В една ранна пролетна сутрин над малък град в Баия, Бразилия, се носеше тананик На тристотин фута над земята малка кутия се отвори, изхвърляйки съдържанието му в устието на механизма за освобождаване отдолу. За миг настъпи тишина. След това рояк от комари, току-що събудени от ледена дрямка, протегнаха крилете си и полетяха.
Всеки екземпляр беше мъжки, единичен и готов да се смеси - и ако всичко вървеше по план, бръмчещата орда от нетърпеливи девици непрекъснато ще прониква в местното население на комари, свързвайки се с хиляди щастливи дами през следващите дни.
Като се има предвид, че има около 100 вида комари, които пренасят смъртоносни човешки патогени - включително паразити, причиняващи малария, както и вируси Зика, денга и Западен Нил - това може да звучи като ужасяващо начало на апокалиптичен научнофантастичен филм à la Outbreak . Но е точно обратното: Комарите, отприщи в този експеримент, може да са едни от най-добрите оръжия срещу разпространението на инфекциозна болест.
През последните две години екип от учени и инженери от WeRobotics и Международната агенция за атомна енергия (IAEA) тества нови начини за разпръскване на стерилни мъжки комари в региони, в които тези смъртоносни болести протичат широко. Първият пробен опит на изследователите, проведен миналата пролет в Бразилия, даде обещаващи резултати и те вече подготвят повече.
„Това е наистина вълнуваща стъпка напред“, казва Келси Адамс, биолог от комари от Харвардската школа за обществено здраве, който не е свързан с работата. „С иновативни техники като тези можем да разширим областите, в които освобождаваме [модифицирани комари].“
Крайната цел е проста: Изтласквайте плодородни мъжки с евнуси и наблюдавайте броя на потенциалните комари, пренасящи болести. Тази така наречена стерилна техника за насекоми вече даде успех при селскостопански вредители като плодови мухи и при други бъгове, които пренасят болести от човек на човек, като мухи цеце. Използването на технологията при комарите обаче е малко по-ново явление.
Когато се свежда до него, техниката на стерилните насекоми е игра на числа. Дивите популации трябва да бъдат залети с отглеждани в лаборатория замърсявания, понякога в съотношения над 10 или повече стерилни мъжки за всеки плодороден местен. И еднократното изхвърляне няма да свърши работа: един регион трябва да бъде наводнен отново и отново, докато населението на местните комари не бъде изведено до незначителни нива (и дори тогава това може да остане неприятно упражнение за поддръжка). Нещо повече, някои видове комари, включително комарите Aedes aegypti, които предават Зика, денга и жълта треска, са класически картофени дивани, които често пътуват не повече от няколкостотин фута през живота си. Това допълнително повишава трудностите за осигуряване на широко покритие.
Комарите вече могат да бъдат развъждани и стерилизирани масово в редица лабораторни среди - бърз залъчване на радиация е достатъчен за сериозно увреждане на сперматозоидите от насекоми. Процесът на безопасно опаковане, транспортиране и доставка на тези стерилни войници до местата, където те ще свършат мръсната си работа, е собствена пречка. Повечето усилия досега са свързани с човешки наземни изпускания от превозни средства, но неравномерните возила на камиони по недовършени пътища неминуемо затрупват скъпоценния си товар, а много региони, обзети от болести, са недостъпни с кола.
Вместо това сега изследователите гледат към небето.
„Дроновете наистина са смяна на играта“, казва Юрг Герман, водещ инженер на WeRobotics.
Технологията е изненадващо повсеместна: За няколко хиляди долара дронове могат да бъдат закупени и трансформирани в комари. В сравнение с тромавите автомобили дроновете са поне пет до 10 пъти по-ефективни при разпръскването на комари, казва Герман. Нещо повече, дроновете са аеродинамични, многократно използваеми и напълно незаредени от пътища (или липса на такива). Където и да е небето, може да отиде дрон с хибернация на комари.
Предишната работа с плодови мухи е използвала самолети на височина. Но за разлика от самолетите, дроновете могат да летят ниско до земята, осигурявайки по-голяма прецизност и контрол - и свеждане до минимум на щетите, чупливите бъгове могат да издържат, тъй като са изведени от кораба. Най-хубавото е, че дроновете нямат нужда от податливи на грешки пилоти: Изследователите могат да зададат курса си в домашни условия и да се сбогуват с вълни.
Предлаганият в търговската мрежа дрон може да бъде кооптиран в „комарски лимузини“, както с основание се отнася към тях основателят на WeRobotics Патрик Майер, носейки 50 000 комара наведнъж. (WeRobotics) След година на прототипиране, WeRobotics и IAEA предприеха своите усилия на полето. Те ориентираха най-напред Бразилия, където епидемия Зика, разпространена от комари Aedes aegypti, доведе до хиляди вродени дефекти през 2015 и 2016 година.
В хода на три изпитания изследователите са разпръснали общо 284 200 стерилни мъжки Aedes aegypti комари около бразилската общност Carnaíba do Sertão през март тази година. С дроновете, които летяха с пълна скорост, изследователите успяха да покрият хиляди квадратни фута за няколко минути - и над 90 процента от комарите, които са в капан, изглеждаха да придържат кацането.
Оцеляването на опасната капка беше само началото - но експертът от комари на МААЕ Джерами Буйер беше доволен, че тези пичове, получени от дронове, се държат срещу своите плодородни колеги, отглеждайки около едно стерилно яйце за всяко жизнено яйце, произведено от див мъжкар. Bouyer е оптимист, че с повече финализиране числата ще продължат да се покачват.
На толкова ранен етап е предизвикателно да се оцени дългосрочното въздействие на тези безплодни ухапвания от насекоми. Но епидемиите удрят, когато най-малко ги очаквате - и контролът върху насекомите е свързан с болестта на ноктите в пъпката. WeRobotics и МААЕ вече планират още изпитания през следващите месеци и години. Междувременно Герман и неговият екип работят за увеличаване на капацитета на всеки дрон и минимизиране на смъртността от комари. В крайна сметка изследователите се надяват да предадат по-добра версия на своята технология на местните експерти чрез интензивна програма за обучение, създавайки устойчива и самодостатъчна система за разпространение. До 2020 г. WeRobotics планира да разполага с около 30 станции за изпращане на дронове по целия свят.
„Ние не сме просто да хвърлим технологията на проблема - това не е въздействие“, казва съоснователят на WeRobotics Патрик Майер. „Дронът трябва да бъде героите в тази история. Не западните организации. "
Тъй като технологията продължава да напредва, все още могат да се отворят още врати. В борбата с насекомите, пренасящи болести, дроновете не са добри за размножаване на пакети от вредители. Безпилотните самолети вече са били използвани за картографиране на места за размножаване на комари - които са тромави за наблюдение и проследяване с невъоръжено око - позволяващи на изследователите по-лесно да изучават поведението и разпространението на комарите. Освен това, от високата си гледна точка, дроновете са отлично средство за пръскане на инсектициди.
Дори в обхвата на дроновете против комари има допълнително място за растеж, казва Адамс, който изучава репродуктивното поведение на комарите Anopheles, които могат да пренасят паразити, причиняващи малария , под наблюдението на изследователя на инфекциозните болести Flaminia Catteruccia. Дронът със сигурност не е специфичен за видовете и Bouyer, Germann и Meier са оптимистични, че Anopheles и други комари могат да бъдат жизнеспособни кандидати за разпространение в бъдеще.
Всъщност, що се отнася до комарите на Anopheles, казва Адамс, дроновете биха могли да бъдат още по-голяма полза. Anopheles не са летаргични бучки като техните братовчеди на Aedes . Airdropping тези малария чудовища може да бъде по-голям удар за вашия долар, тъй като по-малко комари могат да покрият по-голяма географска зона.
Нещо повече, има доказателства, че повечето женски анофели (и някои Aedes ) са до голяма степен моногамни; всъщност за дамите от някои видове Anopheles изборът на половинка е буквално решение веднъж в живота. И хормоналните и поведенчески изследвания в групата на Catteruccia и други показаха, че дори при рояк чифтосващи се комари, шепа ловници са несъразмерно успешни. Това означава няколко неща: Първо, повечето мъжки комари, за съжаление, ще умрат девици. Второ и може би по-важното е, че жените вероятно се вписват в някакъв индикатор за мъжкия мачизъм, докато пробиват път през тълпата. Някой ден, казва Адамс, учените може да успеят да насочат женските комари да предпочетат стерилните мъжки пред плодородните, като се имат предвид правилните стимули.
В подготовката за своите опити учените от МААЕ отглеждаха стотици хиляди комари Aedes aegypti в лаборатории. (WeRobotics) Но стерилната техника за насекоми е само една от много стратегии, чрез които да се насочите към репродуктивния цикъл на тези кръвожадни бъгове. И въпреки че е много ефективна в много контексти, тази стратегия не е без недостатъците си.
„Един от най-големите проблеми е, че не се самоуверява“, обяснява Адамс. „Често се нуждаете от повече комари, отколкото бихте си мислили.“
Първо, създаването на лаборатории за развъждане и стерилизация в световен мащаб би било страхотен подвиг. По време на своето малко изпитване с една общност в Бразилия, WeRobotics и IAEA отглеждат над 700 000 комари - брой, който трябва да бъде увеличен неимоверно, за да задоволи дори част от глобалната нужда. Освен това изолирането на популация само за мъже за стерилизация и освобождаване не е толкова лесно, колкото звучи и грешките могат да бъдат изключително скъпи. Женските са кръвосмукачите на групата - и следователно пратениците на болестта. Случайното освобождаване на население, което е дори 1 процент жени, всъщност може да влоши епидемия, казва Адамс.
За щастие съществуват много алтернативи. Единият вариант включва производство на комари, които могат да предадат смъртоносни гени на потомството си - друга форма на подъл контрол на раждаемостта. Тази технология може да бъде особено мощна, когато е разработена заедно с „генно задвижване“ - по същество, генетичен елемент, който усилва пътя си към цялото потомство, без значение кой родител носи черта. По този начин генните дискове се разпространяват чрез популации с ускорена скорост, което ги прави по-ефективни от стратегии като стерилната техника за насекоми: По-малък брой насекоми могат да доминират над дива популация, донякъде облекчавайки нуждата от масово производство на комари.
Една от проблемите, които някои учени изразиха през последните години, е, че няколко от тези методи имат за цел да заличат напълно някои видове комари. И свързано с болестта или не, изчезване е изчезване.
Но около 3500 вида комари бродят по небето - и много от тях имат припокриващи се екологични функции, казва Адамс. „Елиминирането на един вид комари не е задължително да има огромни последици за околната среда, като се има предвид, че има хиляди от тях“, обяснява тя. "Но разбира се, все пак трябва да продължим с повишено внимание."
Една алтернатива на геноцида отвън и извън е въвеждането на имунитет срещу паразити или вируси в населението на комари. В съчетание с генни дискове, тази технология потенциално би могла да създаде трайна поредица от насекоми, които са свободни да подават кръв по съдържание на сърцата си - и блажено без болести.
Разбира се, и тези методи не са безусловни. Точно както бактериите, вирусите и паразитите развиват резистентност към наркотиците, комарите могат да мутират пътя си от генетични задвижвания и други видове манипулации с ДНК. Дори и да се случи с ниски темпове, един индивид може бързо да разпространи своите генетични хълцания върху бъдещите поколения, отменяйки години усилия.
Bouyer посочва, че злополуките с мутациите могат да бъдат заобиколени, като се разчита на оригиналната стерилна техника на базата на облъчване: Не е лесно да се намери генетично решение за безплодието на сексуалния партньор. Освен това, докато стерилните техники за насекоми се използват от десетилетия, той добавя, че сложните и инвазивни генетични модификации могат да срещнат повече препятствия по пътя на комерсиализацията, предвид строгите правила за ГМО, които съществуват в много страни.
Нито една стратегия за борба с комарите вероятно не е панацея сама по себе си. Въпреки това, Bouyer казва, в бъдеще някои от тези техники могат да бъдат използвани ефективно в комбинация. Както е при лекарствата и други лекарства, за населението е много по-трудно да развие съпротива, когато се бори с няколко противници наведнъж.
Във всеки случай Meier е ентусиазиран от възможността за нови пътници за Air Mosquito. „Ние сме само лимузина“, казва той през смях. „Какви комари да влязат в лимузина, зависи от други експерти. От своя страна, докато има комари, [капката] ще работи - независимо как са били модифицирани. "
