Ранним весенним утром гул гудел над небольшим городком в Баии, Бразилия. В трехстах футах над землёй открылась маленькая канистра, выбрасывающая содержимое в горловину механизма спуска внизу. На мгновение наступила тишина. Затем рой комаров, только что проснувшихся от ледяного сна, расправил крылья и полетел.
Каждый образец был мужским, одиноким и готовым смешаться - и если все пойдет по плану, гудящая толпа жаждущих девственниц будет постоянно проникать в местную популяцию комаров, объединяясь с тысячами счастливчиков в предстоящие дни.
Учитывая, что существует около 100 видов комаров, которые несут смертельные человеческие патогены, включая паразитов, вызывающих малярию, а также вирусы Зика, денге и Западного Нила, это может звучать как ужасное начало апокалипсического научно-фантастического фильма « Вспышка» . Но это совсем наоборот: комары, выпущенные в этом эксперименте, могут быть одним из лучших средств против распространения инфекционных заболеваний.
В течение последних двух лет команда ученых и инженеров из WeRobotics и Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) испытывала новые способы распространения стерильных комаров-самцов в регионах, где распространяются эти смертельные заболевания. Первый пробный запуск исследователей на базе беспилотников, проведенный этой весной в Бразилии, дал многообещающие результаты, и они уже готовятся к большему.
«Это действительно захватывающий шаг вперед», - говорит Келси Адамс, биолог по борьбе с комарами из Гарвардской школы общественного здравоохранения, который не связан с работой. «С помощью таких инновационных технологий мы можем расширить области, в которые выпускаем [модифицированные комары]».
Конечная цель проста: вытесните плодородных самцов с евнухами и наблюдайте за падением числа потенциальных комаров-переносчиков болезней. Эта так называемая техника стерильных насекомых уже принесла успех сельскохозяйственным вредителям, таким как плодовые мухи, и другим насекомым, передающим болезнь от человека человеку, таким как мухи цеце. Однако использование этой технологии у комаров - явление несколько более новое.
Когда дело доходит до этого, стерильная техника насекомых - игра чисел. Дикие популяции должны быть завалены выращенными в лабораторных условиях воронками, иногда в пропорциях свыше 10 или более стерильных самцов на каждую фертильную местность. И одноразовый сброс не поможет: регион нужно снова и снова наводнять, пока популяция местных комаров не будет доведена до незначительных уровней (и даже в этом случае он может оставаться отвратительным упражнением в обслуживании). Более того, некоторые виды комаров, в том числе комары Aedes aegypti, которые переносят зика, лихорадку денге и желтую лихорадку, являются классическими кушетками, часто путешествующими не более чем на пару сотен футов за всю жизнь. Это еще больше увеличивает сложность обеспечения широкого охвата.
Комаров теперь можно разводить и стерилизовать массово в различных лабораторных условиях - достаточно быстрого выброса радиации, чтобы серьезно повредить сперму насекомого. Однако процесс безопасной упаковки, транспортировки и доставки этих бесплодных солдат в места, где они будут выполнять свою грязную работу, является его собственным препятствием. До сих пор в большинстве работ использовались наземные выбросы от транспортных средств, приводимые в действие человеком, но ухабистые поездки на грузовиках по незавершенным дорогам неизбежно приводят в движение их драгоценный груз, и многие регионы, изобилующие болезнями, недоступны для автомобилей.
Вместо этого исследователи теперь смотрят в небо.
«Дроны действительно меняют правила игры», - говорит Юрг Германн, ведущий инженер WeRobotics.
Технология на удивление повсеместна: за несколько тысяч долларов можно купить беспилотники и превратить их в комаров-шоферов. По словам Германна, беспилотники по сравнению с неуклюжими автомобилями по крайней мере в 5-10 раз эффективнее рассеивают комаров. Более того, дроны аэродинамические, многоразовые и совершенно не обременены дорогами (или их отсутствием). Везде, где есть небо, может летать беспилотник с зимующими комарами на буксире.
В предыдущих работах с плодовыми мушками использовались высотные самолеты. Но в отличие от самолетов, беспилотники могут лететь низко над землей, обеспечивая большую точность и контроль - и сводя к минимуму ущерб, который могут получить хрупкие жуки, когда они прыгают с корабля. Лучше всего, беспилотники не нуждаются в подверженных ошибкам пилотов: исследователи могут установить свой курс на домашней базе и помахать на прощание.
Коммерчески доступный беспилотник может быть превращен в «лимузинов-москитов», как соучредительно относится к ним соучредитель WeRobotics Патрик Майер, перевозя одновременно 50 000 комаров. (WeRobotics) После года прототипирования WeRobotics и МАГАТЭ предприняли свои усилия в этой области. Они нацелились в первую очередь на Бразилию, где эпидемия Zika, распространяемая комарами Aedes aegypti, привела к тысячам врожденных дефектов в 2015 и 2016 годах.
В ходе трех исследований в марте этого года исследователи разогнали в общей сложности 284 200 стерильных самцов комаров Aedes aegypti вокруг бразильской общины Карнаиба-ду-Сертан в марте этого года. Благодаря беспилотным полетам беспилотников исследователи смогли покрыть тысячи квадратных футов за считанные минуты - и более 90 процентов комаров, сброшенных с воздуха, казалось, прилипали к посадочной площадке.
Выжить опасную каплю было только началом - но эксперт по комарам МАГАТЭ Джереми Бойер был рад видеть, что эти парни, родившиеся в дронах, держались против своих плодовитых собратьев, производя по одному стерильному яйцу на каждое жизнеспособное яйцо, произведенное диким мужчиной. Бойер настроен оптимистично, что с большим количеством сомнений цифры продолжат расти.
На такой ранней стадии сложно оценить долгосрочное воздействие этих бесплодных блиц насекомых. Но эпидемии поражают, когда вы меньше всего их ожидаете, а борьба с насекомыми - это борьба с болезнями в зародыше. WeRobotics и МАГАТЭ уже планируют новые испытания в ближайшие месяцы и годы. Тем временем Германн и его команда работают над увеличением мощности каждого беспилотника и минимизацией смертности от комаров. В конце концов, исследователи надеются передать лучшую версию своей технологии местным экспертам в рамках интенсивной программы обучения, создавая устойчивую и самодостаточную систему рассредоточения. К 2020 году WeRobotics планирует иметь около 30 станций диспетчеризации беспилотников по всему миру.
«Мы не просто стремимся бросить технологию на проблему - это не влияние», - говорит соучредитель WeRobotics Патрик Майер. «Дроны должны быть героями в этой истории. Не западные организации.
Поскольку технология продолжает развиваться, еще больше дверей может открыться. В борьбе с болезнетворными насекомыми беспилотники не годятся для размножения пачек вредителей. Беспилотные летательные аппараты уже использовались для картирования мест размножения комаров, которые громоздко обнаружить и отследить невооруженным глазом, что позволило исследователям легче изучать поведение и распространение комаров. Кроме того, с их высокой точки зрения беспилотники являются отличным инструментом для распыления инсектицидов.
Адамс, который изучает репродуктивное поведение комаров Anopheles, которые могут переносить паразитов, вызывающих малярию , под наблюдением инфекциониста Flaminia Catteruccia, говорит, что даже в области беспилотных беспилотных летательных аппаратов существует дополнительная возможность для роста. Дроны, конечно, не являются видоспецифичными, и Бойер, Герман и Мейер с оптимизмом смотрят на то, что анофелес и другие комары могут стать подходящими кандидатами для распространения в будущем.
Фактически, когда дело доходит до комаров Anopheles, говорит Адамс, беспилотники могут быть даже большим благом. Anopheles не летаргические комки, как их двоюродные братья Aedes . Слежение за этими малярийными торговцами может быть более выгодным, потому что меньше комаров могут покрыть большую географическую область.
Более того, есть свидетельства того, что большинство женщин Anopheles (и некоторых Aedes ) в значительной степени моногамны; на самом деле, для женщин некоторых видов Anopheles выбор супругов - буквальное решение раз в жизни. И гормональные и поведенческие исследования в группе Catteruccia и других показали, что даже в скоплении спаривающихся комаров горстка козлов несоразмерно успешна. Это означает пару вещей: во-первых, большинство самцов комаров, к сожалению, умрут от девственниц. Во-вторых, и, возможно, что еще более важно, женщины, вероятно, сталкиваются с некоторым показателем мужского мужества, когда они пробираются сквозь толпу. Когда-нибудь, говорит Адамс, ученые могут склонить женских комаров к тому, чтобы они предпочли стерильных самцов фертильным, если им дать правильные стимулы.
В ходе подготовки к испытаниям ученые МАГАТЭ разводили сотни сотен тысяч комаров Aedes aegypti в лабораториях. (WeRobotics) Но техника стерильных насекомых - только одна из многих стратегий, с помощью которых можно нацелить репродуктивный цикл этих кровожадных клопов. И хотя она была очень эффективной во многих контекстах, эта стратегия не лишена недостатков.
«Одна из самых больших проблем заключается в том, что она не является самосохраняющейся, - объясняет Адамс. «Вам часто нужно больше комаров, чем вы думаете».
Во-первых, создание этой лаборатории для центров разведения и стерилизации по всему миру было бы огромным подвигом. Во время их небольшого испытания в одном сообществе в Бразилии WeRobotics и МАГАТЭ выращивали более 700 000 комаров - число, которое необходимо было бы увеличить в огромных масштабах, чтобы удовлетворить хотя бы небольшую часть глобальных потребностей. Кроме того, изолировать популяцию только для мужчин для стерилизации и выпуска не так просто, как кажется, и ошибки могут быть чрезвычайно дорогостоящими. Женщины являются кровососами группы и, следовательно, посланниками болезней. По словам Адамса, случайное освобождение населения, составляющего даже 1 процент женщин, может фактически усугубить эпидемию.
К счастью, существует много альтернатив. Один из вариантов включает в себя производство комаров, которые могут передавать летальные гены на их потомство - еще одна форма подлого контроля над рождаемостью. Эта технология может быть особенно мощной, если она спроектирована вместе с «генным драйвом» - по сути, генетическим элементом, который мощно вооружает всех потомков, независимо от того, какой из родителей обладает этой чертой. Таким образом, генные инстинкты распространяются среди популяций ускоренными темпами, что делает их более эффективными, чем такие стратегии, как техника стерильных насекомых: меньшее количество насекомых может доминировать над дикой популяцией, что несколько избавляет от необходимости массового производства комаров.
В последние годы некоторые ученые выразили озабоченность тем, что некоторые из этих методов направлены на полное уничтожение определенных видов комаров. И связано ли это с болезнью или нет, вымирание - это вымирание.
Но около 3500 видов комаров бродят по небу - и многие из них имеют частично совпадающие экологические функции, говорит Адамс. «Уничтожение одного вида комаров не обязательно будет иметь огромные экологические последствия, учитывая, что их тысячи», - объясняет она. «Но, конечно, мы все равно должны действовать с осторожностью».
Одной альтернативой полному геноциду является введение иммунитета против паразитов или вирусов в популяцию комаров. В сочетании с генным влечением эта технология потенциально может создать устойчивую линию насекомых, которые могут свободно кровью наполнять сердца и блаженно избавляться от болезней.
Конечно, эти методы не являются надежными. Подобно тому, как бактерии, вирусы и паразиты развивают устойчивость к лекарствам, комары могут мутировать свой путь из генных влечений и других видов манипуляций с ДНК. Даже если это произойдет с низкой скоростью, один человек может быстро распространить свои генетические ошибки на будущие поколения, откладывая годы усилий.
Бойер отмечает, что неудачи с мутациями можно обойти, полагаясь на оригинальную методику стерильных насекомых, основанную на облучении: найти генетический обходной путь бесплодия полового партнера нелегко. Кроме того, хотя методы стерильных насекомых использовались в течение десятилетий, добавляет он, сложные и инвазивные генетические модификации могут встретить больше препятствий на пути к коммерциализации, учитывая строгие правила ГМО, существующие во многих странах.
Никакая отдельная стратегия борьбы с комарами не может быть панацеей сама по себе. Тем не менее, говорит Бойер, в будущем некоторые из этих методов могут эффективно использоваться в комбинации. Как и в случае с лекарствами и другими наркотиками, населению гораздо сложнее развить сопротивление, когда оно сражается с несколькими противниками одновременно.
В любом случае Мейер с энтузиазмом относится к возможности новых пассажиров для Air Mosquito. «Мы всего лишь лимузин», - смеется он. «Какие бы комары не попадали в лимузин, решать другие эксперты. С нашей стороны, пока есть комары, [капля] будет работать - независимо от того, как они были изменены ».
