Экология болезней — это раздел экологии, занимающийся механизмами, закономерностями и эффектами взаимодействия хозяина и патогена , в частности инфекционных заболеваний. [1] Например, она изучает, как паразиты распространяются и влияют на популяции и сообщества диких животных. [1] [2] Изучая поток заболеваний в естественной среде, ученые стремятся лучше понять, как изменения в нашей среде могут формировать то, как перемещаются патогены и другие заболевания. [2] Таким образом, экология болезней стремится понять связи между экологическими взаимодействиями и эволюцией заболеваний. [2] Новые возникающие и повторно возникающие инфекционные заболевания (заражающие как диких животных, так и людей) растут беспрецедентными темпами, что может иметь долгосрочные последствия для общественного здравоохранения, здоровья экосистем и биоразнообразия . [3]
Паразитарные инфекции, а также некоторые передаваемые заболевания присутствуют в дикой природе и могут иметь серьезные последствия для здоровья отдельных особей и популяций. [4] Постоянное взаимодействие хозяина и паразита делает экологию болезней критически важной в экологии сохранения . [4]
Экологические факторы, которые могут определять устойчивость и распространение заболеваний, — это размер популяции, плотность и состав. [4] Размер популяции хозяина важен в контексте взаимодействия хозяина и паразита, поскольку для распространения заболеваний необходима популяция хозяина, достаточно большая для поддержания паразитарных взаимодействий. Здоровье всей популяции (и размер ослабленных членов популяции) также будет влиять на то, как паразиты и болезни будут передаваться между членами. [4] Кроме того, динамика конкуренции и хищничества в экосистеме может влиять на плотность потенциальных хозяев, которые могут либо распространять, либо ограничивать распространение заболеваний. [4]
В некоторых случаях, когда паразит ослабляет животное, оно становится более легкой добычей для хищника. [5] Иногда хищники предпочитают питаться больной или инфицированной добычей, даже если они несут паразита, из-за возможности присутствия слабой добычи. [5] Без присутствия хищника численность добычи, вероятно, превысит контролируемые показатели, что приведет к быстрому распространению патогенов по всей популяции добычи. [6] Количество доступных хозяев увеличивается, когда инфицированные особи не удаляются из-за низкого уровня хищничества. [7] Однако существуют некоторые ситуации, когда питание хищника может потревожить патоген, который ранее находился в состоянии покоя, что приведет к эпидемии , которая в противном случае не произошла бы. [8] Некоторые паразиты способны выживать, когда их хозяин потребляется, что приводит к распространению паразита в отходах хищника, что может продолжить распространение болезни. [9]
Паразитизм в экологии болезней важен, потому что он может формировать способ функционирования многих мест обитания, поскольку они являются переносчиками болезней. Эти болезни могут изменять время событий, биогеохимические циклы и даже поток энергии в месте обитания. [10] Паразиты способны ограничивать рост популяции и воспроизводство видов, что может привести к изменению баланса экосистемы. [11] Другие способы воздействия паразитов на системы — через циклы питательных веществ . Паразиты способны создавать дисбаланс элементов в системе через отношения, которые они имеют с хозяином и его рационом. [12]
Биологические факторы, которые могут определять устойчивость заболеваний, включают параметры, относящиеся к уровню особи в популяции (один организм). [4] Установлено, что половые различия преобладают в передаче заболеваний. Например, самцы американской норки крупнее и перемещаются на большие расстояния, что делает их более склонными к контакту с паразитами и болезнями. Возраст вида-хозяина может дополнительно влиять на скорость передачи заболеваний. Более молодые члены популяции еще не приобрели коллективный иммунитет и, следовательно, более восприимчивы к паразитарным инфекциям. [4]
Антропогенные факторы распространения заболеваний могут быть связаны с внедрением или перемещением диких животных в целях сохранения человеком. [4] Кроме того, деятельность человека изменяет способ, которым заболевания распространяются в естественной среде. [4]
Люди оказывают сильное влияние на распространение болезней, создавая то, что известно как «новые ассоциации видов». [13] Глобализация, в основном через мировые путешествия и торговлю, создала систему, в которой патогены и другие виды контактируют друг с другом больше, чем раньше. [13] [14] [15] Экологические нарушения, включая фрагментацию среды обитания и строительство дорог, ухудшают природные ландшафты и изучаются как движущие факторы недавнего появления и повторного появления инфекционных заболеваний во всем мире. [14] Ученые предположили, что разрушение среды обитания и потеря биоразнообразия являются одними из основных причин, влияющих на быстрое распространение нечеловеческих переносчиков болезней . Потеря хищников, которые смягчают способность к передаче патогенов, может увеличить скорость передачи болезней. [14] Изменение климата , вызванное антропогенным воздействием человека, становится проблематичным, поскольку паразиты и связанные с ними заболевания могут перемещаться в более высокие широты с ростом глобальной температуры. Таким образом, новые болезни могут заражать популяции, которые ранее никогда не контактировали с определенными патогенами. [13]
Урбанизация считается одним из основных изменений в землепользовании, определяемым как рост площади и количества людей, населяющих города, и создает искусственные ландшафты застроенных сооружений для использования человеком. [16] Поскольку к 2025 году более 65% мирового населения будет жить в городах, экологические последствия урбанизации в основном будут сосредоточены на потере биоразнообразия, определяемой как снижение видового богатства. [16] Имея эмпирические данные, ученые понимают, что потеря биоразнообразия связана с увеличением передачи заболеваний и ухудшением тяжести заболеваний для людей, диких животных и определенных видов растений. [17] Поскольку биоразнообразие теряется во всем мире, зачастую первыми вымирают более крупные, медленно размножающиеся виды животных. Это оставляет в изобилии более мелкие, более приспособляемые, быстро размножающиеся виды. [18] Исследования показали, что эти более мелкие виды с большей вероятностью являются носителями и переносчиками патогенов (ключевыми примерами являются летучие мыши, крысы и мыши). [18]
Глобализация , особенно мировая торговля и путешествия, способствовали распространению неместных видов по всему миру. [15] Недавно введенные инвазивные виды способны изменять экологическую динамику посредством локального и регионального вымирания местных видов. [19] Это может способствовать изменениям в экосистеме, включая сдвиг в численности и богатстве местных видов. [19] Новые инвазивные виды и болезни, которые они потенциально переносят, могут проникать в окружающую среду и изменять существующие естественные экосистемы и экосистемные услуги , от которых зависят люди, включая качество воды и доступность питательных веществ. [19]
.jpg/1280px-Pronghorns_Crossing_Highway_on_Seedskadee_NWR._(23769232906).jpg)
Нарушение естественных экосистем и дикой природы в результате быстрой урбанизации подвергает людей воздействию широкого спектра животных, переносящих заболевания. [20] Фрагментация среды обитания приводит к усилению краевых эффектов и увеличивает контакт между различными сообществами, переносчиками и патогенами, что может увеличить передачу заболеваний. [21] Утверждается, что между 2013 и 2015 годами вспышка болезни, вызванной вирусом Эбола (EDB), в Западной Африке началась из-за вырубки лесов и деградации среды обитания. [22] В этом случае у плодоядных и насекомоядных видов летучих мышей было меньше леса, служащего барьером между ними и плотными поселениями людей. [22] Считается, что передача вируса Эбола произошла через прямой контакт с видами летучих мышей, переносящими патоген, и людьми, вторгшимися в естественные экосистемы. [22]
Ученые считают, что трансмиссивные заболевания чувствительны к изменениям погоды и климата . [23] Обилие переносчиков болезней в окружающей среде зависит от множества факторов, включая температуру, относительную влажность и доступность воды, все факторы, необходимые для репродуктивных процессов и успеха переносчиков болезней. [23] Прогнозы изменения климата включают повышение температуры и изменение характера осадков, которые могут создать подходящие среды обитания и повысить общую выживаемость и приспособленность видов, переносящих патогены. [24] С потеплением климата патогены и паразиты могут начать смещать свои родные географические ареалы в более высокие широты и заражать виды-хозяева, с которыми они ранее не взаимодействовали. [25] Изменение характера осадков может дополнительно указывать на присутствие переносчиков болезней. [24] Например, комары распространяют такие заболевания, как малярия и лимфатический филяриоз . [24] Распространение лимфатического филяриатоза через комаров можно определить, изучив влажность почвы, показатель жизнеспособной среды обитания комаров (поскольку личинкам комаров нужна мелкая, стоячая вода, чтобы выжить). По мере изменения температуры и характера осадков будут меняться и уровни влажности почвы, а также соответствующие популяции комаров. [24]
Поскольку изменение климата продолжает разрушать экосистемы по всему миру, оно может сделать как человеческие, так и нечеловеческие популяции более или менее уязвимыми к болезням в зависимости от конкретных последствий изменения климата для болезни. [26] Тема изменения климата и его влияния на болезни все больше привлекает внимание специалистов в области здравоохранения и ученых, занимающихся изменением климата, особенно в отношении малярии и других заболеваний человека, передающихся через переносчиков. [27] [1] Более конкретно, изменение климата может повлиять на передачу малярии, продлевая сезон передачи и создавая больше мест размножения из-за повышения температуры и количества осадков соответственно. [28] Увеличение передачи малярии и других заболеваний человека, передающихся через переносчиков, может иметь разрушительные последствия для сообществ, которые не получают надлежащей медицинской помощи, и для людей, которые не подвергались воздействию этих заболеваний. [28] [29]
Считается, что влияние изменения климата на температуру будет увеличиваться с широтой. [30] Это означает, что северные умеренные зоны будут испытывать больше изменений температуры, чем тропические зоны. [30] Тропические зоны испытывают меньшую изменчивость климата, поэтому организмы в тропических зонах приспособились к непрерывному климату. [30] Поэтому небольшие нарушения климата могут существенно повлиять на организмы в тропических зонах. [30] Изменение климата может повлиять на организмы, удлиняя их репродуктивные циклы. [26] В дополнение к этому, изменение климата позволяет патогенам распространяться за пределы тропических зон, что существенно влияет на виды из-за появления новых патогенов. [29] К этим затронутым видам относятся люди и домашний скот. [29]
Также ожидаются изменения в северных умеренных зонах и Арктике. [30] Более конкретно, влияние изменения климата на температуру увеличивается с широтой, поэтому прогнозируется, что температура в северных умеренных зонах увеличится, а температура в Арктике увеличится еще больше. [30] Как и в тропических зонах, изменение климата в северных умеренных зонах и Арктике также может привести к перемещению видов за пределы их первоначальной ниши. [29] Например, изменение климата позволило лосям переместиться на север в районы, которые пересекаются с другими видами, такими как карибу . [29] Когда лоси перемещаются, они привносят в этот район новые патогены, тем самым нанося вред карибу. [29]
Существует множество подходов к прогнозированию воздействия изменения климата на заболевания. [29] Статические подходы используют показатели воспроизводства для определения того, как изменение климата повлияет на переносчиков. [29] Примером использования статических подходов является модель, основанная на процессах, называемая MIASMA. [26] Эта модель исследует связь между различными сценариями изменения климата и показателями воспроизводства переносчиков. [26] Эта модель использовалась специально для изучения комаров в африканских высокогорьях, чтобы делать прогнозы о будущем развитии и питании комаров. [31] Кроме того, эту модель можно использовать для определения популяции кусающих комаров, что позволяет прогнозировать такие заболевания, как лихорадка денге. [26]
Другой подход включает статистические модели, которые опираются на наблюдения, в отличие от моделей, основанных на процессах. [26] Примером такого типа модели является CLIMEX, которая отображает виды переносчиков в географических точках, учитывая при этом климатические факторы. [26] Важно отметить, что этот подход имеет ограничения. [26] CLIMEX не учитывает все факторы, которые влияют на виды переносчиков. [26]
Модели временных рядов также можно использовать для определения того, как изменение климата повлияет на динамику заболеваний. [29] Однако этот подход имеет и обратную сторону: с помощью моделей временных рядов можно одновременно рассматривать только ограниченное количество мест и патогенов. [29]
Прогнозы ЭНСО (Эль-Ниньо-Южное колебание) также могут помочь предсказать заболевания. [32] События ЭНСО могут привести к более низким температурам в западной тропической части Тихого океана и более высоким температурам в центральной и восточной тропической части Тихого океана, что приведет к интенсивным осадкам и штормам. [26] Изменения климата из-за ЭНСО могут повлиять на динамику заболеваний и могут повлиять на источники воды, используемые людьми. [32] [26] Например, в 1991 году холера снова появилась в Перу примерно в то же время, когда произошло событие Эль-Ниньо. [32] События ЭНСО можно предвидеть на ранней стадии, и поэтому, прогнозируя ЭНСО, можно делать прогнозы о пиках передачи заболеваний за два месяца до их наступления. [32] [26]
.jpg/1280px-Flickr_-_Rainbirder_-_Barn_Owl_(Tyto_alba).jpg)
Малярия — это болезнь, переносимая самкой комара Anopheles , распространенная преимущественно в странах Африки к югу от Сахары, и являющаяся давней проблемой общественного здравоохранения. [33] Это болезнь, которая в значительной степени регулируется климатическими факторами, и поэтому изменение климата окажет заметное влияние на передачу болезни. [34] [35] По мере повышения температуры репродуктивная фаза паразита Plasmodium в кишечнике самки комара будет проходить завершающую стадию. [34] Это гарантирует, что самка комара станет заразной до конца своей жизни. [34] Осадки также являются критическим фактором для размножения и передачи малярии, и поскольку изменение климата влияет на регулярные осадки, исследования показывают, что потенциал размножения комаров может увеличиться как прямой результат изменения климата. [35]
Болезнь Лайма является наиболее распространенным клещевым заболеванием в Соединенных Штатах и Европе, по оценкам, ежегодно регистрируется 476 000 случаев в Европе и 200 000 случаев в Соединенных Штатах. [36] Недавно исследования пришли к выводу, что существует повышенный риск заболевания болезнью Лайма в Южной Канаде из-за расширения ареала обитания клеща-переносчика Ixodes scapularis , который является переносчиком заболевания. [37] Изменение климата приводит к более мягким зимам и более продолжительным весенним и осенним сезонам. [38] Это создает благоприятные условия для обитания клещей, которые процветают в более высоких широтах (где они обычно не встречаются). [38] Заражение людей болезнью Лайма становится все более заметным в некоторых южных частях канадских провинций, таких как Онтарио, Квебек, Манитоба и Новая Шотландия. [37] Согласно опубликованным канадскими исследованиям, другие факторы окружающей среды способствуют расширению ареала обитания Ixodes scapularis , в том числе занесение переносчика через перелетных птиц и плотность популяций оленей. [37]
Вирус Западного Нила передается между комарами и хищными птицами, включая орлов , ястребов , соколов и сов . [39] В Соединенных Штатах вирус Западного Нила все больше изучается в Нью-Йорке и Коннектикуте из-за воздействия изменения климата на двух переносчиков болезни. [40] Изменение климата способствует гибридизации между двумя переносчиками болезни ( C. pipiens и C. quinquefasciatus ) , что может повлиять на генетический состав гибрида, позволяя ему стать более эффективным переносчиком болезней и повышая его приспособляемость к различным климатическим условиям. [40]