Направи дарение на училище!

Социалните насекоми като например черните градински мравки са едни от най-успешните създания на планетата. Техните силни кооперативни инстинкти предпазват общото здраве и благосъстояние както на лидерите, така и на индивидуалистите в колонията. Снимка: Sandeep Handa/Pixabay

Какво можем да научим от социалните насекоми по отношение на социалното дистанциране и общественото разпределение?

От Майкъл Шулсън/Undark

Майкъл Шулсън е сътрудник на редактора за Undark. Работата му е публикувана и от Aeon, NPR, Pacific Standard, Scientific American, Slate и Wired, наред с други публикации. Тази история първоначално е представена в Undark.

Разбери повече за БГ Наука:

***

   Като се има предвид, че тя заразява колонии мравки със смъртоносни патогени и след това изучава как реагират, може да се каже, че Натали Строймейт, старши преподавател в школата по биологични науки в Университета в Бристол в САЩ, е специализирана в миниатюрна по своите мащаби пандемия. Показателите обаче се обърнаха срещу нея през март: COVID-19 помете Великобритания, а Строймейт нямаше как да работи в лабораторията си за антиепидемиология. Високопроизводителните компютри, които тя използва за проследяване на поведението на мравки, не се използваха от никого, а само на лаборант – считан за основен работник – беше позволено да се следи стотиците мравчени колонии в черни градини, всяка от които се помещава в собствена пластмасова вана.

   След като правителствата по целия свят сега насърчават хората да поддържат дистанция помежду си, за да предотвратят разпространението на вируса, Строймейт направи паралели с нейните насекоми. Настоящото ръководство за социалното дистанциране „не е неизвестно за мен“, каза Строймейт, „защото го виждам сред мравките.“

   Подобни прозрения са в основата на разрастващото се поле за изследване на насекоми, което според някои учени би могло да помогне на хората да си представят по-устойчиво пандемично общество. Както при хората, отблъскването на болестта може да бъде проследено и при социалните насекоми – категория, която включва термити, мравки и много видове пчели и оси. Насекомите работници сменят течности и споделят близки помещения. При повечето видове има голям трафик към и извън гнездото. Някои мравчени колонии са толкова населени, колкото Ню Йорк.

   Насекомите „живеят в много ограничена среда, където има голямо микробно натоварване“, казва Ребека Розенгаус, поведенчески еколог, който изучава социалното поведение на насекомите в Североизточния университет в Бостън. Много от тези микроби, добавя тя, са патогени, които могат да преминат през колонията като чума. Това рядко се случва, казват изследователите на социални насекоми и огромните колонии от такива видове по някакъв начин са в състояние да ограничат разпространението на зарази.

   През последните три десетилетия изследователите започнаха да изследват как точно това може да се случи, като описват безброй начини, по които колониите избягват да се поддават на болести. Някои от тези методи може да изглеждат непознати за нас. Други, включително простото поведение, подобно на имунизацията, и форми на социално дистанциране от насекоми, могат да изглеждат зловещо познати. Взети заедно, те образуват един вид паралелна епидемиология, която може да бъде от полза на човешките общества, които се борят със собствени патогени – дори ако досега човешките епидемиолози не обръщат много внимание на това поле.

   Все пак тези прозрения са това, което Розенгаус и някои други изследователи проучват сега. „Как е възможно“, пита Розенгаус, „човек, който е изложен на гъбички или бактерии или вирус, или какъвто и да е патоген, да се върне в колонията и да не зарази всички в нея?“

   Докато социалните насекоми са обект на интензивен научен контрол повече от век, заплахата от патогени и други паразити, казват изследователите, отдавна е пренебрегвана. „Основните изследвания на социалните насекоми пренебрегват паразитите от много дълго време“, казва Пол Шмид-Хемпел, експериментален еколог от швейцарския обществен изследователски университет ETH Цюрих. Класическото проучване на биолога Е.О. Уилсън от 1971 г. в областта „Обществата на насекомите“ дори не включва в своя индекс думи като „болест“, „патоген“, „бактерии“ или „вирус“.

   Като постдокторант изследовател в Оксфорд през 80-те години, Шмид-Хемпел осъзнава, че пчелите, които е изучавал, са постоянно заразени с паразити. Той започна да формулира въпроси, които биха помогнали за  създаването на ново изследователско поле: Ами ако патогените не са инцидентна неприятност за колониите, а дълбока заплаха, формираща самата еволюция на техните общества? До каква степен подобни общества като например колонии за мравки и пчелни кошери всъщност са в състояние, подобно на това, в което се намираме сега?   

   Наблюдателите на социалните насекоми отдавна знаят, че животните поддържат домовете си щателно чисти. Работниците депонират отпадъци и мъртви тела извън гнездата. Обществените насекоми се грижат взаимно едни за други, както се грижат за самите себе си. Последните проучвания обаче документират други адаптации, които също се борят с инфекцията. Някои мравки, например, събират антимикробни смоли от дърво и ги разпространяват около гнездата си, изследователи на процеса описват тези прийоми с термина „колективни лекарства“. Социалните видове насекоми отделят и фармакопея от съединения, убиващи микробите, които те прилагат върху телата и повърхностите си.

„Ами ако патогените не са инцидентна неприятност за колониите, а дълбока заплаха, формираща самата еволюция на техните общества?“

   Изглежда, че и поддържането на лична хигиена има неочаквани ползи. Тъй като някои мравки се почистват взаимно, те пренасят малки количества патогени на своите „другари по гнездо“. Тези мини-откривания, пише биологът Силвия Кремер в свой неотдавнашен доклад, причиняват „не-смъртоносни инфекции с ниско ниво“, които „предизвикват защитна имунизация“. Тя сравнява процеса с ваксинацията против вариола, един често срещан метод за имунизиране на хора срещу едра шарка, който ги излага на малко количество течност или изсушен материал от краста от болен човек. Изследванията на Розенгаус документират подобно социално поведение на имунизацията сред влажните термити.

   Тя и колегите ѝ също са открили доказателства, че когато някои членове на мравчена колония, съставена от черни дърводелци, се срещат с патогенни бактерии, те са в състояние да развият имунен отговор и да го споделят с техните „другари по гнезда“, което прави цялата колония по-устойчива. 

   Изложените на това мравки изглежда преминават покрай сложните процеси на имунната система, тяхната близост подобно на „уста в уста“, изпреварвайки инфекцията, подготвя телата на своите гнездещи за възможността за откриване. Розенгаус сравнява тази адаптация със свят, в който човек може да целуне „по френски“ някой, който е получил ваксина – и след това да придобие косвен имунитет.

   Този вид открития оспорват предположенията, че социалният живот, създавайки узрели условия за разпространение на болестите, автоматично представлява риск за хората. „И рискът, и смекчаването на риска идват от самата социалност“, казва Нина Феферман, професор по екология и еволюционна биология в Университета в Тенеси, Ноксвил, която изучава предаването на болестта. Други хора могат да ни разболеят. Но те също могат да предложат грижите, храната и знанията, които спасяват живота ни. „Всичко е превърнато в този много сложен набор от ограничения и цели“, казва Феферман. 

Черна кралица мравка на Лазиус и работници мравки, маркирани с малки QR кодове, някои, от които по-малки от квадратен милиметър. Timothée Brütsch/University of Lausanne

    За изследователите на социални насекоми един труден за отговаряне въпрос е дали подобно на отделите за обществено здравеопазване на хората, които налагат коронавирусни карантини на домакинствата и ограниченията за заетост в ресторантите, обществата на социалните насекоми всъщност променят взаимодействията си, за да затруднят разпространението на болестите – явление, понякога наричано организационен имунитет. Повечето социални колонии от насекоми имат сложни системи за разделяне на задачите. Някои работници могат да се грижат за кралицата или да хранят ларви, да стоят на дежурство или да се хранят. Десетилетия на изследване анализираха това разделение на труда по отношение на ефективността на задачите. Но в началото на XXI-ви век математическите модели предполагат, че тези социални разделения също могат да забавят инфекциите. При взаимодействие само с няколко определени работници, например, една кралица може да има по-малка вероятност да се разболее.

   Изследването на някои от тези теории върху реални колонии, според изследователите, би било трудно. Но появата на автоматизирани системи за проследяване на насекоми отвори нови възможности, което позволява на изследователи като Строймейт да конструират подробни модели например за това кой с кого взаимодейства в колонията на мравки.

   За да картографират социалната мрежа на мравки, Строймейт и нейните колеги изследователи залепват малки маркери, съдържащи QR кодове, някои, от които по-малки от квадратен милиметър, на гърдите на мравките. След като всяка мравка в колония е маркирана – Строймейт преценява, че тя може лично да следи 500 мравки с QR кодове за 12-часов работен ден – колонията се поставя в наблюдателна кутия. Камерите отгоре четат QR кодовете и записват позицията на всяка мравка два пъти в секунда за часове наред. Процесът генерира данни за всеки един контакт между мравки в колонията – стотици хиляди точки от данни, които с мощни компютри могат да бъдат разрешени в подробна картина на социалната мрежа на колонията мравки.

   През 2014 г. Строймейт и нейните колеги картографираха мрежите на 22 колонии, преброявайки взаимодействията във всяка от тях в продължение на няколко дни. Тези мрежи, показаха те, не са възникнали от случайни взаимодействия на мравки. Техните взаимодействия са били по-разнообразни. Някои мравки са имали повече контакти помежду си, отколкото с други членове на колонията. 

Колонията на мравките е поставена в наблюдателна кутия с множество камери над главата, за да записва позицията на всяка мравка два пъти за секунда. Nathalie Stroeymeyt/University of Lausanne

    Поне на теория, само тези видове модулни мрежи могат да забавят разпространението на инфекцията в колонията. Човешкият вирус в края на краищата се разпространява по-бързо чрез оживено парти от 100 души, отколкото сред 20 изолирани групи от по пет приятели, които просто се мотаят един с друг.

    Но по-големият пробив настъпи, след като екипът изложи индивиди в 11 колонии на смъртоносната мравоядна инфекциозна гъба Metarhizium brunneum, като останалите 11 служат за контрол. След като мравките усетили патогените, тези мрежи са се променили: тяхната модулност се увеличила и различните работни групи в колонията са си взаимодействали по-малко от преди. Насекомите, изложени на гъбата, са демонстрирали по-малко контакти. Дори и неоткритите мравки започнали да си взаимодействат по различен начин, запазвайки по-висок дял от контактите си с по-малките кръгове от „другарите им по гнездо“. Този процес, каза ми Строймейт, не е различен от социалното дистанциране. „Това е много евтин и лесен начин за предпазване на колонията от епидемия“, казва тя.

   Такива изследвания, разбира се, наскоро са станали възможни. Както Строймейт посочва, не е ясно дали при липса на патогени модулните социални мрежи на мравките са се развили, за да отговорят на заплахата от инфекция, или дали потискането на патогена е само полезен страничен ефект от модели, които са се развили по други причини. И макар че конкретният механизъм, документиран в изследването, е бил успешен в забавянето на разпространението на патогена, той може да е само един от многото различни механизми на разположение на колонията. В допълнение, един неотдавнашен доклад повдигна въпроса дали лабораторните условия, използвайки патогени като M. brunneum, задължително правят много, за да отразят болестните състояния, пред които колониите се изправят в дивата природа.

   Все пак, Строймейт и нейните колеги са били широко обсъждани сред изследователите на насекоми. И както тя подчертава, раздалечаването на мравки би подсказало, че хората не са сами в пренареждането на своите общества, породено от епидемиите.

   Ако не друго, Строймейт отбеляза, че успехът на мравките може да предложи известна сигурност и вдъхновение за хората, борещи се с пандемията. Отделенията за обществено здраве на човека са само на няколко века, докато мравчените общества се развиват от милиони години. „Много рядко се среща колония, която се срива под тежестта на патоген“, казва Строймейт. „Знаем, че техните механизми са изключително ефективни.“

   Докато епидемиолозите, занимаващи се с насекоми изучават работата на човешките епидемиолози, обратното изглежда все по-рядко. На теория, според изследователите, социалните насекоми могат да бъдат идеална образцова система: вид миниатюрно общество, с малко етични ограничения, в което да се изследва как болестта преминава по определени пътища. Но, подчертава Шмид-Хемпел, събирането на подробна информация за здравето на насекомите е трудно. „При хората имаме много наистина страхотни данни в сравнение с това,  с което разполагаме при социалните насекоми“, казва той. Един ден изследователите може да намерят за полезно да изпробват епидемиологичните принципи в обществата на насекомите. „Сигурен съм, че и това време ще дойде“, казва Шмид-Хемпел. „Но все още този момент не е дошъл.“

    Един от малкото изследователи, които преодоляват разделението, е Феферман, изследовател от Университета в Тенеси. Обучен в приложна математика, Феферман изучава как инфекциите се движат през мрежи – насекоми, човешки мрежи, компютърни мрежи и дори мрежи в онлайн игри. Нейните изследвания са публикувани както в списания за ентомология, така и за епидемиология. Документ, който тя съавторства през 2007 г. за виртуална епидемия в World of Warcraft, привлече широко внимание от експерти по обществено здраве.

   Изследванията на Феферман за човешката епидемиология, според нея, черпят от своето изследване на насекоми. „Можете да гледате на социалните колонии от насекоми като на много успешни градове“, обяснява тя. „И тогава можете да кажете, добре, какви са стратегиите, които социалните насекоми използват, както поведенчески, така и като начин на развитие, които можем и ние да заемем?“

    Като пример тя представя термитния канибализъм. Когато са изложени на лоша епидемия, някои термити веднага изяждат младите в колонията. По този начин, твърди Феферман, те успяват да елиминират група от „силно възприемчиви“ индивиди, които е вероятно да служат като резервоар на инфекция, което позволява на епидемията да остане в гнездото.

„Докато епидемиолозите, занимаващи се с насекоми изучават работата на човешките епидемиолози, обратното изглежда е по-рядко явление.“    

   Човешките общества едва ли ще възприемат канибализма като стратегия за обществено здраве. Но основният принцип, твърди Феферман, може да бъде от значение по време на пандемията от коронавирус. „Ако искаме да обобщим този феномен“, добавя тя, „това са затворените училища.“ Урокът от термитите може да бъде „отделете децата. Децата могат да бъдат огромен преносител на зараза, която може да зарази всички около тях. Не правете това.“   

   Този вид мислене накара Феферман да изгради модели, които имат за цел да намерят най-ефективния начин за разпространение на лекарства в условията на грипна епидемия. Нова книга, върху която работи, за това как компаниите могат да структурират работната си сила, за да се подготвят за пандемии и други бедствия, е вдъхновена от кохортния модел, който много колонии за насекоми използват за разпределяне на задачи – макар че това не е нещо, което тя би могла да рекламира лесно, когато се публикува окончателния ѝ доклад.

   Всъщност Феферман допълва, че тя обикновено не цитира влиянието на ентомологията върху работата си, поне не и докато разговаря с експерти по обществено здраве.

    „Никога не бих се включила в среща за обществено здравеопазване, казвайки: „ Момчета, НАСЕКОМИ!“. „Но може би ако го бях направила, щеше да е от полза за всички нас.“

Превод: Георги Жечев

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!