Kiến và ong có thể dạy chúng ta điều gì về cách phòng chống dịch bệnh?

Cho lây nhiễm vào các đàn kiến ​​với mầm bệnh chết người rồi nghiên cứu cách chúng phản ứng, là công việc của Nathalie Stroeymeyt - giảng viên cao cấp về Khoa học Sinh học tại Đại học Bristol, Anh. Và khi các chính phủ trên khắp thế giới đang khuyến khích mọi người duy trì giãn cách xã hội để ngăn chặn sự lây lan của virus, Stroeymeyt cũng nhận ra sự tương đồng với các đối tượng nghiên cứu của mình.

"Các hướng dẫn về cách xa xã hội đã vang lên, nhưng rất quen thuộc", Stroeymeyt nói. "Vì tôi đã nhìn thấy nó trong số những con kiến của mình."

Những hiểu biết như vậy là trung tâm của một lĩnh vực nghiên cứu côn trùng đang phát triển, thứ mà một số nhà khoa học cho rằng có thể giúp con người xây dựng một xã hội kiên cường hơn với đại dịch. Bởi cũng như con người, việc chống lại bệnh tật có thể là một loại "trật tự cao" đối với các loài côn trùng. Một số loại điển hình là mối, kiến ​​và nhiều loài ong. Bởi các con côn trùng cũng trao đổi chất lỏng và chia sẻ các khu vực gần nhau và hầu hết các loài có lưu lượng vào và ra khỏi tổ rất lớn. Một số đàn kiến ​​cũng có dân số đông như thành phố New York.

Côn trùng có cách đối phó với dịch bệnh của riêng mình, và dường như chúng rất hiệu quả.

Rebeca Rosengaus, một nhà sinh thái học hành vi, chuyên nghiên cứu hành vi trong xã hội côn trùng tại Đại học Đông Bắc ở Boston (Mỹ) cho biết những con côn trùng thường sống trong môi trường rất hạn hẹp. Và nhiều vi khuẩn trong môi trường đó là những mầm bệnh có thể càn quét cả một quần thể côn trùng như một loại bệnh dịch. Nhưng điều đó lại hiếm khi xảy ra và các quần thể lớn đó, bằng một cách nào kỳ diệu nào đó, đã có thể hạn chế sự lây lan của bệnh truyền nhiễm.

"Làm thế nào," Rosengaus tự hỏi. "Rằng một cá thể bị phơi nhiễm với nấm hoặc vi khuẩn hoặc vi rút, hoặc bất kỳ mầm bệnh nào đó, khi quay trở lại đàn lại không lây nhiễm cho mọi thành viên trong bầy?".

Trong ba thập kỷ qua, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu khám phá xem điều đó có thể xảy ra như thế nào. Họ lập bản đồ cho vô số cách mà các quần thể côn trùng tránh được bệnh tật. Một số phương pháp có thể có vẻ khá xa lạ, nhưng một số trong đó lại giống như hành vi tiêm chủng ở trạng thái đơn giản, hay các hình thức cách ly xã hội. Kết hợp lại với nhau, chúng tạo thành một loại dịch tễ học (khoa học nghiên cứu về tình trạng sức khỏe cộng đồng), có thể cung cấp những hiểu biết sâu sắc cho xã hội loài người về cách chiến đấu với các mầm bệnh. Đáng tiếc rằng chúng lại rất ít được chú ý trước đây.

Paul Schmid-Hempel, một nhà sinh thái học thực nghiệm tại Học viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ - ETH Zurich, cho biết các nghiên cứu về xã hội côn trùng chính thống đã bỏ qua vấn đề ký sinh trùng trong một thời gian rất dài. Là một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Oxford vào những năm 1980, Schmid-Hempel nhận ra rằng những con ong mà ông nghiên cứu liên tục bị nhiễm ký sinh trùng. Ông bắt đầu đặt ra những câu hỏi như: "Điều gì xảy ra nếu mầm bệnh không phải là mối phiền toái đối với các quần thể cổ trùng, mà là một mối đe dọa sâu sắc đã hình thành nên sự tiến hóa xã hội của chúng? Ở mức độ nào thì những thứ như đàn kiến ​​hay tổ ong thực sự là một ví dụ về những quốc gia đang có dịch bệnh thu nhỏ?"

Mô hình xã hội phân cấp của ong cũng giúp chúng đối phó tốt hơn khi có dịch bệnh.

Các nhà quan sát côn trùng từ lâu đã biết rằng các loài động vật giữ nhà cửa của chúng sạch sẽ một cách tỉ mỉ. Có những "công nhân" chuyên làm nhiệm vụ đưa chất thải và xác chết ra bên ngoài tổ. Các con côn trùng cũng thường chải chuốt lẫn nhau, và tự chải chuốt cả chính bản thân chúng. Nhưng một nghiên cứu gần đây đã ghi nhận các điều chỉnh khác dường như cũng chống lại việc nhiễm trùng. Một số loài kiến, ví dụ, thu hoạch nhựa cây có khả năng chống vi trùng và bôi chúng xung quanh tổ của mình. Một nhà nghiên cứu đã mô tả quá trình này như việc con người phun thuốc khử trùng trên quy mô rộng. Và một số loài côn trùng khác lại có khả năng tiết ra một loại hóa chất tổng hợp các hợp chất diệt vi khuẩn, để bôi lên cơ thể và các bề mặt.

"Chải chuốt quá mức ở côn trùng dường như đã mang lại lợi ích bất ngờ. Khi một số loài kiến ​​làm sạch lẫn nhau, chúng truyền một lượng nhỏ mầm bệnh cho bạn cùng tổ. Đó như một dạng phơi nhiễm nhẹ", nhà sinh vật học Sylvia Cremer viết trong một bài báo gần đây. "Nó gây ra bệnh nhiễm trùng ở mức độ thấp, không gây ra cái chết, mà ngược lại kích hoạt kháng thể bảo vệ".

Cô so sánh quá trình này như một phương pháp tiêm chủng mở rộng, giống cách con người chống lại bệnh đậu mùa bằng cách cho phơi nhiễm một lượng nhỏ chất lỏng hoặc vảy khô từ một người bệnh sang người khỏe mạnh. Nghiên cứu của Rosengaus cũng ghi nhận hành vi tiêm chủng xã hội tương tự giữa các loài mối gỗ.

Cô và các đồng nghiệp cũng tìm thấy bằng chứng rằng, khi một số thành viên của một đàn kiến ​​thợ mộc đen gặp phải vi khuẩn gây bệnh, chúng có thể phát triển một phản ứng miễn dịch và chia sẻ nó với bạn bè của chúng, qua đường tiếp xúc từ miệng tới miệng, làm cho toàn bộ quần thể trở nên mạnh mẽ hơn. Rosengaus so sánh sự thích nghi này với một thế giới, trong đó một người có thể hôn một người đã nhận được vắc-xin phòng bệnh và sau đó thu được lợi ích của loại vắc-xin đó một cách gián tiếp.

Côn trùng rất chịu khó vệ sinh cá nhân, và bạn nên học chúng để rửa tay thường xuyên hơn.

Vậy với các biện pháp phòng bệnh y tế đang được áp dụng cho các hộ gia đình hay nhà hàng, tụ điểm văn hóa, liệu nó có đúng với thế giới côn trùng không? Liệu côn trùng có thay đổi cách tương tác với nhau để bệnh dịch khó lây lan hơn không?

Hầu hết các xã hội côn trùng có hệ thống phân chia nhiệm vụ phức tạp. Một số con sẽ chịu trách nhiệm chăm sóc nữ hoàng (kiến chúa hoặc mối chúa) của chúng, con thì cho ấu trùng ăn, con đứng làm nhiệm vụ bảo vệ hoặc tìm kiếm thức ăn. Nhiều thập kỷ nghiên cứu đã chỉ ra rằng phân công lao động mang lại hiệu quả về năng suất hoạt động. Nhưng bắt đầu từ đầu những năm 2000, các mô hình toán học cũng cho thấy rằng những sự phân chia xã hội đó cũng có thể làm chậm sự lây nhiễm. Bằng cách chỉ tương tác với một vài con được chỉ định, ví dụ, một con chúa có thể sẽ ít bị bệnh hơn.

Để lập bản đồ mạng xã hội của loài kiến, Stroeymeyt và các đồng nghiệp của cô đã dán các mã QR nhỏ - một số nhỏ hơn một milimet vuông - vào thân của các con kiến. Sau đó cô sử dụng một máy ảnh đặt trên cao có khả năng đọc mã QR và ghi lại vị trí của mỗi con kiến ​​hai lần mỗi giây, trong nhiều giờ liền. Quá trình này tạo ra dữ liệu về mỗi lần tiếp xúc giữa các con kiến ​​trong bầy. Hàng trăm ngàn điểm dữ liệu sau đó được đưa vào các máy tính có hiệu suất cao, để phân giải chúng ra thành một bức tranh chi tiết về mạng xã hội của đàn kiến.

Những con kiến mang mã QR trong thí nghiệm của Stroeymeyt.

Vào năm 2014, Stroeymeyt đã lập bản đồ mạng lưới xã hội của 22 bầy, kiểm đếm các tương tác của chúng trong vài ngày. Kết quả cho thấy không xuất hiện sự tương tác ngẫu nhiên của các con kiến với nhau. Tất nhiên, một số con sẽ ​​có liên hệ với nhau nhiều hơn so với các thành viên khác trong bầy.

"Ít nhất là trên lý thuyết, loại kết nối mạng đơn thuần đó có thể làm chậm sự lây lan của việc lây nhiễm. Giống như virus ở người sẽ lây lan nhanh hơn qua một bữa tiệc sôi động gồm 100 người hơn là với 20 nhóm bị cô lập, với mỗi nhóm gồm năm người bạn, những người chủ yếu chỉ đi chơi với nhau", nữ khoa học gia chia sẻ...

Nhưng bước đột phá lớn hơn đã đến sau khi nhóm nghiên cứu cho phơi nhiễm các cá nhân ở 11 bầy với loại nấm gây nhiễm trùng Metarhizium brunneum, còn 11 bầy còn lại đóng vai trò kiểm soát. Khi loài kiến ​​cảm nhận được sự tồn tại của mầm bệnh, các mạng kết nối cũ đã thay đổi. Các nhóm làm nhiệm vụ khác nhau trong bầy bắt đầu tương tác ít hơn trước. Những con tiếp xúc với nấm cũng ít liên lạc với bầy hơn. Ngay cả những con kiến ​​không được tiếp xúc cũng bắt đầu giảm tương tác với các nhóm lạ, thay vào đó tăng tỷ lệ liên lạc với những nhóm nhỏ hơn. Quá trình này, theo Stroeymeyt, cũng không khác gì việc giãn cách xã hội.

"Đây là một cách rất rẻ tiền và dễ dàng để bảo vệ bầy khỏi một dịch bệnh", cô nói.

Đàn kiến được đặt trong hộp với rất nhiều camera phía trên ghi lại mọi hoạt động.

Tất nhiên, các nghiên cứu như vậy chỉ mới được thực hiện gần đây. Và theo Stroeymeyt, không rõ liệu trong trường hợp không có mầm bệnh, các mạng xã hội của loài kiến ​​đã phát triển để đối phó với mối đe dọa lây nhiễm. Hay liệu việc ngăn chặn mầm bệnh chỉ là tác dụng phụ của các mô hình đã được phát triển cho lý do khác. Ngoài ra, vẫn chưa rõ các điều kiện trong phòng thí nghiệm, sử dụng mầm bệnh như M. brunneum, có nhất thiết phản ánh đúng điều kiện bệnh tật mà các bầy côn trùng phải đối mặt trong tự nhiên hay không.

Tuy nhiên, những phát hiện của Stroeymeyt và các đồng nghiệp của cô đã được thảo luận rộng rãi giữa các nhà nghiên cứu côn trùng. Và, như nhà khoa học này chỉ ra, nó cũng gợi ý rằng con người không đơn độc trong việc sắp xếp lại xã hội khi phải đối mặt với dịch bệnh.

"Thành công của loài kiến ​​có thể mang lại một số xác nhận và nguồn cảm hứng cho con người, đang vật lộn qua đại dịch. Các bộ phận y tế công cộng của con người chỉ mới tồn tại vài thế kỷ, trong khi xã hội loài kiến ​​đã phát triển hàng triệu năm. Và rất hiếm khi tìm thấy một quần thể nào sụp đổ dưới sức nặng của mầm bệnh", Stroeymeyt nói. "Từ đó chúng ta biết rằng cơ chế của chúng cực kỳ hiệu quả."

Máy tính đếm các liên kết giữa những con kiến trong bầy, và chúng thực sự không tạo ra các kết nối ngẫu nhiên.

Nina Fefferman, giáo sư sinh thái học và sinh học tiến hóa tại Đại học Tennessee, Knoxville, chuyên nghiên cứu về truyền bệnh. Được đào tạo về toán học ứng dụng, Fefferman nghiên cứu cách lây nhiễm qua các mạng lưới côn trùng, mạng lưới con người, mạng máy tính và thậm chí cả mạng lưới kết nối trong các trò chơi trực tuyến. Nghiên cứu của cô đã được công bố trên các tạp chí côn trùng học và dịch tễ học. Một bài báo mà cô viết năm 2007 về một dịch bệnh ảo trong game World of Warcraft đã thu hút được sự chú ý rộng rãi từ các chuyên gia y tế công cộng.

Và Fefferman cho biết các nghiên cứu về dịch tễ học ở người, phần nhiều được rút ​​ra từ các nghiên cứu về côn trùng của bản thân.

"Bạn có thể nhìn vào các bầy côn trùng như các thành phố thành công", cô nói. "Những chiến lược mà côn trùng sử dụng, cả về hành vi và cách chúng phát triển, liệu chúng ta có thể mượn về?"

Một ví dụ mà cô đưa ra là về chuyện mối ăn thịt con. Khi tiếp xúc với một ổ dịch tồi tệ, một số con mối ngay lập tức ăn thịt con non. Theo Fefferman lập luận, làm vậy giúp chúng loại bỏ một nhóm các cá thể có tính nhạy cảm cao, có khả năng biến thành một ổ nhiễm trùng, cho phép dịch bệnh tồn tại trong tổ.

Tất nhiên, xã hội loài người khó có thể chấp nhận hành vi tương tự. Nhưng các nguyên tắc cơ bản vẫn đúng. Theo Fefferman, nếu trừu tượng hóa điều đó, thì nó giống với việc đóng cửa các trường học. Bài học từ những con mối có thể là việc nên tách những đứa trẻ riêng biệt. Những đứa trẻ ở cùng nhau sẽ có nguy cơ trở thành một ổ dịch tiềm tàng, có khả năng lây nhiễm ra cả cộng đồng.

Kiểu suy nghĩ này đã khiến Fefferman xây dựng ra các mô hình nhằm tìm ra cách phân phối thuốc hiệu quả nhất giữa đại dịch cúm. Một nghiên cứu mới đây của cô liên quan tới cách các công ty có thể cấu trúc lực lượng lao động của họ để chuẩn bị cho đại dịch và các thảm họa khác, được lấy cảm hứng từ mô hình dựa trên đoàn hệ mà nhiều xã hội côn trùng đang sử dụng.

Tuy nhiên, Fefferman nói rằng cô thường không trích dẫn sự ảnh hưởng của côn trùng học vào công việc của mình, ít nhất là khi nói chuyện với các chuyên gia y tế công cộng.

Tham khảo Wired