Люди тысячелетиями сосуществуют с вирусами, но до сих пор заражаются ими. Неужели нам не хватило времени, чтобы столкнуться со всеми мыслимыми болезнями и выработать к ним иммунитет? Доктор философии, биофизик, основатель и научный директор биотех-компании Gero Петр Федичев дает ответ на этот вопрос в одной из глав своей книги «Взломать старение. Почему теперь мы сможем жить дольше».
На берегах Юкатанского пролива, недалеко от скрытого под водой кратера, оставшегося после столкновения планеты с фатальным для динозавров метеоритом, можно обнаружить
следы еще одной катастрофы: развалины города индейцев майя Тулума. Их вид знаком многим по фильму Роберта Родригеса «Планета страха» как место убежища остатков человечества после очередного зомби-апокалипсиса.
7 мая 1518 года испанский конкистадор Хуан де Грихальва обнаружил на высоком берегу океана город, отметив, что он выглядит таким же большим, как и тогдашняя Севилья в Испании. Этот день стал началом конца города. Уже во время второго визита европейцев, не более чем через 70 лет, город был пуст. В наши дни Тулум позиционируется как туристический парк рядом с отличным пляжем, и местные жители охотно проводят экскурсии и рассказывают о прежних хозяевах города как о каких-то инопланетянах, утратив какую-либо связь с древним народом.
Сейчас мы не можем достоверно сказать, что именно случилось с жителями Тулума и других городов Нового Света. Мобильные лидары (лазерные локаторы) и новейшие алгоритмы в области обработки изображений, хоть и позволяют создавать синтетические карты местности очень высокого разрешения и «убирать» загораживающую поверхность земли растительность, не смогут поведать о мотивах жителей, решивших внезапно покинуть родные дома 500 лет назад. Теплый и влажный климат Мезоамерики не способствовал сохранению письменных свидетельств или человеческих останков. Как будто этого было мало, Святая инквизиция под руководством епископа Диего де Ланды уничтожила практически все тексты и религиозные изображения народа майя. В музеях находится всего три (!) полных текста (кодекса) и фрагмента.
Тем не менее правдоподобное объяснение того, почему жители были вынуждены оставить свои города и никогда туда больше не возвращаться, есть. В тех местах, где европейцы и индейцы какое-то время жили вместе, сохранились записи, сделанные испанскими чиновниками. Так, например, в 1545 году в древней столице — городе Мехико — началась эпидемия. У людей поднималась температура, возникали головные боли, из ушей и носа шла кровь, а через два-три дня наступала смерть. В течение следующих пяти лет умерло до 15 млн человек. Это 80% тогдашней популяции. Эпидемия 1545 года разразилась через 25 лет после эпидемии оспы, которая унесла жизни от 5 до 8 млн человек. А следующая волна, в 1576–1578 годах, убила еще половину жителей.
Исследования останков жертв эпидемий на специально организованных в те годы кладбищах позволяет предположить, что микроорганизм, который вызвал смертельное заболевание, был разновидностью сальмонеллы. Сама болезнь, наверное, была формой паратифа — весьма распространенного в Средние века недуга, к которому у европейцев был иммунитет. Едва ли не большинство коренных жителей Америки вымерло в первые десятилетия после экспедиций
Колумба, в большинстве случаев задолго до того, как вообще увидели первых европейцев воочию.
Катастрофа, постигшая жителей Нового Света, заставляет по-другому посмотреть и на наши реалии. Мы склонны считать, что колеса истории проворачиваются сильными личностями, которые становятся героями мемуарной литературы и удобными вехами на дороге от дикости к просвещению и технологической сингулярности. Не в меньшей степени наша история связана со столкновениями человека с новыми и новыми микроорганизмами. По мере расширения ареала обитания человечество пережило колоссальные эпидемии: оспа, чума или грипп «испанка» в свое время становились причиной тектонических общественных изменений и исторических «разрывов».
Наши порой слишком тесные отношения с микроорганизмами являются интереснейшей и до сих пор малоизученной частью истории цивилизации. Пожалуй, лучшей книгой-исследованием в этой области является «Ружья, микробы и сталь» лауреата Пулитцеровской премии Джареда Даймонда. Автор задается вопросом: если Америка была заселена 14000 лет назад (а возможно, и раньше), что огромный срок по историческим масштабам, тогда почему бактерии, привезенные европейцами, нанесли колоссальный урон мезоамериканцам, а не наоборот?
Почему, поинтересуемся и мы, люди живут на всех континентах уже десятки тысяч лет, а в Африке и порядка миллиона, а мы продолжаем слышать о новых и новых эпидемиях? Только в последнее столетие десятки миллионов людей по всему миру стали жертвами ВИЧ/СПИД, десятки тысяч умерли от вируса Эбола. В 2019 году с крайне драматическими последствиями сменил хозяина (возможно, не без помощи ученых) вирус COVID-19. Неужели миллиона лет проживания в одной местности недостаточно, чтобы столкнуться со всеми мыслимыми болезнями и выработать к ним иммунитет?
Для ответа на эти вопросы мы обратимся к простой математике. Чтобы не отвлекаться, попробуем избегать использования бесчеловечной терминологии и проанализируем более гуманную версию мысленного эксперимента. Мы проследим судьбу одного вируса, брошенного в образец клеточной культуры в лабораторном эксперименте.
Вирус живет какое-то время и, если позволяют обстоятельства, заражает какую-то из клеток хозяина. За все оставшееся время жизни зараженная клетка произведет определенное количество вирусных частиц, каждая из которых, в свою очередь, заразит еще больше клеток. Полное количество новых заражений в результате жизненного цикла одной вирусной частицы называется индексом репродукции, или коэффициентом размножения, и обозначается R0.
Если параметры эксперимента таковы, что коэффициент размножения больше единицы, то размножение вирусов будет продолжаться неограниченно, а количество вирусных частиц станет увеличиваться взрывным образом до тех пор, пока не произойдет полное исчерпание доступного для заражения материала — исходной клеточной культуры.
Именно это и происходит во время заражения вирусом гриппа. Вирус размножается в клетках эпителия легких. Коэффициент размножения в этой ситуации зависит от штамма вируса и равен примерно пяти. В этих условиях количество вновь производимых вирусных частиц, как и число зараженных клеток и маркеров воспаления в крови человека, нарастает в геометрической прогрессии. Болезнь заканчивается через несколько дней, в тот момент, когда в легких практически не остается доступных для заражения клеток. Вот почему в медицинской профессии распространена шутка: грипп проходит за неделю, если его не лечить, и за семь дней, если принимать лекарства. Если серьезно, то главную опасность несут или аутоиммунная реакция — цитокиновый шторм, или куда более вероятные вторичные инфекции, возникающие как раз потому, что вирус уничтожил клетки легочного эпителия, которые среди прочего должны защищать легкие пациента от патогенных микроорганизмов.
В другом предельном случае если коэффициент размножения меньше единицы, то никакое появление новой вирусной частицы не может привести к развитию заболевания. Даже если организм имеет контакт с вирусом, инфекция угасает после каждой попытки заражения.
На языке физических наук принято говорить, что в этом случае можно считать систему, состоящую из клеточной культуры и вирусных частиц, динамически устойчивой. В устойчивом режиме постоянный контакт с вирусом может приводить к появлению популяции людей или клеток, зараженных и, быть может, даже умирающих от болезни, но число таких людей или клеток не будет расти со временем.
Величина R0 называется коэффициентом размножения неслучайно. Впервые подобный параметр возник при расчетах цепной реакции в атомном реакторе и атомной бомбе. Там роль вирусов выполняют нейтроны, субатомные частицы, образующиеся при распаде нестабильных атомов урана или плутония. Поглотив нейтрон, тяжелое ядро распадается и испускает два-три новых нейтрона. Каждый живет всего несколько минут.
В зависимости от геометрии системы и наличия специальных материалов, замедляющих или поглощающих нейтроны, коэффициент размножения может быть больше единицы. В этом случае более одного нейтрона, испущенного в результате деления одного из ядер, вызовет деление следующего. Возникает неустойчивость, цепная ядерная реакция ускоряется, и, если она перейдет в неконтролируемую стадию, может произойти ядерный взрыв.
В случае если коэффициент размножения равен единице, количество делящихся ядер не растет и атомный реактор работает в устойчивом, или, как еще говорят, стационарном режиме.
На границе между устойчивым и неустойчивым режимами любое, даже очень небольшое, изменение параметров, определяющих коэффициент размножения, может привести к качественному преобразованию поведения системы. Разница может быть колоссальной и отличать атомный реактор, мирно вырабатывающий электроэнергию, от ядерного взрыва. Такие ситуации в точных науках называются точками бифуркаций или фазовыми переходами.
Вот почему возможность катастрофической эпидемии зависит не только от факта сосуществования в одном месте пространства и в один момент времени вируса и жертвы. Считается, что способность зараженного организма производить вирусные частицы не меняется во времени, но увеличение плотности населения может увеличить скорость, с которой один больной человек заражает других. Так, например, оспа или чума могли тысячелетиями ждать своего часа, заражая и убивая время от времени небольшое количество людей и не удостаиваясь упоминания в летописях и хрониках.
Увеличение плотности населения или интенсивности сообщений между центрами с большой численностью населения приводит к повышению коэффициента размножения в системе. Вот почему с ростом численности населения и улучшения путей сообщения в одной и той же местности все время «появляются» (иными словами, проходят через критическую точку) новые и новые болезни. Народы Евразии, континента, на котором быстрее росла плотность населения, первыми массово переболели, а оставшиеся в живых приобрели (ценой огромных жертв!) иммунитет и остались носителями болезней, с которыми коренные народы Америки еще не успели встретиться, а значит, и обзавестись защитой от них.
Врожденный иммунитет, лечение и вакцинация, а также меры по пресечению миграции носителей инфекции — все вместе снижают скорость размножения и, следовательно, коэффициент размножения, действуя аналогично стержням-поглотителям в атомном реакторе.
В устойчивом режиме количество ядерных реакций в единицу времени тем больше, чем ближе параметры реактора находятся к критической точке, то есть когда коэффициент размножения приближается к единице. В неустойчивом режиме скорость производства новых вирусных частиц (или нейтронов в процессе ядерной цепной реакции) нарастает в геометрической прогрессии, и потому практически не важно, сколько было внесено в систему изначально вирусных частиц или нейтронов — вся система будет разрушена.
Человечество не раз становилось жертвой своего успеха: усилия Юстиниана по восстановлению Римской империи в 530-х годах или создание монголами первой трансконтинентальной империи приводили к увеличению торговых связей. Раз за разом коэффициент размножения для очередного патогена превышал единицу и возникали катастрофические эпидемии. Как только интенсивность международной торговли шла на спад в результате эпидемий, численность населения уменьшалась или возникал устойчивый иммунитет, болезнь отступала.
Эпидемия COVID, начавшаяся в 2019 году, тоже вызвала беспрецедентные карантинные меры и, как может показаться, приостановила глобализацию. Одновременно инвестиции в биотехнологии не только не сократились, а сильно выросли. Человечество как суперорганизм умнее каждого из нас: эпидемия показывает, что дальнейший прогресс в медицинских науках и технологиях является необходимым условием для возникновения глобальной цивилизации.
Цепная реакция и связанное с ней поведение систем — это полезная метафора, имеющая приложения за пределами эпидемиологии или конструирования атомной бомбы. Положительные обратные связи, характерные для сверхкритических и неустойчивых систем, возникают в социальных сетях, где наши лайки, ретвиты и хештеги позволяют новостям, реальным или фейковым, распространяться на просторах интернета. В определенных условиях новости и мемы становятся вирусными.
Так, например, 27 января 2017 года президент США Дональд Трамп ввел своим указом иммиграционные ограничения для жителей ряда стран. Начались задержания и депортации из аэропортов. Общественное мнение разделилось, начались многочисленные акции протеста. На помощь иммигрантам во многих городах выдвинулись добровольцы. В знак протеста профсоюз таксистов Нью-Йорка объявил о забастовке: таксисты отказались забирать пассажиров из аэропорта имени Дж. Кеннеди в течение часа, с 18:00 до 19:00.
А 29 января в 19:30 компания Uber, популярный сервис онлайн-заказа такси, объявила в своем твиттер-аккаунте о выключении системы «surgepricing», повышающей цену на проезд во время высокого спроса. На первый взгляд, в решении компании была логика: специалисты посчитали, что неизбежный в условиях забастовки рост цен на услуги Uber может показаться стремлением заработать на чужой беде.
Тем не менее жизнь богаче любого вымысла. Решение Uber усугубило транспортный коллапс в аэропорту, ведь, несмотря на значительное увеличение желающих уехать на такси, водители Uber не видели увеличения спроса. В знак протеста пользователь соцсети с ником @Bro_Pair ретвитнул сообщение Uber с хештегом #DeleteUber, призвав пользователей сервиса удалить свою учетную запись. Этот момент ознаменовал начало очень плохого года в истории компании.
Хештег #DeleteUber находился в «трендовых новостях» в течение двух дней. По разным оценкам, за февраль 2017 года Uber потерял от 200000 до 400000 пользователей. В феврале тогдашний генеральный директор Uber Трэвис Каланик был вынужден покинуть совет по делам бизнеса при президенте Трампе. Имидж компании серьезно пострадал, и за твиттер-инцидентом последовали еще более серьезные скандалы. В это же время конкурент Uber, компания Lyft, еще недавно ведущая переговоры по продаже бизнеса конкуренту, увеличила число пользователей на 30%. Уже в апреле 2017-го Lyft привлек $600 млн инвестиций. Неплохо для одного твита, не так ли?
Когда речь идет о вирусах, чаще всего на ум приходят микроорганизмы, вызывающие болезни, или компьютерные вирусы. Не менее опасными могут быть мемы — обращенные в оружие теории заговора, политические теории и слухи, фейковые новости. Перефразируя Карла Маркса, можно сказать, что мемы, овладев массами, становятся материальной силой. Печатный пресс упростил распространение информации и «взорвал» Европу, пропагандируя идеи Реформации. В результате мы получили столетие войн всех против всех. В XX веке с помощью новейших средств коммуникации, массовых газет и радио самые «успешные» мемы, такие как нацизм и коммунизм, привели к гибели сотен миллионов людей. Это эффект, сравнимый с печальным результатом другой вирусной инфекции — возможно, самой крупной пандемии в истории нашего вида, эпидемии гриппа «испанки» в 1917–1918 годах, погубившей, по некоторым оценкам, до 100 млн человек.
Социальные сети еще в большей степени облегчают распространение информации и стирают границы между группами людей и странами. В умелых руках интернет-предпринимателей или политических троллей новые технологии становятся оружием, которое может привести к появлению самых разрушительных мемов. Крис Уэзерелл, разработчик компании Twitter, создал кнопку «retweet» и тем самым радикально повысил коэффициент размножения для мемов в интернете. Сегодня Крис сожалеет о том решении: «Это как дать четырехлетнему ребенку заряженное ружье, вот что мы тогда сделали».
Подробнее о книге «Взломать старение. Почему теперь мы сможем жить дольше» читайте в базе «Идеономики».