В ожидании жары
В начале июля, в один из самых жарких дней за всю историю наблюдений, Колин Карлсон пришел в радиостудию в Вашингтоне, чтобы ответить на несколько вопросов о том, как потепление климата влияет на инфекционные заболевания.
Случаи заболевания малярией, передающейся местным путем, во Флориде и Техасе, которых не наблюдалось уже несколько десятилетий, попали в национальные новости. Радиоведущая Дженн Уайт спросила Карлсона, связаны ли эти случаи с изменением климата. Карлсон, эколог, которому только-только исполнилось 27 лет и который уже работает в Джорджтаунском университете, был одет в шлепанцы, шорты и футболку в стиле хэви-метал с требованием "Medicare для всех". На левой руке он крупными буквами нацарапал напоминание: "Не матерись".
Накануне, в своем кабинете в Джорджтауне, Карлсона охватила тревога по поводу дальнейшей судьбы планеты. Он вспомнил статью, которую прочитал несколько лет назад: в ней проводилось моделирование, согласно которому, если уровень углекислого газа в атмосфере поднимется выше 1200 частей на миллион, облака на Земле могут начать исчезать. "Это уже не "мелкая картошка", это не такое уж маленькое, постепенное изменение в устройстве мира", - рассуждал он, тыча кончиком карандаша в свой блокнот. " Что было бы, если бы на нашей планете не было чертовых облаков?"
По словам Карлсона, инфекционные заболевания также могут претерпеть резкие изменения в связи с потеплением на планете. Список вероятных катастроф очень длинный. Комары и клещи, переносящие патогенные микроорганизмы, могут быстрее размножаться и распространяться на большие расстояния, подвергая опасности все большее число людей. Более частые засухи и наводнения, являющиеся следствием потепления, могут подвергнуть большее число людей воздействию смертельно опасных микроорганизмов, передающихся через воду, таких как холерный вибрион. Мигрирующие животные могут смешаться с видами, с которыми они раньше не сталкивались, что позволит патогенным микроорганизмам распространиться на новых животных-хозяев и, в конечном счете, на человека. Могут измениться формы респираторных инфекций, а грибки, обычно защищающиеся от тепла тела, могут адаптироваться к более высоким температурам и стать более искусными в заражении людей.
Однако в студии Карлсон спокойно объяснил, что случаи заболевания малярией во Флориде и Техасе, вероятно, не могут быть связаны с изменением климата. Если бы случаи заболевания денге появились в Вашингтоне, было бы гораздо легче установить связь, сказал он Уайт, поскольку это заболевание распространяется другими комарами: "Если мы увидим нечто подобное, нам будет очень легко сказать: "Так, климат принес комаров, комары принесли денге". Но комары, способные переносить малярию, всегда обитали в южных штатах. Достаточно одного путешественника, вернувшегося из-за границы с паразитом в крови, чтобы запустить местное распространение. "Я думаю, что это один из тех странных исключительных случаев, - говорит Карлсон. "Это просто случай, но он очень похож на то, к чему, вероятно, приведет изменение климата".
В таком положении постоянно оказываются исследователи, подобные Карлсону: они попадают в ситуацию между нюансами сегодняшнего дня и угрозой завтрашнего. Определить эту угрозу не так-то просто. Задача состоит в том, чтобы сделать для инфекционных заболеваний то, что другие исследователи могут сделать для засух или ураганов: "связать" эти явления с изменением климата. "В настоящее время наиболее актуальной является попытка начать экстраполяцию ... чтобы сказать: на каждый градус изменения температуры на сколько больше случаев мы получим?" - комментирует Эрин Мордекай, эколог-инфекционист из Стэнфордского университета. Карлсон и Мордекай - всего лишь два исследователя, работающих над этой проблемой, но ее сложность поражает воображение. Изменение климата влияет на температуру, влажность и количество осадков, а также на поведение животных и людей.
Каждый из этих факторов может по-разному влиять на то или иное заболевание, причем это влияние может варьировать в зависимости от того, вызвано ли заболевание вирусом, бактерией, паразитом или грибком и распространяется ли оно комарами, клещами или другими переносчиками, через воду или по воздуху.
Один из вопросов заключается в том, что произойдет с уже распространенным в регионе заболеванием при изменении климата. Другой вопрос - распространятся ли эти заболевания в новых регионах при изменении климата. И это только те заболевания, о которых мы знаем. Появятся ли новые болезни с большей вероятностью? Ответы на эти вопросы важны для того, чтобы мир мог подготовиться к грядущим вызовам в области здравоохранения. Но связь между климатом и болезнями - это научный вопрос, обернутый в коммуникационную проблему.
Наибольшего прогресса исследователи добились в изучении болезни, о которой Карлсон говорил утром по радио: малярии, от которой ежегодно умирает более полумиллиона человек. Он считает, что ему удалось лучше всех доказать, что изменения климата привели к росту заболеваемости малярией в некоторых районах Африки. Однако более широкая история, вытекающая из работы Карлсона, Мордекаи и других ученых, не является однозначной.
Мордекай изучала травы, когда ее интерес к малярии только начинался. Будучи аспиранткой Калифорнийского университета, увлеченной как математикой, так и биологией, она сосредоточилась на том, как патогены растений переходят от инвазивных видов трав к местным. Затем в работе ее руководителя, эколога Кевина Лафферти, был поднят вопрос, который казался более актуальным. Он утверждал, что связь между заболеваниями человека и климатом не будет линейной. Мордекай была заинтригована. "Честно говоря, мне надоело объяснять людям, почему мы должны заботиться о сосуществовании видов трав, и я захотела сделать что-то, что имело бы более непосредственное отношение к людям".
Мордекай задалась целью изучить, как температура влияет на комаров и переносимые ими патогены. Комары - холоднокровные животные, поэтому температура влияет практически на все аспекты их жизни и возможности распространения заболеваний: продолжительность жизни, количество яиц, откладываемых самкой в день, вероятность укусов. Она также влияет на возбудителей болезней, переносимых комарами, определяя, например, вероятность их закрепления в организме насекомого после употребления крови инфицированного человека или животного и продолжительность этого процесса.
В лабораторных условиях исследователи могут изучить, как температура влияет на каждый из признаков. Как правило, эта зависимость имеет форму холма: оптимум при определенной температуре и экспоненциальный спад при повышении или понижении температуры от этого оптимума. То же самое можно сказать и о человеке, полагает Кортни Мердок, эколог по инфекционным заболеваниям из Корнельского университета. "Есть некоторые температуры, которые вы испытываете, - слишком холодные, и некоторые температуры - чересчур жаркие. А есть температура, при которой вы хотели бы жить", - говорит она. "То же самое происходит с комарами и паразитами, которых они переносят".
Исследователи, подобные Мордекай, математически объединяют все эти измеренные температурные характеристики для комаров и переносимых ими патогенов в единую графическую модель, которая показывает, как изменяется передача заболевания в зависимости от температуры. Эта кривая также имеет горбообразную форму, что имеет ряд важных последствий.
Скорость распространения болезней, переносимых комарами, частично зависит от температуры: пик приходится на оптимальную температуру и снижается выше и ниже нее. Различные сочетания заболеваний и переносчиков имеют разные пики. Наиболее опасная форма малярии, переносимая обычным комаром-переносчиком, достигает своего пика при температуре 25°C, что достаточно прохладно, чтобы изменение климата могло снизить ее распространение в некоторых регионах. А вот денге и Зика в более теплом мире могут достигнуть своего пика.
Ученые начинают с измерения влияния температуры на множество различных характеристик конкретного патогена и вида комара, который его переносит: например, продолжительность жизни комара и скорость репликации патогена в комаре. В результате получается ряд кривых, которые математически объединяются в единую кривую, связывающую температуру с передачей заболевания.
"Исходное предположение состоит в том, что более теплый климат ухудшит ситуацию с трансмиссивными заболеваниями, поскольку, по наблюдениям специалистов, большинство [таких] заболеваний возникает в тропиках, а в более умеренных районах они возникают летом", - пояснила Мордекай. Однако исследования, подобные ее, показывают, что "эффект от повышения температуры может быть разным".
В течение многих лет температурный оптимум для малярии составлял около 31°C. Однако в 2012 г. в статье, опубликованной в журнале Ecology Letters, Мордекай и другие исследователи показали, что это неверно. Они пришли к выводу, что температурный оптимум значительно ниже: всего 25°C. При температуре выше 28°C передача инфекции быстро снижается. По словам Мордекай, "потепление климата фактически снижает уровень передачи малярии во многих странах Африки к югу от Сахары". С другой стороны, в высокогорных районах Южной Америки и южной части Африки температура все больше благоприятствует передаче малярии. А в некогда малярийных регионах Европы и Северной Америки, где болезнь была под контролем, сдерживание ее распространения может стать более сложной задачей.
Но если сосредоточиться на взаимосвязи между комаром, заболеванием и температурой, то можно упустить из виду многие другие факторы, связанные с климатом. Меняется режим выпадения осадков, учащаются экстремальные погодные явления, такие как засухи или наводнения, люди мигрируют в ответ на эти глобальные изменения. Все это накладывает отпечаток на характер заболеваний.
Именно поэтому некоторые ученые, пытающиеся выявить связь между климатом и заболеваниями, обращаются к прошлому, изучая исторические данные в поисках признаков того, что изменение климата уже повлияло на заболеваемость в реальном мире. Один из таких источников данных по малярии, собранный в чайных поместьях Керичо в восточных горных районах Кении, вызвал научный спор, который длится уже несколько десятилетий.
Компания Brooke Bond Kenya Ltd., управляющая этими поместьями, обеспечивала медицинское обслуживание всех работников и членов их семей и вела тщательный учет. В конце 1990-х годов ученый из Отдела медицинских исследований армии США в Найроби по имени Деннис Шанкс "забрался на чердак в чайном поместье Керичо и сумел обнаружить несколько коробок с записями случаев заболевания малярией, начиная с 1965 года", - рассказывает Роберт Сноу, исследователь малярии из Кенийского института медицинских исследований.
Шэнкс, Сноу и другие оцифровали и проанализировали эти записи, сообщив в 2000 г., что они свидетельствуют о резком росте заболеваемости малярией в 1990-е годы. Однако среднемесячная температура в регионе за это время существенно не изменилась, отметили исследователи. "Представляется правдоподобным предположить, что к резкому росту заболеваемости малярией, требующей стационарного лечения, в 1990-х годах в чайных поместьях Керичо привели другие факторы, помимо изменения климата", - пишут они, указывая на срыв программ борьбы с комарами и "эпидемию лекарственно-устойчивой малярии", охватившую регион.
Эта статья положила начало бурным дискуссиям. В 2006 г. Мерседес Паскуаль, специалист по вычислительной экологии из Нью-Йоркского университета, опубликовала новый взгляд на температурные данные, полученные в поместьях, и показала, что тенденция к потеплению действительно существует, если рассматривать более длительный период времени. По ее словам, этот спор очень важен, поскольку "было ясно, что одним из мест, где мы должны наблюдать наиболее сильное влияние изменения климата [на малярию], являются высокогорные районы".
Медицинские данные, одни из немногих долгосрочных записей о малярии, анализировались снова и снова. "Мы все время пытались сопоставить их с климатическими данными", - вспоминает Сноу, один из авторов первоначальной статьи. В статье 2002 г., в которой вновь утверждалось, что климат не играет никакой роли в возрождении малярии, Сноу и другие авторы написали, что они надеются, что их работа "поможет привлечь внимание к реальным и непосредственным причинам этих возрождений малярии".
Он и другие исследователи малярии опасаются, что растущее внимание к проблеме изменения климата отвлекает от более насущных вопросов о том, как доставить противомалярийные средства тем, кто в них больше всего нуждается. "Я ни на минуту не сомневаюсь в том, что глобальное потепление имеет большое значение для планеты", - говорит Сноу. "Но в области борьбы с малярией, мне кажется, ему уделяется больше внимания, чем оно того заслуживает". Паскуаль с этим не согласна. "Исследовательские усилия, финансирование, все, что связано с малярией, было намного, намного больше для общественного здравоохранения в целом, чем для изменения климата. Только в последнее время некоторые из этих исследований климата и заболеваний стали привлекать более пристальное внимание".
Недавняя работа Карлсона привлекает к себе внимание, поскольку он утверждает, что ему удалось установить влияние климата на малярию. Будучи вундеркиндом, который начал работать в Университете Коннектикута в 12 лет, он первоначально изучал вероятность вымирания паразитов из-за изменения климата, а затем переключился на то, как изменение климата повлияет на заболевания, которые вызывают паразиты. "Паразиты привели меня к болезням, а болезни привели меня сюда", - делится Карлсон. В его интересе к изменению климата есть и личный элемент. Учитывая свой возраст, Карлсон говорит: "Мне предстоит пережить больше изменений климата, чем большинству моих коллег".
Он решил изучить роль климата в развитии малярии с помощью методов из области, известной как климатическая эконометрика, которая используется, например, для оценки того, как антропогенное изменение климата влияет на производство продовольствия и конфликты. По сути, этот метод представляет собой сложную научную игру "что, если". Используя новый, более обширный массив данных за 115 лет по малярии в Африке к югу от Сахары, который Сноу опубликовал в 2017 году, Карлсон и его коллеги разработали 1000 правдоподобных моделей того, как температурные сдвиги, наводнения и засухи могли повлиять на изменение заболеваемости этой болезнью. С их помощью команда смоделировала тысячи альтернативных миров без изменения климата, что позволило сравнить заболеваемость малярией в этих "как было бы, если бы" мирах с реальной ситуацией. Это позволило оценить вероятность того, что изменение климата привело к росту заболеваемости.
В препринте, опубликованном ранее в этом году, группа Карлсона сообщила, что вероятность того, что антропогенное изменение климата уже привело к росту заболеваемости малярией в Африке к югу от Сахары в целом, составляет 66%. По их оценкам, на каждые 100 тыс. детей в возрасте от 2 до 10 лет приходится 84 случая заболевания малярией, которые в любой момент времени могут быть связаны с изменением климата. Это не так много, но если учесть, что в Африке к югу от Сахары проживает около 300 млн. детей этого возраста,
"то, вероятно, прямо сейчас малярией болеют более 200 тыс. детей, которые не болели бы ею без изменения климата", - говорит Карлсон.
"Это огромное влияние, причем не только с точки зрения общей смертности, но и кумулятивного воздействия этого бремени заболеваний". По заключению Карлсона и его коллег, это воздействие наиболее сильно в восточной и южной частях Африки, в то время как изменение климата, вероятно, со временем привело к снижению заболеваемости малярией в западной и центральной частях Африки.
"Наше исследование устраняет десятилетние споры об одном из самых ранних последствий глобального потепления для здоровья человека", - пишет Карлсон в аннотации к препринту. Однако исследование еще не прошло рецензирование. И здесь есть важные оговорки. Одна из них заключается в том, что даже в регионах с наиболее сильным влиянием изменения климата рост заболеваемости малярией меркнет по сравнению с тем снижением, которого удалось добиться благодаря таким мерам здравоохранения, как противомоскитные сетки, борьба с переносчиками инфекций и лечение. "Мы можем держать в голове обе мысли", - говорит Карлсон. "Изменение климата имеет значение. Но меры общественного здравоохранения оказались в 200 раз важнее".
Исследование Карлсона также дает надежду, предполагая, что по мере дальнейшего потепления климата тенденция изменится на противоположную и к середине века приведет к сокращению заболеваемости малярией на всем континенте, даже если глобальное потепление будет сдерживаться на уровне 2°C. Это может показаться обнадеживающим, но, как показывают кривые передачи возбудителей, построенные Мордекай, для других заболеваний, переносимых комарами, результат может быть совершенно иным. Некоторые из них имеют гораздо более высокий температурный оптимум, чем самая смертоносная форма малярии, вызываемая паразитом Plasmodium falciparum, переносимым комаром Anopheles gambiae. "Помимо малярии лихорадка Рифт-Валли, вирус реки Росс, денге, Зика - испытывает и будет испытывать гораздо больший рост в результате изменения климата, - утверждает Карлсон.
Особое беспокойство вызывает лихорадка денге. Этот вирус уже является причиной сотен миллионов случаев заражения в год и примерно 20 000 смертей, и по мере потепления климата эта угроза будет только возрастать. "Если изменение климата ведет малярию в разных местах в разных направлениях, то денге - в одном и том же направлении во всех местах, - говорит Мордекай. Кроме того, урбанизация и ослабление борьбы с комарами привели к тому, что во многих местах вновь появились переносчики денге - Aedes aegypti. "Денге - это то, что, согласно прогнозам, будет ухудшаться и уже ухудшается".
Даже для малярии передышка может оказаться кратковременной. Комар и паразит могут приспособиться к более высоким температурам. А другой комар, переносящий того же паразита, - Anopheles stephensi - может стать более важным, говорит Мердок. "Stephensi, который переносит городскую малярию, распространяющуюся сейчас по всей Африке, на самом деле переносит гораздо более высокие температуры", - отмечает она.
Не менее сложными являются и заболевания, распространение которых не зависит от насекомых. Грипп, например, имеет сезонный характер и распространяется зимой - и не только потому, что люди собираются в помещениях, но и потому, что холодный и сухой воздух благоприятствует его передаче. Изменения температуры и влажности воздуха, безусловно, повлияют на распространение вируса, а возможно, и на его эволюцию, но как именно - пока неясно. "Это невероятно запутанная вещь", - считает Джессика Меткалф, эколог по болезням из Принстонского университета.
Объяснить всю эту сложность и неопределенность непросто. Широкие и легко понимаемые заявления, такие как "патогены, переносимые комарами, будут процветать в условиях потепления", могут быть соблазнительными, но вводят в заблуждение, признает Карлсон. Однако разъяснение нюансов - того, что изменение климата может привести к увеличению заболеваемости малярией в одних местах и уменьшению в других, - рискует размыть насущную идею о том, что изменение климата представляет угрозу для здоровья населения. "Я не думаю, что наука отступает назад", - говорит Карлсон. "Я думаю, что существует невероятно высокая критическая планка, которую мы создали для того, чтобы научные данные выглядели так, как они должны выглядеть, чтобы это имело драматическое воздействие на здравоохранение".
Всего через несколько недель после радиоинтервью Карлсона возникла следующая коммуникационная проблема: В США был зарегистрирован еще один случай малярии, передающейся местным путем, на этот раз в штате Мэриленд, где таких случаев не наблюдалось уже 40 лет. "Я считаю, что это просто очень странно", - говорит Мердок. Тем не менее, изменение климата, вероятно, не стоит за этой малярийной угрозой.
По крайней мере, пока.
