Wczesnym wiosennym rankiem brzęczący dron zawisł nad małym miasteczkiem w Bahia w Brazylii. Trzysta stóp nad ziemią mały pojemnik otworzył się z trzaskiem, wyrzucając jego zawartość do ujścia mechanizmu zwalniającego poniżej. Przez chwilę panowała cisza. Potem chmara komarów, świeżo obudzonych z lodowatego snu, rozpostarła skrzydła i uciekła.
Każdy okaz był męski, pojedynczy i gotowy do połączenia - a jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, brzęcząca horda chętnych dziewic stopniowo infiltruje miejscową populację komarów, łącząc się z tysiącami szczęśliwych kobiet w nadchodzących dniach.
Biorąc pod uwagę, że istnieje około 100 gatunków komarów niosących śmiertelne ludzkie patogeny - w tym pasożyty wywołujące malarię, a także wirusy Zika, denga i Zachodni Nil - może to zabrzmieć jak przerażający początek apokaliptycznego filmu science fiction à la Outbreak . Ale jest zupełnie odwrotnie: komary uwolnione w tym eksperymencie mogą być jedną z najlepszych broni przeciwko rozprzestrzenianiu się chorób zakaźnych.
Przez ostatnie dwa lata zespół naukowców i inżynierów z WeRobotics i Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (MAEA) testował nowe sposoby rozpraszania sterylnych męskich komarów w regionach, w których szerzą się te śmiertelne choroby. Pierwszy test naukowców z wykorzystaniem dronów, przeprowadzony ubiegłej wiosny w Brazylii, przyniósł obiecujące wyniki, a oni już szykują się na więcej.
„To naprawdę ekscytujący krok naprzód” - mówi Kelsey Adams, biolog komarów w Harvard School of Public Health, który nie jest związany z pracą. „Dzięki takim innowacyjnym technikom możemy rozszerzyć obszary, na które wypuszczamy [zmodyfikowane komary]”.
Cel końcowy jest prosty: wypchnij płodnych samców eunuchami i obserwuj, jak spada liczba potencjalnych przenoszących choroby komarów. Ta tak zwana bezpłodna technika owadów już przyniosła sukces u szkodników rolniczych, takich jak muchy owocowe, oraz w innych robakach przenoszących choroby między ludźmi, takich jak muchy muchówki. Zastosowanie tej technologii w komarach jest jednak nieco nowszym zjawiskiem.
Jeśli chodzi o to, bezpłodna technika owadów to gra liczb. Dzikie populacje muszą być zalewane hodowlanymi labradorami, czasami w proporcjach powyżej 10 lub więcej sterylnych samców dla każdego płodnego miejsca. I jednorazowy zrzut nie załatwi sprawy: region musi być ciągle zalewany, dopóki populacje rodzimych komarów nie zostaną sprowadzone do znikomych poziomów (i nawet wtedy może pozostać okropnym ćwiczeniem w utrzymaniu). Co więcej, niektóre gatunki komarów, w tym komary Aedes aegypti, które przenoszą Zika, dengę i żółtą gorączkę, są klasycznymi ziemniaczanymi kanapami, często podróżującymi nie więcej niż kilkaset stóp w ciągu życia. Zwiększa to trudność zapewnienia szerokiego zasięgu.
Komary można teraz masowo hodować i sterylizować w różnych środowiskach laboratoryjnych - wystarczy szybki impuls promieniowania, aby poważnie uszkodzić plemniki owadów. Jednak proces bezpiecznego pakowania, transportu i dostarczania sterylnych żołnierzy do miejsc, w których będą wykonywać swoją brudną robotę, jest sam w sobie przeszkodą. Do tej pory większość wysiłków polegała na wypuszczaniu z ziemi napędzanych przez ludzi pojazdów, ale wyboiste przejażdżki ciężarówkami po niedokończonych drogach nieuchronnie niszczą ich cenny ładunek, a wiele regionów pełnych chorób jest niedostępnych samochodem.
Zamiast tego badacze wyglądają teraz ku niebu.
„Drony naprawdę zmieniają grę”, mówi Jürg Germann, główny inżynier WeRobotics.
Technologia jest zaskakująco wszechobecna: za kilka tysięcy dolarów drony można kupić i przekształcić w szoferów komarów. W porównaniu z nieporęcznymi samochodami drony są co najmniej od 5 do 10 razy bardziej wydajne w rozpraszaniu komarów, mówi Germann. Co więcej, drony są aerodynamiczne, wielokrotnego użytku i całkowicie nieobciążone drogami (lub ich brakiem). Gdziekolwiek jest niebo, może lecieć dron z hibernującymi komarami.
Poprzednie prace z muszkami owocowymi wykorzystywały samoloty na dużych wysokościach. Ale w przeciwieństwie do samolotów, drony mogą latać nisko na ziemię, zapewniając większą precyzję i kontrolę - oraz minimalizując obrażenia, które mogą wytrzymać delikatne robaki, gdy są wyskakiwane ze statku. Co najważniejsze, drony nie potrzebują pilotów podatnych na błędy: badacze mogą ustawić swój kurs w bazie domowej i machać na pożegnanie.
Dostępny w handlu dron może zostać włączony do „limuzyn komarów”, jak wspominał o nich współzałożyciel WeRobotics, Patrick Meier, niosąc jednocześnie 50 000 komarów. (WeRobotics) Po roku prototypowania WeRobotics i MAEA podjęły wysiłki w tej dziedzinie. Najpierw postawili na Brazylię, gdzie epidemia Zika, rozprzestrzeniona przez komary Aedes aegypti, doprowadziła do tysięcy wad wrodzonych w 2015 i 2016 roku.
W trakcie trzech prób naukowcy rozproszyli w marcu tego roku ogółem 284 200 bezpłodnych komarów Aedes aegypti w brazylijskiej społeczności Carnaíba do Sertão. Gdy drony leciały z pełną prędkością, naukowcy byli w stanie pokonać tysiące stóp kwadratowych w ciągu kilku minut - a ponad 90 procent wyrzuconych przez komary zdawało się trzymać lądowania.
Przetrwanie niebezpiecznej kropli to dopiero początek - ale Jérémy Bouyer, ekspert od komarów w MAEA, z przyjemnością zobaczył, że ci kolesie pochodzący z dronów trzymają się swoich przeciw żyznym odpowiednikom, ojcując około jednego jałowego jaja na każde żywe jajo wyprodukowane przez dzikiego samca. Bouyer jest optymistą, że przy większym finansowaniu liczby będą nadal rosły.
Na tak wczesnym etapie trudne jest oszacowanie długoterminowego wpływu tych bezpłodnych blitzów owadów. Ale epidemie uderzają, kiedy najmniej się ich spodziewasz - a zwalczanie owadów polega na zjadaniu chorób w zarodku. WeRobotics i MAEA już planują kolejne próby w nadchodzących miesiącach i latach. W międzyczasie Germann i jego zespół pracują nad zwiększeniem wydajności każdego drona i zminimalizowaniem śmiertelności komarów. Ostatecznie naukowcy mają nadzieję przekazać lepszą wersję swojej technologii lokalnym ekspertom poprzez intensywny program szkoleniowy, tworząc zrównoważony i samowystarczalny system rozproszenia. Do 2020 roku WeRobotics planuje mieć około 30 stacji dyspozytorskich na całym świecie.
„Nie chodzi nam tylko o to, aby rozwiązać problem technologiczny - to nie ma wpływu” - mówi Patrick Meier, współzałożyciel WeRobotics. „Drony powinny być bohaterami tej historii. Nie organizacje zachodnie. ”
W miarę postępu technologii może się otworzyć jeszcze więcej drzwi. W walce z owadami przenoszącymi choroby drony nie nadają się do rozmnażania paczek szkodników. Bezzałogowe samoloty były już wykorzystywane do mapowania miejsc rozmnażania się komarów - których uciążliwe jest wykrywanie i śledzenie gołym okiem - umożliwiając naukowcom łatwiejsze badanie zachowania i rozprzestrzeniania się komarów. Dodatkowo, z ich wysokiego punktu widokowego, drony są doskonałym narzędziem do rozpylania środków owadobójczych.
Adams, który bada możliwości reprodukcyjne komarów Anopheles, które mogą przenosić pasożyty wywołujące malarię , nawet w zakresie dronów zarażających komary , pod nadzorem badacza chorób zakaźnych Flaminia Catteruccia. Drony z pewnością nie są specyficzne dla gatunku, a Bouyer, Germann i Meier są optymistami, że Anopheles i inne komary mogą być potencjalnymi kandydatami do rozprzestrzeniania się w przyszłości.
W rzeczywistości, jeśli chodzi o komary Anopheles, Adams mówi, że drony mogą być jeszcze bardziej dobrodziejstwem. Anopheles nie są letargicznymi bryłami jak ich kuzyni z Aedes . Pomagając tym handlarzom malarii może być większy huk za złotówki, ponieważ mniej komarów może pokryć większy obszar geograficzny.
Co więcej, istnieją dowody na to, że większość kobiet Anopheles (i niektóre Aedes ) są w większości monogamiczne; w rzeczywistości dla kobiet z niektórych gatunków Anopheles wybór partnera jest dosłowną decyzją raz w życiu. A badania hormonalne i behawioralne w grupie Catterucci i innych wykazały, że nawet w roju godowych komarów garstka kawałków mięsa jest nieproporcjonalnie skuteczna. Oznacza to kilka rzeczy: po pierwsze, większość męskich komarów umrze, niestety, dziewice. Po drugie, a może co ważniejsze, kobiety prawdopodobnie podążają za jakimś wskaźnikiem męskiego machismo, gdy przedzierają się przez tłum. Adams twierdzi, że pewnego dnia naukowcy będą w stanie nakłonić samice komarów do wybrania jałowych samców od płodnych, przy odpowiednich zachętach.
W ramach przygotowań do badań naukowcy z MAEA wyhodowali w laboratoriach setki tysięcy komarów Aedes aegypti . (WeRobotics) Ale sterylna technika owadów jest tylko jedną z wielu strategii, poprzez które ukierunkowane są na cykl reprodukcyjny tych krwiożerczych owadów. I chociaż była bardzo skuteczna w wielu kontekstach, strategia ta nie jest pozbawiona wad.
„Jednym z największych problemów jest to, że nie utrwala się”, wyjaśnia Adams. „Często potrzebujesz więcej komarów, niż myślisz”.
Po pierwsze, stworzenie na całym świecie laboratoryjnych centrów hodowli i sterylizacji byłoby ogromnym wyczynem. Podczas niewielkiego, jednoosobowego procesu w Brazylii, WeRobotics i MAEA wyhodowały ponad 700 000 komarów - liczbę, która musiałaby zostać ogromnie powiększona, aby zaspokoić nawet ułamek globalnej potrzeby. Ponadto izolowanie populacji wyłącznie męskiej do sterylizacji i uwalniania nie jest tak łatwe, jak się wydaje, a błędy mogą być bardzo kosztowne. Kobiety są krwiopijcami grupy, a tym samym wysłannikami chorób. Według Adamsa przypadkowe uwolnienie populacji liczącej nawet 1 procent kobiet może pogorszyć epidemię.
Na szczęście istnieje wiele alternatyw. Jedna z opcji obejmuje wytwarzanie komarów, które mogą przenosić śmiertelne geny na swoje potomstwo - inna forma podstępnej kontroli urodzeń. Ta technologia może być szczególnie wydajna, gdy jest skonstruowana równolegle z „napędem genowym” - w istocie elementem genetycznym, który przenosi się na całe potomstwo, bez względu na to, który rodzic ma tę cechę. Napędy genowe rozprzestrzeniają się zatem w populacjach w przyspieszonym tempie, co czyni je bardziej wydajnymi niż strategie takie jak sterylna technika owadów: mniejsza liczba owadów może zdominować dziką populację, nieco zmniejszając potrzebę masowej produkcji komarów.
Jednym z problemów, które niektórzy naukowcy zgłosili w ostatnich latach, jest to, że kilka z tych metod ma na celu całkowite wymazanie niektórych gatunków komarów. Związane z chorobą czy nie, wyginięcie jest wyginięciem.
Ale około 3500 gatunków komarów wędruje po niebie - a wiele z nich ma pokrywające się funkcje ekologiczne, mówi Adams. „Wyeliminowanie jednego gatunku komara niekoniecznie będzie miało ogromne konsekwencje dla środowiska, biorąc pod uwagę, że jest ich tysiące”, wyjaśnia. „Ale oczywiście powinniśmy nadal postępować ostrożnie”.
Jedną z alternatyw dla ludobójstwa jest wprowadzenie odporności na pasożyty lub wirusy w populacji komarów. W połączeniu z napędami genowymi technologia ta mogłaby potencjalnie stworzyć trwałą linię owadów, które mogą swobodnie spływać krwią do zawartości ich serc - i błogo wolne od chorób.
Oczywiście te metody również nie są niezawodne. Tak jak bakterie, wirusy i pasożyty rozwijają oporność na leki, komary mogą mutować swoje wyjście z napędów genowych i innych rodzajów manipulacji DNA. Nawet jeśli dzieje się to na niskim poziomie, jedna osoba może szybko rozprzestrzenić swoją czkawkę genetyczną wśród przyszłych pokoleń, bez uszczerbku na wieloletnich staraniach.
Bouyer zwraca uwagę, że wpadki z mutacjami można obejść, opierając się na oryginalnej sterylnej technice owadów opartej na napromieniowaniu: Nie jest łatwo znaleźć genetyczne obejście niepłodności partnera seksualnego. Ponadto, chociaż od dziesięcioleci stosuje się sterylne techniki owadów, dodaje, że wyrafinowane i inwazyjne modyfikacje genetyczne mogą napotkać więcej przeszkód na drodze do komercjalizacji, biorąc pod uwagę rygorystyczne przepisy dotyczące GMO w wielu krajach.
Żadna strategia zwalczania pojedynczego komara nie będzie sama w sobie panaceum. Jednak Bouyer twierdzi, że w przyszłości niektóre z tych technik mogłyby być skutecznie stosowane w połączeniu. Podobnie jak w przypadku leków i innych leków, populacja jest znacznie trudniejsza do rozwinięcia odporności, gdy walczy z kilkoma przeciwnikami naraz.
W każdym razie Meier jest entuzjastycznie nastawiony do możliwości nowych pasażerów Air Mosquito. „Jesteśmy tylko limuzyną”, mówi ze śmiechem. „Cokolwiek komary trafią do limuzyny, zależy od innych ekspertów. Z naszej strony, dopóki będą komary, [kropla] będzie działać - niezależnie od tego, jak zostały zmodyfikowane. ”
