蟻群預(yù)防傳染病的策略

方陵生

在群居昆蟲中，研究人員發(fā)現(xiàn)了與新型傳染病大流行作斗爭的一些有益線索。螞蟻、白蟻、蜜蜂和黃蜂預(yù)防傳染病的能力對我們很有借鑒意義，可能有助于人類社會控制自身的疾病。

英國布里斯托大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)院娜塔莉·斯特羅伊梅特是專門研究小型生物流行病的科研人員，她認(rèn)為，各國為防止疫情傳播擴(kuò)散而制定的關(guān)于保持社交距離的建議似乎“很熟悉”，因?yàn)樗谙伻褐幸灿^察到類似做法。一些科學(xué)家認(rèn)為，昆蟲研究領(lǐng)域可以幫助人們想象一個對傳染病大流行更具彈性的社會。

群居昆蟲包括白蟻、螞蟻，以及許多種類的蜜蜂和黃蜂。通常工蜂或工蟻之間要互相交換液體，并近距離分享成果。進(jìn)出巢穴的昆蟲熙熙攘攘、忙忙碌碌，甚至有些蟻群和紐約市人口一樣眾多。因此，對群居昆蟲來說，與人類一樣，抵御疾病可能也是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

昆蟲生活在非常有限的環(huán)境中，同時(shí)攜帶有大量微生物。這些微生物中有許多病原體，會像瘟疫一樣席卷整個群體。但研究人員認(rèn)為，事實(shí)上這種情況鮮有發(fā)生，這是因?yàn)槔ハx社會能夠通過某種方式限制傳染病的傳播。

在過去30年里，研究人員已開始探索它們是如何做到的。他們發(fā)現(xiàn)昆蟲避免感染疾病有無數(shù)種方法，其中有些方法看起來非常獨(dú)特，或許可為人類社會對抗自身病原體提供新的見解。但到目前為止，人類流行病學(xué)家還沒有對這一領(lǐng)域給予應(yīng)有的關(guān)注。

幸好，目前已經(jīng)有一些研究人員開始探求問題的答案，諸如“某個昆蟲個體接觸到某種真菌、細(xì)菌和病毒，或任何一種病原體，然后回到群體中，卻不會感染群體中的其他個體，它們是如何做到的呢？”

20世紀(jì)80年代，牛津大學(xué)博士后研究員施密德·亨佩爾意識到所研究的蜜蜂經(jīng)常受到寄生蟲的侵?jǐn)_。由此，他提出一些疑問：如果病原體不是對蜂群的小小滋擾，而是一個重大威脅，那會怎么樣？蟻群或蜂巢在多大程度上，實(shí)際處于一種微型流行病狀態(tài)呢？

觀察過群居昆蟲的人早已知道，這些小生物們會小心翼翼地保持巢穴內(nèi)的清潔，工蜂會將廢物和尸體堆放到巢穴外面，群居昆蟲相互間會幫助對方梳理。近期研究證明，它們還有其他抵抗感染的適應(yīng)性策略。例如，一些螞蟻會采集到可以抗菌的樹脂并將其散布在巢穴周圍，研究人員將其描述為“集體用藥”。此外，群居昆蟲還會分泌一種殺菌化合物用來抵御感染。

顯然，動物的梳理行為有意想不到的好處。一些螞蟻在相互清潔時(shí)，會將少量病原體轉(zhuǎn)移到同巢伙伴身上。生物學(xué)家西爾維婭·克雷默在最近的一篇論文中寫道：接觸少量病原體可導(dǎo)致非致命的、低水平的感染，從而引發(fā)保護(hù)性免疫。她將昆蟲的這一行為過程比作“天花接種”。人類預(yù)防天花曾經(jīng)很常見的一種方法是，普通人通過接觸患者身上的少量體液或干燥結(jié)痂物質(zhì)獲得免疫力，從而免受天花侵襲。她和同事們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)黑木工蟻的蟻群中有某些成員遇到某種致病細(xì)菌時(shí)，它們會產(chǎn)生免疫反應(yīng)，并與同伴分享免疫物質(zhì)，使整個蟻群更具抵抗力。感染了病原體的螞蟻會在整個蟻群被感染前，口對口地將免疫物質(zhì)傳遞給它們的同伴，讓同伴提前作好被感染的準(zhǔn)備。

對于社會性昆蟲研究者來說，一個難以捉摸的問題是：群居昆蟲社會是否真的通過改變相互交往行為，讓疾病更難以傳播開來，就像人類的公共衛(wèi)生部門對家庭實(shí)施隔離措施、對餐館實(shí)行入住限制那樣呢？大多數(shù)群居昆蟲群落都有復(fù)雜的分工系統(tǒng)。一些工蟻或照顧蜂王，或喂養(yǎng)幼蟲，或站崗值守，或外出覓食。但近年來的數(shù)學(xué)模型表明，社會分工也可能減緩感染。例如，如果只與幾只指定的工蜂交流，那么蜂后便很少會感染生病。

研究人員聲稱，在昆蟲群體中對某些理論進(jìn)行測試可能很困難，但自動昆蟲追蹤系統(tǒng)的出現(xiàn)為這類研究開辟了新的可能性。為了繪制蟻群的社交活動網(wǎng)絡(luò)圖，娜塔莉·斯特羅伊梅特研究團(tuán)隊(duì)在螞蟻胸部粘上了微小的QR碼（二維條碼的一種，其內(nèi)容可快速被解碼）標(biāo)簽，她們估計(jì)可以在12小時(shí)內(nèi)為放置在觀察箱里的500只螞蟻都裝上二維碼。觀察箱頂上攝像頭可讀取的這些二維碼，并以2次/秒的速度記錄每只螞蟻的位置，生成蟻群中在這段時(shí)間內(nèi)每次接觸的數(shù)據(jù)。借助于高性能的計(jì)算機(jī)，這些高達(dá)數(shù)十萬個的數(shù)據(jù)點(diǎn)可解析成蟻群社交網(wǎng)絡(luò)詳圖。

2014年，娜塔莉·斯特羅伊梅特研究團(tuán)隊(duì)繪制了22個蟻群的活動網(wǎng)絡(luò)圖，對它們在幾天內(nèi)的相互交往情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)，螞蟻的活動是隨機(jī)的，相互之間的互動呈模塊化，其中某些螞蟻之間的接觸比與群體中其他成員要多。

至少在理論上，模塊化網(wǎng)絡(luò)本身可以減緩病毒在群體中的傳播。例如，病毒在一個由100人組成的熱鬧聚會上的傳播速度，要快于20個由5個朋友組成的小群體中的傳播速度。

之后的一項(xiàng)研究取得了更大的突破。研究人員讓11個蟻群中的螞蟻感染了致命的綠僵菌，并另取11個蟻群作為對照組。研究人員觀察發(fā)現(xiàn)，一旦螞蟻覺察到有病原體入侵，蟻群的互動網(wǎng)絡(luò)就開始發(fā)生變化：模塊化程度增強(qiáng)，蟻群中不同任務(wù)組之間的互動也比之前減少了。負(fù)責(zé)覓食的螞蟻減少了與真菌的接觸，即使是未接觸病原體的螞蟻也開始以不同的方式相互交往，與同伴保持了較高比例的小圈子接觸。娜塔莉·斯特羅伊梅特稱，這個過程與人類保持社會距離沒有什么不同。這是保護(hù)群體免遭流行病侵襲的一種經(jīng)濟(jì)而簡單的方法。螞蟻的模塊化社交網(wǎng)絡(luò)是為應(yīng)對感染威脅而進(jìn)化的，還是病原體抑制僅僅是進(jìn)化的一個有用的副作用，這一點(diǎn)目前尚不清楚。但蟻群中這種特殊機(jī)制確實(shí)成功地遏制了病原體的傳播。螞蟻的社交疏離策略，意味著面對流行病，人類不是唯一一個會重新調(diào)整社會秩序的物種。

娜塔莉·斯特羅伊梅特認(rèn)為，螞蟻的成功可以為在傳染病大流行中掙扎的人類提供一些驗(yàn)證和啟發(fā)。人類的公共衛(wèi)生部門只有幾百年歷史，而螞蟻社會已進(jìn)化了數(shù)百萬年。蟻群因病原體侵襲而崩潰的現(xiàn)象是極為罕見的，所以它們的機(jī)制非常有效。

從理論上講，社會性昆蟲是一個理想的模型系統(tǒng)，一個可以從中探索疾病如何通過社交網(wǎng)絡(luò)傳播的微型社會，同時(shí)社會性昆蟲群落也可看作是成功的城市。群居昆蟲預(yù)防傳染病的策略，包括它們的行為和進(jìn)化，都值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。