaniał je, usiłując wydostać się z pułapki. Piękna, dziewicza, straszna kraina.