Наблюдение из космоса за колониями большой песчанки позволяет предотвратить распространение чумы

Владимир Дубянский, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории эпидемиологии ФКУЗ "Ставропольский научно-исследовательский противочумный институт" Роспотребнадзора

Я начал готовить текст этой статьи непосредственно в экспедиции и подумал, что мы представляем довольно необычное явление для здешних мест. Жаркое, временами палящее солнце и песок — через четыре часа непрерывной работы стереотипное представление о пустыне полностью соответствует ощущениям. Пока профессора Леонид Бурделов и Майкл Бегон расходятся с рулеткой измерять диаметр колонии, я диктую координаты с GPS-навигатора и определяю по компасу, в каком направлении колония вытянута. В разговоре мы используем весьма интересную смесь языков: русский, английский, голландский с вкраплениями казахских слов. А наша команда кроме русских, казахов, англичан, голландцев состоит еще из бельгийцев, датчан, норвежцев, австралийцев с периодическим участием американцев, французов и швейцарцев. При этом половина — маститые профессора с массой регалий и премий, и все носятся целый день по пустыне, выполняя черновую и достаточно тяжелую работу.

На снимке — колодец и стоянка чабанов в районе протекания эпизоотии чумы в 2009 году. Хорошо различимы колонии большой песчанки. Белая окружность — предполагаемый участок проведения полевой дезинсекции

Фото: www.google.com

Три раза в год со всех концов света мы прилетаем в Алма-Ату, где расположен Казахский научный центр карантинных и зоонозных инфекций — он же и научный центр нашего проекта. Во времена Советского Союза это был Среднеазиатский научно-исследовательский противочумный институт. После короткой подготовки выезжаем на две недели в поселок Баканас, на базу противочумного отделения. В промежутках между полевыми выездами обрабатываем полученные материалы. А часть команды работает почти круглый год. Проект имеет сложное название, но его суть — применение методов дистанционного зондирования земли для мониторинга очагов чумы и прогнозирования эпизоотий этой инфекции.

Чума — одна из опаснейших и древнейших инфекций. В ходе многочисленных эпидемий чумы погибло более 87 млн человек — больше, чем во всех войнах, включая первую и вторую мировые. И сейчас в мире фиксируется в среднем около 2-3 тыс. случаев заболевания чумой ежегодно, десятки случаев — на территории стран СНГ.

Чума циркулирует в природных очагах. Дикие животные, в основном, грызуны, постоянно болеют чумой на определенных территориях. Среди животных микроб чумы передается через укусы кровососущих паразитов, по большей части, блох. От больного животного человек может заразиться разными путями. Можно отдыхать "на природе" и быть покусанным блохами, переносящими чуму. Можно добыть больного суслика или зайца на охоте и заразиться чумой во время разделки тушки. В центральноазиатских странах чумой, к тому же, болеют верблюды. Ввиду их высокой стоимости заболевших животных иногда забивают без ветеринарного освидетельствования. При этом заражаются люди, принимавшие участие в разделке животного и готовившие его мясо. Это так называемые "верблюжьи" вспышки.

Норы большой песчанки Rhombomys opimus

Фото: Леонид Бурделов

Советский Союз распался, и противочумная система пострадала, как и вся научная отрасль. Резко снизилось финансирование, начался кадровый голод. В последнее десятилетие ситуация начала понемногу выправляться, но, конечно, выйти на советский уровень обследования очагов в ближайшие годы не удастся. В советское время обследованием были охвачены огромные территории, группы эпидразведки ежедневно снабжались всем необходимым и отправляли добытый полевой материал в лаборатории по воздуху, малой авиацией. Теперь радиус обследования ограничивается временем, за которое автомобиль повышенной проходимости успевает вывезти группу и забрать людей и материал в течение дня. Как правило, это 40-50 км от базового противоэпидемического отряда, которых пять или шесть на площади в десятки тысяч квадратных километров. А проводить качественное обследование необходимо, особенно при современной скорости перемещения: человек может заразиться в центральных областях Казахстана, а заболеть уже в Москве.

И в этом случае помочь могут новые технологии. Когда сервис Google Earth и широкополосный интернет стали доступны, я с увлечением рассматривал, впервые в жизни, спутниковые фотографии земной поверхности высокого разрешения — территорию тех очагов чумы, где приходилось работать. И заинтересовался множеством круглых белых пятен, диаметром 15-30 м, хорошо различимых в разных пустынных ландшафтах.

Сразу же возникло предположение, что так на спутниковом снимке отображаются норы-колонии важнейшего носителя чумы в центральноазиатских странах — большой песчанки (Rhombomys opimus Liht., 1823, Rodentia, Cricetidae).

Космический снимок значительно упрощает планирование, проведение и контроль эффективности профилактических работ. С помощью простейших инструментов ГИС (геоинформационной системы) на снимке очерчивается участок для обработки. Автоматически подсчитывается количество колоний

Фото: www.google.com

Из-за норовой деятельности и выедания растительности колония большой песчанки образует особый ландшафтный элемент — язву дефляции, которая и видна на спутниковом снимке. Естественно, что в пустынных ландшафтах могут встречаться и другие светлые объекты, до некоторой степени напоминающие колонии песчанок, т.е. участки поверхности, лишенные по каким-либо причинам растительного покрова (такыровидные места, расширения грунтовых дорог, участки скотобоя и другие проявления почвенной эрозии). Однако они обычно отличаются от колоний песчанок величиной, неправильной формой и неравномерным распределением по территории.

Если эти ландшафтные образования действительно колонии больших песчанок, то использование космических снимков открывало громадные перспективы в совершенствовании надзора за чумой. Дело было за малым — проверить наземной расшифровкой. А пока была ранняя весна, работа обследовательских групп еще не начиналась и мы вместе с профессором Леонидом Бурделовым улетели в Ливерпульский университет, на подведение итогов прежней работы и обсуждение с европейскими коллегами новых направлений. В качестве предложения мы докладывали свои соображения по поводу применения дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в противочумной практике.

Известно, что интересные идеи буквально витают в воздухе. Следующий доклад делал Хервиг Лейрс, профессор университета Антверпена, чья область интересов — чума в Африке и в Центральной Азии. И он сделал такой же доклад, с похожими слайдами и выводами.

В результате был оформлен сначала пилотный, а затем и полновременной проект. Первой задачей международной группы исследователей стало подтверждение того, что на спутниковом снимке действительно видны язвы дефляции, и определение возможной ошибки расшифровки снимка. Для подтверждения было проведено четыре экспедиции, работа организована с привлечением солидного математического аппарата.

Большая песчанка Rhombomys opimus

Фото: Леонид Бурделов

После этого начался поиск и других видов животных-носителей особо опасных природноочаговых болезней, за жизнедеятельностью которых можно наблюдать с помощью дистанционного зондирования земли. Сейчас деятельность еще пяти видов животных доступна для прямого наблюдения из космоса и этот список постоянно расширяется.

Несмотря на то, что большая песчанка, вроде бы, один из самых изученных видов (количество печатных работ, ей посвященных, давно превысило 5000), полноценной карты ареала обитания этого грызуна до сих пор нет. Мы составили довольно подробную такую карту для Казахстана, а сейчас работаем над картой изменения ареала обитания большой песчанки за последние 50 лет и над определением факторов, обусловливающих эти изменения.

Изучение особенностей норовой деятельности больших песчанок позволило установить, что с помощью ДЗЗ можно определять длительно (на протяжении нескольких лет) обитаемые колонии — и, соответственно, длительно необитаемые. То есть потенциально можно выявлять участки как с повышенной численностью, так и с длительной депрессией численности грызунов.

Началась разработка математических моделей, позволяющих имитировать чумной эпизоотический процесс на основе реальных данных о размещении колоний большой песчанки.

Моделирование эпизоотий чумы остро необходимо, так как в природе можно исследовать только очень маленькие участки (буквально, несколько гектаров) на протяжении короткого времени. На большее нет физических сил и денег. Поэтому в природе можно получать некоторый минимальный набор исходных характеристик эпизоотического процесса, на их основе строить модель, выявлять новые неизвестные уже в модели, после чего искать их в природе. И так по кругу, постепенно совершенствуя модель. Но моделирование биологических систем — задача чрезвычайно сложная, и чумной эпизоотический процесс — не исключение. За более чем столетнюю историю изучения чумы в природных очагах была только одна достаточно успешная попытка имитировать эпизоотический процесс на ЭВМ в 60-70 годах прошлого столетия. Это дало очень интересные результаты, которые позволили выдвинуть новую теорию нетрансмиссивного механизма передачи чумного микроба. Классическая теория трансмиссии чумного микроба предполагает, что его циркуляция в природе происходит по схеме "грызун--блоха--грызун". Блоха пьет кровь больного чумой грызуна, в преджелудке блохи чумной микроб размножается и закрывает пищеварительный тракт (так называемый "блок преджелудка"). Такая "блокированная" блоха кусает здорового зверька. Струйка крови (а благодаря устройству пищевого аппарата блохи кровь с силой засасывается из прокуса) бьет в блок из микробов, отрывает часть этого комка и отрыгивается блохой назад в ранку на теле еще здорового грызуна. Этот грызун заболевает и передает инфекцию дальше. Однако до сих пор неясно, почему возникают "межэпизоотические периоды", когда эпизоотии чумы не регистрируются годами — кажется, больные чумой грызуны отсутствуют на громадных территориях, а потом, в течение буквально нескольких месяцев, на площадях в десятки тысяч квадратных километров одновременно, начинается эпизоотия. На упомянутой модели не удалось воссоздать такую цикличность эпизоотии и объяснить почти одновременное ее возникновение на обширной территории. Сторонники нетрансмиссивной теории считают, что есть и другие механизмы циркуляции чумного микроба в природном очаге (например, сохранение его в почве и последующее заражение им грызунов). Теория обсуждается уже почти сорок лет, у нее есть горячие поклонники и ярые противники.

Развитие компьютеров позволило подойти к имитационному моделированию распространения чумы по-новому: модель напоминает современную компьютерную игру и создается с использованием разработанных для игр технологий. С ее помощью уже удалось выявить ряд важных закономерностей в развитии эпизоотий чумы (хотя вопрос о преимуществах какой-либо теории пассирования чумного микроба в природе пока не решен). В частности, показана зависимость интенсивности и экстенсивности эпизоотий от характера пространственного распределения колоний большой песчанки. И дистанционное зондирование - краеугольный камень новой модели. Именно картина реального распределения колоний на основе спутниковых снимков является основой для моделирования, хотя используются и результаты реального обследования. Координаты колоний, из обитателей которых в лаборатории выделен чумной микроб, отмечаются с помощью GPS-навигатора, и их пространственное положение учитывается в модели.

Результатом проводимых исследований стала новая концепция обследования очагов чумы, основанная на современных технологиях. Обследование до сих пор проводится на основе предшествующего опыта и интуиции специалиста-зоолога. Маршруты экспедиции передаются из поколения в поколение и меняются незначительно. Зачастую по приезде на место обследования обнаруживается, что территория, на которой в прошедшем году была интенсивная эпизоотия чумы и много больших песчанок, ныне вымерла и эпизоотия закончилась. А бывает, что эпизоотия регистрируется годами в одних и тех же местах. Не угадаешь. Сейчас же начинает внедряться другая схема. При планировании нового сезона обследования опыт прошлых лет учитывается, но анализируется и спутниковый снимок территории. На нем отмечены "чумные" колонии. Снимок с результатами предыдущего обследования является основой для расчетов с помощью имитационно-прогнозной компьютерной модели. На основе модельных расчетов определяются участки, на которых прогнозируется эпизоотия и где необходимо проводить первоочередной поиск. Обследовательская группа направленно выезжает на эти участки, проводит необходимые учетные работы и забирает пробы полевого материала, который, вместе с результатами учета, отсылается в лабораторию. Уже сейчас обследовательские группы имеют современные средства связи, в том числе и спутниковые телефоны, которые позволяют работать всем группам и лабораториям в режиме реального времени. Вновь полученные результаты обследования переносятся в модель. Проводятся новые расчеты, и группы работают в соответствии с откорректированной ситуацией.

Спутниковый мониторинг позволяет резко повысить эффективность полевой профилактики чумы. Она проводится в тех случаях, когда эпизоотия обнаружена в непосредственной близости от места временного или постоянного проживания людей. Чтобы люди не заразились от укусов блох, специальными инсектицидами обрабатываются близлежащие норы больших песчанок, и блохи уничтожаются. Площадь обрабатываемого участка определяется специалистами.

Координаты каждой колонии заносятся в GPS-навигаторы специалистов, проводящих обработку. Сразу же планируется и количество инсектицидов, горючего, человеко-дней и прочего, что позволяет снижать финансовые затраты. При проведении дезинсекции нор значительно уменьшаются пропуски колоний (выпадают лишь те, что плохо различимы на снимке).

Контроль проводится по данным GPS-навигатора: сверяются координаты колоний, введенные при планировании профилактических работ, с координатами колоний, на которых проводилась дезинсекция.

Полевые испытания новой методики, в основе которой - опыт, знания и идеи специалистов из России, Казахстана и крупных научных школ всего мира, успешно проходят уже второй год. Похоже, нам удалось найти оптимальную модель научно-практической работы, основанной на синтезе грантовой системы западных государств и государственной поддержки науки в Казахстане.

Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...