Межвидовой барьер. Неизбежное будущее человеческих заболеваний и наше влияние на него - Дэвид Куаммен

«глыбы» возможностей. Они держатся потому, что работают. О них писал еще Дарвин: потомство с изменениями, естественный отбор, адаптация. Единственный сюрприз, если это можно назвать сюрпризом, – в том, что вирусы эволюционируют точно так же, как и по-настоящему живые существа.

Примерно в то же время, когда Фрэнк Феннер опубликовал результаты тридцатилетнего анализа вируса миксомы, двое других ученых начали разрабатывать теоретическую модель взаимодействия носителей и паразитов. Они хотели точно сформулировать не только первое правило, но и некоторые другие. И они использовали для этого математический аппарат. Их звали Андерсон и Мэй.

Рой Андерсон – паразитолог и эколог со склонностью к математике, который сейчас работает в Имперском колледже Лондона. Он написал докторскую диссертацию о плоских червях, заражающих лещей. Роберт Мэй – австралиец, как Фрэнк Феннер или Макфарлейн Бёрнет, но при этом совсем другой. Он защитил докторскую диссертацию по теоретической физике, уехал в Гарвард, где преподавал прикладную математику, и где-то в пути заинтересовался динамикой популяций животных. Его наставником стал великолепный эколог Роберт Макартур, тогда работавший в Принстоне; он применил совершенно новый уровень математических абстракций и манипуляций к экологическому мышлению. Макартур умер молодым в 1972 г. Мэй, которого он лично выбрал преемником, перебрался в Принстон, стал там профессором зоологии и продолжил проект по применению математики в теоретической экологии[173]. Его первая опубликованная статья о паразитах называлась «Близость у шистосом»; в ней описывалась динамика заражения у другого вида плоских червей.

Сблизившись на почве общих интересов (экология, математика, плоские черви) и взаимодополняющих достоинств, Роберт Мэй и Рой Андерсон начали работать вместе – как Уотсон и Крик, как Мартин и Льюис, и представили первую версию своей математической модели заболеваний в 1978 г. В последующие двенадцать лет они развивали эту и смежные темы в серии статей, которые легко читались, были усеяны математическими формулами и привлекли широкое внимание коллег-ученых. Затем в 1991 г. они собрали все эти статьи (многое к ним добавив) в толстую книгу под названием «Инфекционные болезни человека». Они основали свою работу на той же концептуальной схеме, которой теоретики заболеваний пользовались вот уже шестьдесят лет, – модели SIR, изображающей потоки отдельных людей во время вспышки заболевания и переходы их из одного класса в другой: уязвимые (S), потом зараженные (I) и выздоровевшие (R). Андерсон и Мэй улучшили модель SIR во многих отношениях, сделав ее сложнее и реалистичнее. Самое главное улучшение заключалось во введении фундаментального параметра: размера популяции носителей.

Практически все прежние теоретики заболеваний – Рональд Росс в 1916 г., Кермак и Маккендрик в 1927-м, Джордж Макдональд в 1956-м – относились к размеру популяции как к константе. Это упрощало расчеты и казалось вполне практичным способом работы с реальными ситуациями. Например, если население города – двести тысяч человек, и там начинается вспышка кори, то в течение всей эпидемии сумма уязвимых, зараженных и выздоровевших людей будет все время равняться двумстам тысячам. Такое допущение предполагает, что население само по себе стабильно: рождаемость уравновешивает смертность, и даже эпидемия не может нарушить этой стабильности. Эпидемиологи и другие медики, даже те, кто хорошо разбирается в математике, обычно применяют именно такой подход.

Но вот Андерсону и Мэю это показалось слишком простым, слишком статичным. Они пришли из мира экологии, где размеры популяции постоянно меняются – это сложные и далеко идущие процессы. Давайте относиться к размеру популяции как к динамической переменной, предложили они. Давайте откажемся от искусственного допущения стабильности и признаем, что сама эпидемия болезни тоже может воздействовать на численность населения – убить бÓльшую его часть или снизить рождаемость, или повысить стресс в обществе, – например, из-за переполнения госпиталей, – что приведет к росту смертности от других причин. Может быть, подействуют сразу три этих фактора и некоторые другие. Их цель, писали Андерсон и Мэй, – «сплести вместе» два подхода, медицинский и экологический, в один практичный метод, который поможет понять (и предсказать) путь развития инфекционных болезней в популяции[174].

– Это привлекло внимание многих экологов, – рассказал мне один из выдающихся ученых этой отрасли – Лес Рил из Университета Эмори, работу которого о распространении Эболы среди горилл я упоминал ранее. – Экологи, которые искали, чем бы заняться в популяционной экологии, вдруг заинтересовались инфекционными заболеваниями.

Потом Лес сразу же поправился: конечно же, Мэй и Андерсон не изобрели экологический подход к болезням. Он существовал довольно давно, по крайней мере, со времен Макфарлейна Бёрнета. Но они сделали кое-что еще.

– Боб и Рой математизировали его. Причем математизировали очень интересным образом.

Математика бывает правильной, но скучной. Бывает сложной, безупречной и навороченной, но в то же время дурацкой и бесполезной. А вот математика Андерсона и Мэя не была бесполезной. Она была изящной и провокационной. Мне на слово можете не верить, но вот Лесу Рилу – поверьте. Или обратитесь к Science Citation Index, авторитетному индексу научного влияния, и посмотрите, как часто на статьи Андерсона и Мэя (или Мэя и Андерсона, как они периодически подписывались) ссылаются другие ученые.

Некоторые их статьи публиковались в самых авторитетных журналах – Nature, Science, Philosophical transactions of the Royal Society of London. Мою любимую их статью, впрочем, напечатали в более специализированном издании – Parasitology. Она называлась «Coevolution of Hosts and Parasites» («Совместная эволюция носителей и паразитов») и вышла в 1982 г. Началась она с того, что авторы отмахнулись от «не подкрепленных доказательствами утверждений» в учебниках по медицине и экологии, «что “успешный” паразитический вид эволюционирует, пока не станет безвредным для своего носителя»[175]. Чепуха и бессмыслица, сказали Андерсон и Мэй. На самом деле вирулентность паразита «обычно тесно связана с заразностью и временем, необходимым для выздоровления тем носителям, для которых болезнь не стала смертельной». Заразность и время выздоровления были двумя переменными, которые Андерсон и Мэй использовали в своей модели. Кроме них, они отметили еще три переменные: вирулентность (определенная как количество смертей, вызванных инфекционной болезнью), смертность от всех других причин и постоянно меняющаяся популяция носителя. Лучшей мерой эволюционного успеха, решили они, является базовый индекс репродукции инфекции – тот самый кардинальный параметр R0.

Итак, они назвали пять ключевых переменных, а потом решили разобраться в их общем эффекте. Их интересовала динамика. Пришли они в результате к простому уравнению. В конце этой книги не будет раздела «Проверь себя» с вопросами по математике, но я все же решил, что вы захотите посмотреть на эту формулу. Готовы? Не дрожите, не бойтесь, не моргайте:

R0= βN/(α + b + v)

А теперь простым человеческим языком: эволюционный успех микроба прямо пропорционален скорости его передачи среди