Global-scale mapping of potential epidemiological risks from thawing permfarost

In the last decades, the positive temperature trend caused by climate change is accelerating, and in arctic regions the situation is even worse, with temperatures rising up to four times faster than the world average. The perennially frozen ground, i.e., permafrost, has mainly formed during the last Ice Age trapping the organisms that lived in the area during those ages. Until the 80’s the permafrost had been stable, but in the last years it has started thawing, inexorably changing the morphology of territories and freeing those organisms trapped in it. While macroorganisms (e.g., mammals and insects) have not survived inside the permafrost, some microorganisms have survived in a state of hibernation, and can come back to life when the temperature of the terrain rises above 0°C. Among the multitude of microorganisms living there, some may be active, possibly pathogenic to specific hosts and, most importantly, may have the ability to move from exposed permafrost through air masses. The work studies the threat coming from this possibility. First, we will map those places in which the permafrost is exposed and so the pathogens can be dispersed. Then we will study how far, and where, the air masses can move, so where the pathogens can arrive. And last, in those places experiencing the arrival of air masses, we will search for what can potentially be affected. The objective of the thesis is to study the risk associated to the movement of microorganisms, creating maps that show the potential epidemiological risk at global-scale.

Negli ultimi decenni, il trend positivo della temperatura causato dal cambiamento climatico sta accelerando, e nelle regioni artiche la situazione è ancora peggiore, con temperature che aumentano fino a quattro volte più velocemente della media mondiale. Il terreno perennemente ghiacciato, i.e. il permafrost, si è formato principalmente durante l'ultima era glaciale, intrappolando gli organismi che vivevano nell'area durante quelle epoche. Fino agli anni '80 il permafrost è stato stabile, ma negli ultimi anni ha iniziato a fondersi, modificando inesorabilmente la morfologia dei territori e liberando gli organismi in esso intrappolati. Mentre i macrorganismi (ad esempio, mammiferi e insetti) non sono sopravvissuti all'interno del permafrost, alcuni microrganismi sono sopravvissuti in uno stato di ibernazione, e possono tornare in vita quando la temperatura del terreno sale sopra gli 0°C. Tra la moltitudine di microrganismi presenti, alcuni possono essere attivi, eventualmente patogeni per ospiti specifici e, soprattutto, possono spostarsi dal permafrost esposto attraverso le masse d'aria. Il lavoro studia la minaccia derivante da questa possibilità. In primo luogo, mapperemo i luoghi in cui il permafrost è esposto e quindi dove i potenziali patogeni possono disperdersi. Poi studieremo ìdove possono muoversi le masse d'aria e quindi dove possono arrivare i microorganismi. Infine, nei luoghi in cui si verifica l'arrivo delle masse d'aria, cercheremo cosa può essere potenzialmente colpito. L'obiettivo della tesi è studiare il rischio associato al movimento dei microrganismi, creando mappe che mostrino il potenziale rischio epidemiologico a scala globale.