蚂蚁可以帮助我们战胜未来的流行病

Michael Schulson 是Undark的特约编辑。他的作品还发表于Aeon 、 NPR 、 Pacific Standard 、 Scientific American 、 Slate和Wired等刊物。本文最初刊登于Undark。

鉴于她会用致命病原体感染蚁群，然后研究它们的反应，人们可能会说，英国布里斯托大学生物科学学院的高级讲师娜塔莉·斯特罗伊梅特 (Nathalie Stroeymeyt) 专门研究小型流行病。然而，今年 3 月，形势发生了逆转：COVID-19 席卷了英国，斯特罗伊梅特被拒之蚂蚁流行病学实验室之外。她用来追踪蚂蚁行为的高性能计算机处于闲置状态，只有一名实验室技术员（被视为必不可少的工作人员）被允许照料实验室的数百个黑色花园蚁群，每个蚁群都住在一个塑料桶里。

如今，世界各国政府都鼓励人们保持社交距离，以防止病毒传播，Stroeymeyt 将这种现象与她研究的昆虫相提并论。Stroeymeyt 说，目前关于保持社交距离的指导“听起来很熟悉，因为我在蚂蚁身上也看到过这种做法”。

这些见解是昆虫研究这一新兴领域的核心，一些科学家表示，该领域可能有助于人类想象一个更能抵御疫情的社会。与人类一样，抵御疾病对社会性昆虫来说也是一项艰巨的任务，这类昆虫包括白蚁、蚂蚁以及许多种类的蜜蜂和黄蜂。工蚁会交换体液，并共享狭小的空间。大多数物种的蚁巢进出交通繁忙。有些蚁群的人口数量与纽约市相当。

波士顿东北大学研究社会性昆虫行为的行为生态学家 Rebeca Rosengaus 表示，这些昆虫“生活在非常封闭的环境中，微生物含量很高”。她补充说，其中许多微生物都是病原体，它们会像瘟疫一样席卷整个群体。社会性昆虫研究人员表示，这种情况很少发生，而大量此类物种的群体在某种程度上能够限制传染病的传播。

在过去的三十年里，研究人员开始探索这种情况是如何发生的，绘制了昆虫群落避免感染疾病的无数方法。其中一些方法看起来很奇怪。其他方法，包括简单的类似免疫的行为和昆虫社交疏远的形式，看起来却出奇地熟悉。综合起来，它们形成了一种平行的流行病学，可能为人类社会对抗自身病原体提供见解——即使到目前为止，人类流行病学家还没有太多关注这个领域。

尽管如此，这些见解正是罗森格斯和其他一些研究人员目前正在探索的。罗森格斯问道：“怎么可能呢？一个接触到真菌、细菌、病毒或任何病原体的个体，回到蜂群后，不会感染蜂群中的每个人？”

一个多世纪以来，社会性昆虫一直是科学界密切关注的对象，但研究人员表示，病原体和其他寄生虫的威胁却长期被忽视。“主流社会性昆虫研究长期以来忽视了寄生虫，”瑞士苏黎世联邦理工学院实验生态学家 Paul Schmid-Hempel 说。生物学家 EO Wilson 于 1971 年对该领域进行了经典调查，即“昆虫社会”，其中甚至没有在索引中列出“疾病”、“病原体”、“细菌”或“病毒”。

20 世纪 80 年代，施密德-亨普尔在牛津大学担任博士后研究员时，意识到他所研究的蜜蜂经常感染寄生虫。他开始提出一些有助于开创一个小领域的问题：如果病原体不是蜂群的偶然滋扰，而是一种深刻的威胁，影响了蜂群的进化，那会怎样？蚁群和蜂巢等东西在多大程度上实际上是微小的流行病状态？

社会性昆虫的观察者早就知道，这些动物会将巢穴打扫得一尘不染。工蚁会将排泄物和尸体放在巢穴外。社会性昆虫会经常互相梳理毛发，而且经常会自己梳理毛发。但最近的研究记录了其他对抗感染的适应性行为。例如，一些蚂蚁会采集抗菌树脂并将其散布在巢穴周围，研究人员将这一过程描述为“集体用药”。社会性昆虫物种还会分泌出一系列杀灭微生物的化合物，并将它们涂抹在身体和表面。

梳理毛发似乎也有意想不到的好处。当一些蚂蚁互相清洁时，它们会将少量病原体传播给它们的巢穴同伴。生物学家 Sylvia Cremer 在最近的一篇论文中写道，这些微小的接触会导致“非致命的低水平感染”，从而“引发保护性免疫”。她将这一过程与人痘接种进行了比较，人痘接种是一种曾经很常见的免疫天花的方法，通过让人类接触病人身上的少量液体或干燥的疥痂物质。Rosengaus 的研究记录了湿木白蚁中类似的社会免疫行为。

她和同事还发现，当黑木蚁群落中的一些成员遇到致病细菌时，它们能够产生免疫反应，并与巢穴同伴分享，从而使整个蚁群具有更强的抵抗力。接触过致病细菌的蚂蚁似乎在感染前通过口对口的方式传播免疫系统化合物，让巢穴同伴的身体做好接触致病细菌的准备。罗森格斯将这种适应性比作这样一个世界：人类可以与接种过疫苗的人法式接吻，然后间接获得疫苗的好处。

这些发现挑战了这样的假设：社会生活为疾病传播创造了成熟的条件，因此必然会给个人带来风险。田纳西大学诺克斯维尔分校研究疾病传播的生态学和进化生物学教授尼娜·费弗曼说：“风险和风险缓解都来自社会性本身。”其他人可能会让我们生病。但他们也可以提供护理、食物和知识来拯救我们的生命。“一切都被纳入这套非常复杂的约束和目标中，”费弗曼说。

对于社会性昆虫研究人员来说，一个难以捉摸的问题是，社会性昆虫社会是否像人类公共卫生部门对家庭实施冠状病毒隔离、对餐馆实施人数限制一样，真的会改变它们之间的互动，使疾病更难传播——这种现象有时被称为组织免疫。大多数社会性昆虫群落都有复杂的任务分工系统。一些工蜂最终可能会照顾蜂后，或喂养幼虫，或站岗放哨，或觅食。几十年的研究从任务效率的角度分析了这种分工。但是，从 21 世纪初开始，数学模型表明，这些社会分工也可能减缓感染。例如，通过只与少数指定的工蜂互动，蜂后可能不太容易生病。

研究人员表示，在真实的蚁群中测试这些理论有些困难。但自动昆虫追踪系统的出现开辟了新的可能性，例如，让斯特罗伊梅特这样的研究人员能够构建出蚁群内部谁与谁互动的详细图片。

为了绘制蚂蚁社交网络，Stroeymeyt 和她的同事将微小的二维码标签（有些小于一平方毫米）粘贴在蚂蚁的胸部。一旦给蚁群中的每只蚂蚁贴上标签（Stroeymeyt 估计她可以在 12 小时内亲自给 500 只蚂蚁贴上二维码），蚁群就会被放置在一个观察箱中。头顶上的摄像头每秒读取二维码并记录每只蚂蚁的位置两次，持续数小时。这个过程会生成蚁群中蚂蚁之间每次接触的数据——数十万个数据点，借助高性能计算机，可以解析出蚁群社交网络的详细图景。

2014 年，Stroeymeyt 和她的同事绘制了 22 个蚁群的网络图，记录了几天内每个蚁群中的互动情况。他们发现，这些网络并非由蚂蚁的随机互动形成。它们的互动更加区隔化。某些蚂蚁彼此之间的接触比与蚁群其他成员的接触更多。

至少在理论上，仅凭这些模块化网络就可以减缓群体中感染的传播。毕竟，人类病毒在 100 人组成的热闹聚会中传播的速度比在 20 个孤立的群体中传播的速度要快，每个群体只有 5 个朋友，而这些群体大多只是一起出去玩。

但更大的突破是，研究小组让 11 个蚁群中的个体接触致命的蚂蚁感染真菌Metarhizium brunneum ，另 11 个作为对照。一旦蚂蚁感知到病原体，这些网络就会发生变化：它们的模块性增加，蚁群中不同任务组的互动比以前减少了。接触真菌的觅食者接触的次数减少了。即使是未接触真菌的蚂蚁也开始以不同的方式互动，将更大比例的接触保持在较小的巢穴同伴圈子中。Stroeymeyt 告诉我，这个过程与社交距离没有什么不同。“这是一种非常便宜且简单的保护蚁群免受流行病侵害的方法，”她说。

当然，这样的研究直到最近才成为可能。正如 Stroeymeyt 指出的那样，尚不清楚在没有病原体的情况下，蚂蚁的模块化社交网络是否已经进化以应对感染威胁，或者病原体抑制是否只是由于其他原因而进化的模式的一个有用的副作用。虽然研究中记录的特定机制成功地减缓了病原体的传播，但它可能只是蚁群可用的众多机制之一。此外，最近的一篇论文提出了一个问题，即使用M. brunneum等病原体的实验室条件是否一定能反映出蚁群在野外对抗的疾病状况。

尽管如此，Stroeymeyt 和她的同事的研究结果在昆虫研究人员中引起了广泛讨论。她指出，蚂蚁之间的疏离表明，面对流行病，人类并不是唯一一个重组社会秩序的物种。

斯特罗伊梅特表示，蚂蚁的成功或许可以为正在与疫情作斗争的人类提供一些验证和启发。人类公共卫生部门只有几个世纪的历史，而蚂蚁社会已经进化了数百万年。“很少看到一个蚁群在病原体的重压下崩溃，”斯特罗伊梅特说。“我们知道它们的机制非常有效。”

虽然昆虫流行病学家会研究人类流行病学家的工作，但反过来的情况似乎并不常见。研究人员表示，理论上，社会性昆虫可能是一个理想的模型系统：一种几乎没有伦理约束的微型社会，可以用来研究疾病如何通过网络传播。但是，施密德-亨普尔指出，收集有关昆虫健康的详细信息很困难。“与社会性昆虫相比，人类拥有大量非常好的数据，”他说。有一天，研究人员可能会发现在昆虫社会中测试流行病学原理很有用。“我相信它会到来的，”施密德-亨普尔说。“但还没有到那个地步。”

田纳西大学的研究员费弗曼是为数不多的能够弥合这一鸿沟的研究人员之一。费弗曼接受过应用数学方面的培训，她研究传染病是如何通过网络传播的——昆虫网络、人类网络、计算机网络，甚至网络游戏网络。她的研究成果发表在昆虫学和流行病学期刊上。2007 年，她与他人合作撰写了一篇关于《魔兽世界》虚拟流行病的论文，引起了公共卫生专家的广泛关注。

费弗曼表示，她的人类流行病学研究源自她对昆虫的研究。“你可以将社会性昆虫群落视为成功的城市，”她解释道。“然后你可以说，社会性昆虫在行为和进化方面使用了哪些策略，我们可以借鉴吗？”

她以白蚁同类相食为例。当疫情严重爆发时，一些白蚁会立即吃掉蚁群中的幼蚁。费弗曼认为，这样做有助于它们消灭一批“高度易感”的个体，这些个体很可能成为感染源，从而使疫情在蚁巢中持续蔓延。

人类社会不太可能将食人行为作为一种公共卫生策略。但费弗曼认为，这一基本原则在冠状病毒大流行期间可能适用。“如果我们抽象地考虑这一点，”她说，“那就是学校停课。”白蚁的教训可能是“把孩子们分开。孩子们将成为一个巨大的传播源，会感染所有人。不要这样做。”

这种想法促使费弗曼建立了一些模型，旨在找到在流感流行期间分发药物的最有效方法。她正在撰写的一篇新论文，探讨了公司如何组织员工队伍以应对流行病和其他灾难，这篇论文的灵感来自许多昆虫群落用来分配任务的群组模型——尽管当论文最终发表时，她不太可能愿意宣传这一点。

事实上，费弗曼说，她通常不会提到昆虫学对她的工作的影响，至少在与公共卫生专家交谈时不会。

“我从来没有参加过公共卫生会议并说，‘伙计们，有虫子！’”她说，“但是如果我这样做了，那可能就太棒了。”