Dopady infekčních nemocí na dynamiku (zvířecích) populací

Středověká morová epidemie způsobila smrt asi 17–22 % světové populace, z toho asi 30–60 % evropské populace, a trvalo zhruba 200 let, než se světová populace vrátila na svou původní úroveň. Epidemie dnes často zmiňované španělské chřipky v letech 1918–1920 vedla ke smrti přibližně 3–5 % světové populace. Svědky méně závažných, avšak stále dramatických epidemií jsme i v současnosti. Pandemie těžkého akutního respiračního syndromu (SARS) mezi roky 2002 a 2004, pandemie prasečí chřipky způsobené kmenem H1N1 v letech 2009–2010, opakující se epidemie eboly v západní Africe či současný dramatický nárůst případů spalniček nám neustále připomínají, že boj proti infekcím přes úspěšné vymýcení pravých neštovic zdaleka nekončí. Objevují se navíc nové nemoci, ale také rezistentní kmeny nemocí známých.

Už dlouho je naším pomocníkem při snaze porozumět šíření infekcí a bojovat s nimi také matematika. Pomáhá nám porozumět procesům napomáhajícím či naopak bránícím vzniku epidemií, předpovídat jejich průběh a dopady, ale také posuzovat efektivitu různých praktických opatření k omezení jejich šíření (Berec 2018). A díky nákladnosti či nemožnosti provádění epidemiologických experimentů je matematika dokonce v mnoha případech tím nejdůležitějším nástrojem zkoumání zákonitostí epidemií infekčních nemocí. K tomuto zkoumání vědci využívají metodu matematického modelování přírodních procesů, která se běžně používá například pro předpovídání počasí, navrhování tvaru turbínových lopatek či výpočet drah kosmických objektů.

V běžném životě o infekčních nemocech uvažujeme téměř výhradně ve vztahu k člověku. Infekční nemoci však významně ovlivňují také populace volně žijících živočichů, což může vést až k dramatickému snížení velikosti napadených populací a ohrozit samotnou existenci už tak vzácných druhů. Příkladem budiž chytridiomykóza, houbová infekce napadající a ohrožující populace obojživelníků po celém světě. Negativní dopady infekcí na populace živočichů však lze využít také k našemu prospěchu, je-li naším cílem například dramatické snížení nějaké populace škůdců. Tak či tak, vliv infekčních nemocí na dynamiku zvířecích populací je třeba důkladně studovat. Těmito problémy se mimo jiné zabýváme v Centru matematické biologie na Ústavu matematiky Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích.

V jedné ze svých prací se Luděk Berec z Centra matematické biologie a Biologického centra AV ČR spolu se svou kolegyní zabýval otázkou vlivu sterilizujících infekcí na dynamiku zvířecích populací (Janoušková & Berec 2018). Speciálně se zabývali dopadem takových infekcí v případě, kdy se nakažení jedinci mohou díky své snížené plodnosti a tedy nižšímu výdeji energie na reprodukci dožívat vyššího věku než jedinci zdraví. A pro získání odpovědi jim posloužila právě matematika. Jejich výzkum ukázal, že dopady sterilizujících infekcí na populace živočichů a jejich možné využití pro kontrolu škůdců jsou výrazně ovlivněny funkčním vztahem mezi snížením plodnosti a prodloužením života infekčních jedinců. V řadě případů jejich model dokonce předpovídá, že populace dosáhne za přítomnosti infekce větších velikostí než za její absence, což je výsledek, který si žádný manažer zodpovědný za kontrolu škůdců jistě nepřeje. V každém případě je nutné vztah mezi snížením plodnosti a prodloužením života infekčních jedinců při návrhu užití sterilizujících infekcí pro kontrolu škůdců seriózně uvažovat.

Berec, L. 2018. Když se matematika potká s biologií: matematická epidemiologie. Pokroky matematiky, fyziky a astronomie 63: 91-107.

Janoušková, E., Berec, L. 2018. Host-pathogen dynamics under sterilizing pathogens and fecundity-longevity trade-off in hosts. Journal of Theoretical Biology 450: 76-85.

Kontakt: doc. Ing. Luděk Berec, Dr. (ludek.berec at prf.jcu.cz)



O přírodovědě.cz

Edukačně-popularizační portál Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích určený pro středoškoláky, jejich vyučující, ale i veřejnost. Představujeme zde naše aktivity, výzkumy a objevy.