מיקרו מגפות

//

מייקל שולסון, Undark

//

Undark.org

לך אל הנמלה, רופא

שורה של מחקרים פורצי דרך מראה את הדרכים המבריקות שבהן מושבות חרקים מצליחות להתגונן מפני מגפות, כבר מיליוני שנים - ומה ערים אנושיות יכולות ללמוד מהן, בעיצומה של מגפה עולמית

מיקרו מגפות

מייקל שולסון, Undark

Undark.org

הנמלים של סטרוֹימֵייט ותגי הזיהוי שהן נושאות לצורך הניסוי. חברה בזעיר־אנפין, שבה אפשר לחקור כיצד מחלות מתפשטות ברשתות חברתיות צילום: Timothée Brütsch / University of Lausanne

בהתחשב בעובדה שהיא מדביקה קני נמלים בפתוגנים קטלניים, ואז בוחנת כיצד הם מגיבים, אפשר לומר שנטלי סטרוֹימֵייט מתמחה במגפות מיניאטוריות. כל זאת השתנה במרץ האחרון: מגפת הקורונה התפשטה בבריטניה ועל סטרוימייט, מרצה בכירה במחלקה לביולוגיה באוניברסיטת בריסטול, נאסר להגיע למעבדת מגפות הנמלים שלה. המחשבים המשוכללים שבהם היא משתמשת כדי לעקוב אחרי התנהגותן של הנמלים הושבתו, ורק טכנאי מעבדה אחד, שהוגדר "עובד חיוני", הורשה לטפל במאות קני הנמלים מסוג "נמלת הגינה השחורה" (Lasius niger) שבמעבדה – כל קן במיכל פלסטי משלו.

כשממשלות ברחבי העולם החלו להורות לאזרחיהן לשמור על מרחק זה מזה כדי למנוע את הפצת הווירוס, סטרוימייט החלה להבחין בהקבלות למושאי החרקים. ההנחיות העדכניות על אודות ריחוק חברתי "נשמעו לי מוכרות", היא מספרת, "כיוון שראיתי את זה קורה בקרב נמלים".

תובנות כאלה עומדות בלבו של תחום מתפתח בחקר החרקים, שלהערכת מדענים רבים עשוי לסייע לבני אדם לעצב חברה עמידה יותר בפני מגפות. כמו אצל בני האדם, התגוננות מפני מחלות עלולה לגבות מאמץ ניכר מחרקים חברתיים — קטגוריה הכוללת טרמיטים, נמלים ומינים רבים של דבורים וצרעות. הפועלים והפועלות שבקן מחליפים ביניהם נוזלי גוף וחולקים את אותם מרחבי מחיה. ברוב המינים ישנה תנועה עמוסה אל הקן וממנו. ישנם קיני נמלים שהיקף האוכלוסייה שבהם הוא באותו סדרי גודל של אוכלוסיית ניו יורק.

כשסטרוֹימֵייט חשפה נמלים לפטרייה קטלנית, הקבוצות השונות בקן צמצמו את התקשורת ביניהן והתכנסו לקפסולות. כעת פֵפֵרמן מלמדת תאגידים כיצד לאמץ מודל דומה ולבנות מצבת כוח אדם חסינת פורענויות

"חרקים חיים בסביבות סגורות מאוד, שיש בהן עומס חיידקי רב", אומרת רבקה רוזנגאוּס, אקולוגית התנהגותית מאוניברסיטת נורת'איסטרן בבוסטון, שחוקרת את התנהגותם של חרקים חברתיים. רבים מאותם חיידקים, היא מוסיפה, הם פתוגנים העלולים להתפשט בקן כמו מגפה. אבל חוקרי חרקים חברתיים מציינים שהתפשטות כזו מתרחשת במקרים נדירים בלבד: איכשהו, אפילו מושבות עצומות של חרקים חברתיים מצליחות להגביל את התפשטותן של מחלות.

דוקטור, יש לי נמלולים

כמה אסטרטגיות שמשמשות נמלים להתגוננות בפני מחלות

1

שמירה על ניקיון הקן

2

פיזור שרף עצים בעל תכונות אנטי־מיקרוביאליות סביב הקן

3

הפקת חומרים אנטי־בקטריאליים בגוף הנמלה והפצתם בקן

4

טיפוח הדדי שמביא ל"מיקרו חשיפות" מחסנות

5

פיתוח חיסון בגוף הנמלה והפצתו ישירות לנמלים אחרות

6

התכנסות לתוך "קפסולות" השומרות על ריחוק חברתי

7

העלמת הצעירים, שהם השכבה הפגיעה ביותר להדבקה

בשלושת העשורים האחרונים, מדעניות ומדענים החלו לחקור כיצד מתנהל התהליך הזה, ולמפות את שלל הדרכים שבהן מושבות מתגברות על מחלות. חלק מאותן שיטות יכולות להיראות זרות ומוזרות. אחרות, כולל גרסאות פשוטות של התחסנות והתנהגויות שבבסיסן ריחוק חברתי, נראות מוכרות להפליא. במשולב, הן יוצרות סוג של "אפידמיולוגיה מקבילה" שעשויה לספק תובנות לחברות אנושיות הנאבקות בפתוגנים משלהן — גם אם עד כה, אפידמיולוגים אנושיים לא הקדישו לתחום כל תשומת לב.

ובכל זאת, אלו בדיוק התובנות שרוזנגאוס וחוקרים אחרים בוחנים כעת. "איך זה אפשרי", היא תוהה, "שחרק שנחשף לחיידק, לפטרייה או לווירוס, או כל פתוגן אחר, יכול לחזור לקן בלי להדביק את כל הפרטים שבו?"

קהילה היא סיכון, אבל גם מגן

חרקים חברתיים עומדים במרכזם של שלל מחקרים מעמיקים כבר יותר ממאה שנה, אבל הפתוגנים והטפילים שפוגעים בהם, מסבירים חוקרים, הוזנח ונדחק. "הזרם המרכזי של חקר החרקים החברתיים התעלם מטפילים זה זמן רב", אומר פול שמיד־הֵמפל, אקולוג ניסיוני באוניברסיטת המחקר הציבורי השווייצרי ETH ציריך. "חברות החרקים", סקירה מכוננת של הענף שערך ב־1971 אי.או ווילסון, אולי גדולי מומחי הנמלים בעולם, כלל אינה כוללת במפתח העניינים שלה את המילים "מחלה", "פתוגן", "חיידק" או "וירוס".

כחוקר פוסט־דוקטורט באוקספורד בשנות השמונים, הבין שמיד־המפל שהדבורים שהוא חקר שורצות טפילים כל העת. הוא החל לנסח שאלות שבהמשך הובילו ליצירת שדה מחקר קטן: מה אם פתוגנים לא היו מטרד מקרי למושבות, אלא איום מהותי שעיצב את עצם האבולוציה של חברות החרקים? באיזו מידה דברים כמו כוורות או קיני נמלים ייצגו למעשה מצבי מגפה זעירים?

חוקריהם של חרקים חברתיים הבחינו זה מכבר כי החרקים שומרים בקפידה על ניקיון מקום המחיה שלהם. הפועלות והפועלים משליכים פסולת וגופות מחוץ לקן. חרקים חברתיים גם מטפחים ומטפלים זה בזה באופן סדיר, ותכופות גם בעצמם. אולם מחקרים עדכניים תיעדו עוד התנהגויות שהותאמו למחלה בזיהומים. מינים מסוימים של נמלים, למשל, אוספים שרף עצים בעל תכונות אנטי־מיקרוביאליות ומפזרים אותם סביב קיניהם, תהליך שחוקרים כינו "תרופה קולקטיבית". מינים מסוים של חרקים חברתיים אף מפיקים מגופם תרכובות שמחסלות חיידקים, שבהן הם משתמשים על גופם ועל משטחים בסביבתם.

גם להתנהגויות הטיפוח ישנם יתרונות בלתי צפויים. בשעה שכמה נמלים מנקות זו את זו, הן מעבירות כמות זעירה של פתוגנים אל חברותיהן לקן. אותן "מיקרו חשיפות", כותבת הביולוגית סילביה קרמר במאמר שפורסם לאחרונה, גורמות ל"זיהומים לא קטלניים ברמה נמוכה" ש"יוצרים התחסנות מגנה". היא משווה את התהליך ל"ווריולציה", אחת הצורות המוקדמות של חיסון בני אדם נגד אבעבועות שחורות, באמצעות חשיפתם לכמות זעומה של נוזל או חומר מנגעי אבעבועות שנלקחו מאדם חולה.

רוזנגאוס עם מושאי המחקר שלה. “חרקים חיים בסביבות של עומס חיידקי ניכר, ובכל זאת לא מדביקים את הקן"

המחקר של רוזנגאוס תיעד התנהגויות חברתיות זהות בקרב סוגי טרמיטים החיים בעץ לח. היא ועמיתיה מצאו גם ראיות לכך שבשעה שפרטים מקינים של נמלה קמפונית נתקלים בחיידקים פתוגניים, הם מסוגלים לפתח חיסון בתגובה, ואף לחלוק אותו עם שאר הנמלים בקן, מה שהופך אותו לעמיד יותר בפני המחלה. נראה כי הנמלים שנחשפו מעבירות תרכובות חיסוניות מפה לפה, עוד לפני הזיהום, ומכינות את גופן של חברותיהן לאפשרות של חשיפה. רוזנגאוס משווה את ההתאמה הזו לעולם שבו אדם יכול להתנשק עם מי שכבר קיבל חיסון, ובדרך זאת להרוויח את יתרונות החיסון באופן בלתי ישיר.

ממצאים מעין אלה מאתגרים את ההנחה שחיים חברתיים יוצרים תנאים בשלים להתפשטותן של מחלות, ולפיכך הם באופן אוטומטי מהווים סיכון לפרטים החיים בחברות אלה. "גם הסיכון וגם הפחתתו מגיעים מעצם החיים בחברה", מסבירה פרופ' נינה פֵפֵרמן, מומחית לאקולוגיה וביולוגיה אבולוציונית מאוניברסיטת טנסי בנוקסוויל החוקרת העברת מחלות. פרטים אחרים עלולים להדביק אותנו, אבל הם עשויים גם לספק לנו טיפול, מזון ומידע כיצד להציל את חיינו. "הכל מתגלגל למערך מורכב מאוד של אילוצים ומטרות", היא אומרת.

לצלם אלפי נמלים כל חצי שנייה

שאלה חמקמקה אחת המעסיקה את חוקרי החרקים החברתיים היא אם — בדומה ל"מחלקות לבריאות הציבור" בחברות בני אדם, שיכולות להורות על הגבלות כמו בידוד, סגר או סגירת מסעדות — גם מושבות של חרקים חברתיים משנות את האינטראקציות שלהן כדי להקשות על התפשטות מחלות, תופעה המכונה "חסינות ארגונית". לרוב המושבות של חרקים חברתיים יש מערכות מורכבות לחלוקת משימות. חלק מהפועלות יטפלו במלכה, אחרות בזחלים, אחרות יעמדו על המשמר ויהיו כאלה שיתורו אחר מזון. במשך עשורים של מחקר, חלוקת המשימות הזו נותחה במונחים ובכלים של יעילות, אבל מתחילת שנות האלפיים ישנם מודלים מתמטיים שמציעים כי אותה חלוקה חברתית עשויה לסייע גם בהאטת התפשטותם של זיהומים. כך, למשל, האינטרקאציה של המלכה עם מספר מוגבל של פועלות ייעודיות מגבילה את החשיפה שלה למחלות.

חוקרים אומרים כי בחינת חלק מהתיאוריה הזו על מושבות אמיתיות היוותה אתגר קשה, אבל הופעתן של מערכות אוטומטיות שאפשרו מעקב אחר חרקים פתחה אופקים חדשים, ואפשרה לחוקרים ולחוקרות כמו סטרוימייט ליצור תמונות מפורטות של מי מתקשר עם מי בתוך קן נמלים, למשל.

כדי למפות רשת חברתית של נמלים, סטרוימייט ועמיתיה מדביקים תגיות של קודי QR זעירים, חלק מהם קטנים ממילימטר רבוע, לגופן של הנמלים. לאחר שכל נמלה בקן תויגה — סטרוימייט מעריכה שביום עבודה של 12 שעות היא יכולה לסמן כך 500 נמלים — הקן מונח בתיבת תצפית. מצלמות קוראות את קודי ה־QR ורושמות את מיקומה של כל נמלה פעמיים בשנייה, במשך שעות על גבי שעות. התהליך אוסף מידע על אודות כל תקשורת בין פרטים בקן — מאות אלפי נתונים, שבעזרת מחשבים רבי עוצמה אפשר להפיק מהם תמונה מפורטת של הרשת החברתית בקן הנמלים כולו.

ב־2014 מיפו סטרוימייט ועמיתיה את הרשתות של 22 קיני נמלים, תוך בחינת האינטראקציות בכל אחד מהם במשך מספר ימים. הרשתות הללו, הראו החוקרים, לא נוצרו מאינטראקציות אקראיות של נמלים. האינטראקציות שלהן היו ממודרות: נמלים מסוימות עמדו בקשר זו עם זו יותר מאשר עם נמלים אחרות בקן.

לפחות באופן תיאורטי, רשתות מודולריות שכאלה עשויות להאט את קצב ההתפשטות של זיהום בקן הנמלים. אחרי הכל, וירוס אנושי מתפשט במהירות גבוהה יותר בקבוצה מלאת חיים של מאה אנשים, מאשר ב־20 קפסולות של חמישה חברים שמבלים רק זה עם זה.

אבל פריצת דרך גדולה עוד יותר נרשמה לאחר שהצוות חשף פרטים ב־11 מקיני הנמלים לפטרייה הקטלנית־לנמלים Metarhizium Brunneum, בעוד 11 הקינים האחרים שימשו כקבוצת ביקורת. ברגע שהנמלים חשו את הפתוגנים, הרשתות החברתיות שלהן השתנו: המודולריות שלהן גברה, וקבוצות שונות בקן תקשרו זו עם זו פחות מבעבר. פועלות אוספות מזון שנחשפו לפטרייה קיימו פחות קשרים. אפילו נמלים שלא נחשפו לפטרייה החלו לנהוג באופן שונה, וניהלו אינטראקציות יותר אינטנסיביות עם מספר קטן יותר של נמלים. התהליך הזה, מסבירה סטרוימייט, אינו שונה מהותית מריחוק חברתי. "זו דרך זולה וקלה להגן על הקן מפני מגפה", היא אומרת.

אחד מקני הנמלים של סטרוימייט (במיכל השקוף) מתחת למערכת המצלמות המתעדת את האינטראקציות שמתקיימות בו. צילום: Nathalie Stroeymeyt / University of Lausanne

מחקרים מעין אלה התאפשרו, כמובן, רק לאחרונה, עם פיתוח הטכנולוגיה שתתמוך בהם. סטרוימייט מציינת שלא ברור אם, בהיעדר פתוגנים, הרשתות החברתיות המודולריות של הנמלים התפתחו כדי להגיב לאפשרות של זיהומים, או שדיכוי פתוגן הוא רק תוצאת לוואי מועילה של דפוסים שהתפתחו מסיבות אחרות לחלוטין. ובעוד שהמנגנון הספציפי שתועד במחקר הוכח כיעיל בהאטת התפשטות הפתוגן, ייתכן שהוא רק אחד מכמה מנגנונים שמפעיל הקן.

נוסף על כך, מחקר שהתפרסם לאחרונה מעלה ספקות אם תנאי מעבדה ושימוש בפתוגנים כמו הפטרייה האמורה מצליח לשקף את מצבי המחלה האמיתיים שאיתן מתמודדים הקינים במציאות. ועדיין, הממצאים של סטרוימייט ועמיתיה פתחו דיון רחב היקף בקרב חוקרי החרקים. וכפי שהיא מציינת, ריחוק בקרב נמלים מוכיח שבני אדם אינם היחידים שמעצבים מחדש את החברות שלהם לנוכח מגפות.

הצלחתן של הנמלים, אומרת סטרוימייט, מציעה תוקף, וגם השראה, למאמץ האנושי להתמודד עם מגפות. מחלקות לבריאות הציבור הן התפתחות של המאות האחרונות, אבל האבולוציה של קני נמלים נמשכת כבר מיליוני שנים. "קשה למצוא קן שמתמוטט מפגיעתו של פתוגן", היא אומרת. "אנחנו יודעים שהמנגנונים שהן מפעילות הם יעילים ביותר".

בעצם, גם תאגידים הם קן עצום

אפידמיולוגים של חרקים שואבים השראה ממחקרי מגפות אנושיות, אבל ההפך נפוץ פחות. באופן תיאורטי, אומרים החוקרים, חרקים חברתיים מספקים מודל אידיאלי למחקר: סוג של חברה בזעיר־אנפין, עם אילוצים אתיים ספורים, שבה אפשר לחקור כיצד מחלות מתפשטות ברשתות חברתיות. עם זאת, מציין שמיד־המפל, קשה מאוד לאסוף מידע מפורט על בריאותם של חרקים. "בבני אדם יש לך הרבה יותר דאטה מצוין, לעומת מה שיש לנו חוקרי החרקים החברתיים", הוא אומר. ייתכן שיום אחד החוקרים יגיעו למסקנה שכדאי לבחון עקרונות אפידמיולוגיים על חברות חרקים. "אני משוכנע שהרגע הזה יגיע", אומר שמיד־המפל, "אבל אנחנו עדיין לא שם".

אחת החוקרות המעטות שמגשרות על הפער הזה היא פפרמן, הפרופסורית מאוניברסיטת טנסי. פפרמן, שהוכשרה בתחום המתמטיקה השימושית, חוקרת כיצד זיהומים מופצים ברשתות — רשתות חרקים, רשתות אנושיות, רשתות מחשבים ואפילו רשתות במשחקים מקוונים. מחקריה פורסמו הן בכתבי עת לאנטומולוגיה (חקר החרקים) והן בכאלה שמתמקדים באפידמיולוגיה. ב־2007 היא היתה מכותביו של מאמר מכה גלים שעסק בהתפשטות מגפה וירטואלית במשחק המחשב World of Warcraft, מחקר שזכה לתשומת לב רבה ממומחים לבריאות הציבור.

לדברי פפרמן, מחקריה בתחום האפידמיולוגיה האנושית שואבים ממחקריה על חרקים. "במידה רבה, את יכולה להסתכל על מושבות מצליחות של חרקים חברתיות כעל ערים מצליחות”, היא מסבירה. "ואז את יכולה לומר, 'מהן האסטרטגיות שבהן משתמשים חרקים חברתיים, הן התנהגותית והן אבולוציונית — ומה אנחנו יכולים ללמוד ולהעתיק מהן?"

כך, לדוגמה, היא מציגה את המקרה של "קניבליזם טרמיטי": בעת חשיפה להתפרצות של מגפה קשה, ישנם טרמיטים שפונים לאכול את צעירי המושבה. האסטרטגיה הזו, טוענת פפרמן, מסייעת להעלים שכבה של פרטים "רגישים במיוחד" שעלולים לשמש מאגר של הזיהום באופן שיסייע למגפה להשתהות בקן.

בני אדם לא יאמצו את הקניבליזם כאסטרטגיה לבריאות הציבור, אבל העיקרון הבסיסי, טוענת פפרמן, עשוי להיות רלוונטי גם למגפת הקורונה. "אם לפשט את זה", היא אומרת, "זוהי בדיוק המשמעות של סגירת בתי ספר". הלקח מהטרמיטים יכול להיות "הפרידו את הילדים. הם עלולים להיות מאגר הפצה מסיבי שידביק את כולם. תמנעו את זה".

חשיבה מסוג זה הביאה את פפרמן לבנות מודלים שנועדו לאתר את הדרך היעילה ביותר להפצת תרופות בעיצומה של מגפת שפעת. מאמר חדש שעליו היא עובדת ושעוסק בדרכים שבהן תאגידים יכולים לבנות את מצבת כוח האדם שלהן כך שתהיה עמידה בפני מגפות ולאסונות, נכתב בהשראת המודל מבוסס הקפסולות שבו משתמשות מושבות חרקים רבות כדי לחלק משימות — הגם שהיא אינה מתכוונת לתת פומבי לרקע הזה בשעה שהמאמר הסופי יפורסם.

פפרמן אומרת שהיא משתדלת שלא להזכיר את ההשפעה של חקר החרקים על עבודתה, בעיקר בשעה שהיא משוחחת עם מומחים לבריאות הציבור. "אף פעם לא ישבתי עם מומחים כאלה ואמרתי, 'חבר'ה, חרקים!", היא אומרת. "אבל כן, זה יכול להיות כיף".

הכתבה התפרסמה במקור באתר Undark. לקריאת הכתבה המקורית