65

Vào khoảng thời gian Frank Fenner công bố kết quả hồi cứu ba mươi năm trên virus myxoma, hai nhà khoa học khác đã bắt đầu phát triển một mô hình lý thuyết về tương tác ký sinh trùng-vật chủ. Họ muốn giải mã không chỉ quy tắc đầu tiên mà còn nhiều quy tắc khác. Họ đề xuất làm điều đó với toán học. Các nhà khoa học đó là Anderson và May.

Roy M. Anderson là một chuyên gia về ký sinh trùng và hệ sinh thái có khuynh hướng thiên về toán học, làm việc tại Đại học Imperial, ở London. Ông đã làm luận văn về loài giun dẹp ký sinh trên cá tráp. Robert M. May là người Úc, giống Frank Fenner và Macfarlane Burnet – nhưng sau đó, rất khác. Ông có bằng tiến sĩ vật lý lý thuyết, chuyển đến Harvard để dạy toán ứng dụng, và ở đâu đó trên đường sự nghiệp, ông bắt đầu quan tâm đến các động thái của quần thể động vật. Ông chịu ảnh hưởng của một nhà sinh thái học lỗi lạc tên là Robert MacArthur, lúc đó ở Princeton, người đã áp dụng các cấp độ trừu tượng và các thao tác toán học mới vào tư duy hệ sinh thái. MacArthur mất sớm vào năm 1972. May đã chuyển đến Princeton với tư cách là người được lựa chọn kế tục sự nghiệp, trở thành giáo sư động vật học ở đó, và tiếp tục dự án ứng dụng toán học vào sinh thái học lý thuyết. Bài báo xuất bản đầu tiên của ông về ký sinh trùng có tiêu đề “Sự kết hợp giữa các Schistosomes”, mô tả động thái lây truyền ở một loại giun dẹp khác.

Do sở thích chung (sinh thái học, toán học, giun dẹp) và những điểm mạnh bổ sung cho nhau, Robert May và Roy Anderson đã hợp tác, giống như Watson và Crick, Martin và Lewis, và đưa ra mô hình bệnh tật sớm nhất vào năm 1978. Sau hàng chục năm, họ đã bàn luận chi tiết về công trình đó và các chủ đề liên quan trong một loạt bài báo được trình bày rõ ràng, diễn giải bằng toán học và được nhiều nhà khoa học khác quan tâm. Sau đó, vào năm 1991, họ còn làm hơn thế nữa bằng cách đưa tất cả các bài báo vào một cuốn sách dày có tựa đề Infectious Diseases of Humans (Bệnh truyền nhiễm ở người). Họ đã áp dụng cùng một khung lý thuyết mà các chuyên gia bệnh học đã sử dụng trong 60 năm, mô hình SIR, trên một nhóm cá thể trong quá trình một vụ dịch bùng phát, thông qua ba cấp độ mà tôi đã đề cập trước đó: từ nhạy cảm (S) đến bị nhiễm (I) rồi phục hồi (R). Anderson và May đã cải tiến mô hình SIR theo nhiều cách, làm cho nó phức tạp và thực tế hơn. Cải tiến đáng kể nhất của họ liên quan đến một thông số thú vị: quy mô dân số của vật chủ.

Hầu như tất cả các chuyên gia nghiên cứu về dịch bệnh trước đó, chẳng hạn như Ronald Ross năm 1916, Kermack và McKendrick năm 1927, và George MacDonald năm 1956, đã coi quy mô dân số là một hằng số. Theo cách đó, phép toán sẽ đơn giản hơn và đó dường như là một lối tắt thực tế để giải quyết các tình huống thực tế. Ví dụ: Nếu dân số của một thành phố là hai trăm nghìn người và bệnh sởi tấn công, thì khi dịch bệnh bùng phát, tổng số người vẫn còn nhạy cảm, cộng với những người hiện đã nhiễm bệnh, cộng với những người đã khỏi bệnh, sẽ luôn bằng hai trăm nghìn. Điều này mặc định rằng dân số về cơ bản luôn ổn định, với số sinh cân bằng với số tử, và sự ổn định vốn có của nó vẫn tiếp tục duy trì bất chấp dịch bệnh. Các nhà dịch tễ học và các cán bộ y tế khác, ngay cả những người thông thạo về toán học, nhìn chung đều áp dụng cách tiếp cận như vậy.

Nhưng điều đó quá đơn giản, quá tĩnh đối với Anderson và May. Họ đến từ lĩnh vực hệ sinh thái, nơi quy mô dân số luôn thay đổi theo những cách phức tạp. Họ đề xuất rằng hãy coi quy mô dân số là một biến luôn thay đổi.

Hãy thoát ra khỏi việc mặc định về bất kỳ sự ổn định cố hữu, giả tạo nào và chúng ta cần nhận ra rằng, bản thân dịch bệnh bùng phát có thể ảnh hưởng đến quy mô dân số — bằng cách giết chết phần lớn dân số, hay giảm tỷ lệ sinh, hoặc gia tăng căng thẳng xã hội (chẳng hạn như quá tải bệnh viện) có thể làm tăng tỷ lệ tử vong do các nguyên nhân khác. Có thể cả ba yếu tố đó xuất hiện cùng nhau và cộng hưởng với nhau. Anderson và May cho biết, mục đích của họ là “kết hợp” hai phương pháp tiếp cận y tế và sinh thái học thành một phương pháp duy nhất để hiểu (và dự đoán) diễn biến của các bệnh truyền nhiễm qua quần thể.

“Rất nhiều nhà sinh thái học đã quan tâm đến hiện tượng này”, một chuyên gia cao cấp đã nói với tôi như vậy. Đó là Les Real, thuộc Đại học Emory, người có công trình về bệnh Ebola trên khỉ đột mà tôi đã đề cập trước đó. Ông nói: “Các nhà sinh thái học đang tìm kiếm những việc cần làm trong sinh thái quần thể đột nhiên quan tâm đến các bệnh truyền nhiễm.” Sau đó, Les đã làm rõ phát ngôn của mình: Tất nhiên, May và Anderson đã không phát minh ra cách tiếp cận hệ sinh thái đối với dịch bệnh. Cách tiếp cận này đã có từ rất lâu, ít nhất là từ thời Macfarlane Burnet. Họ đã làm được một điều khác. “Bob và Roy đã dùng toán học mô tả nó. Và họ đã dùng toán học mô tả nó một cách thú vị.”

Toán học có thể đúng nhưng nhàm chán. Nó có thể chi tiết, hoàn hảo, và phức tạp nhưng đồng thời cũng ngu ngốc và vô dụng. Toán học của Anderson và May không phải vô ích. Nó rất hữu hiệu và gây kích thích. Nếu không tin điều tôi nói, bạn có thể tin tưởng Les Real ở điểm này. Hoặc tham khảo Science Citation Index (Chỉ số trích dẫn khoa học), bảng xếp hạng chính thống về ảnh hưởng khoa học, và xem các bài báo của Anderson và May (hoặc May và Anderson, khi họ thỉnh thoảng ký tên) đã được các nhà khoa học khác trích dẫn thường xuyên như thế nào trong những năm qua.

Một số bài báo của họ đã được đăng trên các tạp chí có uy tín cao như Nature, Science, và Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Ấn phẩm yêu thích của riêng tôi được in trong một tạp chí chuyên biệt hơn tên là Parasitology (Ký sinh trùng). Bài báo này có tên là “Coevolution of Hosts and Parasites” (Sự tiến hóa của Vật chủ và Ký sinh trùng), xuất bản năm 1982. Mở đầu bài báo, tác giả đã loại bỏ những “phát biểu vô căn cứ về hiệu ứng các loài ký sinh trùng ‘thành công’ tiến hóa thành vô hại đối với vật chủ” trong sách giáo khoa y học và hệ sinh thái. Thật ngu ngốc và vô nghĩa, Anderson và May đã nói như vậy. Trên thực tế, độc lực của ký sinh trùng “thường đi đôi với tốc độ lây lan và thời gian vật chủ hồi phục đối với những cá thể không bị tử vong do nhiễm bệnh”. Tốc độ lây lan và tốc độ hồi phục là hai biến mà Anderson và May đã đưa vào mô hình của họ. Họ cũng ghi nhận ba yếu tố khác: độc lực (được định nghĩa là tử vong do tác nhân truyền nhiễm gây ra), tử vong do tất cả các nguyên nhân khác, và quy mô quần thể luôn thay đổi của vật chủ. Theo họ, thông số đo lường sự thành công của tiến hóa tốt nhất là hệ số lây nhiễm cơ bản— hay còn gọi là R0.

Như vậy, họ có năm biến quan trọng và muốn hiểu được tổng ảnh hưởng. Họ muốn theo dõi các động lực. Điều này dẫn họ đến một phương trình đơn giản. Sẽ không có câu hỏi toán học nào trong bài kiểm tra ở cuối cuốn sách này, nhưng tôi nghĩ bạn có thể thích xem qua nó. Sẵn sàng chưa? Đừng nao núng, đừng lo lắng, đừng chớp mắt:

R0 = βN/(α + b + v)

Trong tiếng Anh: Sự thành công trong quá trình tiến hóa của một vi sinh vật có liên quan trực tiếp đến tốc độ lây lan của nó qua quần thể vật chủ, và tương quan nghịch nhưng phức tạp với khả năng gây tử vong, tốc độ hồi phục và tỷ lệ tử vong thông thường do tất cả các nguyên nhân khác. (Sự thiếu chính xác của câu đó là lý do tại sao các nhà sinh thái học thích toán học hơn.) Vì vậy, quy tắc đầu tiên để ký sinh thành công phức tạp hơn một chút so với Đừng giết vật chủ. Nó phức tạp hơn cả Đừng đốt những cây cầu cho đến khi bạn đã vượt qua chúng. Quy tắc đầu tiên của ký sinh trùng thành công là βN/(α + b + v).

Một điều khác khiến bài báo của Anderson và May năm 1982 trở nên nổi tiếng là phần thảo luận về bệnh myxoma ở thỏ Úc. Điều đó đưa mô hình của họ thành một trường hợp thực nghiệm và cho phép họ kiểm tra lý thuyết so với thực tế. Họ mô tả năm cấp độ độc lực của Frank Fenner. Họ ủng hộ việc kết hợp chặt chẽ giữa lấy mẫu thực địa và làm thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Họ đề cập đến muỗi và vết loét hở. Sau đó, bằng cách sử dụng dữ liệu của Fenner và phương trình của riêng mình, họ vẽ biểu đồ mối quan hệ giữa độc lực và khả năng thành công. Kết quả của họ là một mô hình dự báo: Với tốc độ lây lan này, với tốc độ hồi phục kia, với những trường hợp tử vong không liên quan đó, thì . . . cấp độ độc lực trung gian sẽ chiếm ưu thế.

Thật ngạc nhiên, kết quả này trùng khớp với những gì đã xảy ra trong thực tế.

Sự trùng khớp cho thấy mô hình của họ, mặc dù vẫn còn thô sơ và mang tính ước lượng, có thể giúp dự đoán và giải thích quá trình bùng phát dịch bệnh khác. Anderson và May viết: “Kết luận chính của chúng tôi là mối quan hệ ký sinh trùng-vật chủ ‘cân bằng tốt’ không nhất thiết phải là ký sinh trùng ít gây hại cho vật chủ của nó.” Họ in nghiêng: không nhất thiết. Ngược lại, nó còn tùy. Họ giải thích rằng nó phụ thuộc vào mối liên hệ cụ thể giữa khả năng lây truyền và độc lực. Nó phụ thuộc vào hệ sinh thái và sự tiến hóa.