《Journal of Animal Ecology》：Predicting disease spread from host movement data: Chronic wasting disease in North America as a case study
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慢性消耗性疾病（CWD）是一种传染性、神经退行性朊病毒病，影响鹿科动物。研究人员假设，罕见的长距离运动可能增加入侵物种和物种范围变化的传播速度。然而，对于野生动物疾病传播，季节性迁徙仅在它们导致不同季节性活动范围的个体间传播时才重要，而幼体扩散则取决于这些幼体
慢性消耗性疾病（CWD）是一种传染性、神经退行性朊病毒病，影响鹿科动物。研究人员假设，罕见的长距离运动可能增加入侵物种和物种范围变化的传播速度。然而，对于野生动物疾病传播，季节性迁徙仅在它们导致不同季节性活动范围的个体间传播时才重要，而幼体扩散则取决于这些幼体在扩散前是否已被感染。高分辨率动物运动数据日益增多，但尚不清楚如何利用这些数据改进对未来疾病传播的预测，尤其是在缺乏现有运动数据的区域。研究人员基于长耳鹿（Odocoileus hemionus）和白尾鹿（Odocoileus virginianus）的运动指标预测了CWD的传播速度，并将其与2005年至2022年北美观测到的传播率进行比较。研究人员假设，CWD应在具有长距离迁徙长耳鹿的区域传播更快，但这一假设仅得到部分支持。观测到的CWD传播速度在具有更多移动性长耳鹿的西部疫源地比仅含白尾鹿的疫源地更快（分别为14–18 km/年与5–7 km/年）。然而，观测到的CWD传播速度与迁徙距离的一致性较差。加拿大草原省份的鹿运动远短于科罗拉多州和怀俄明州，但加拿大草原省份的CWD传播更快，且大部分传播发生在开阔的草原，鹿倾向于沿河岸走廊移动，而非在山区进行更长的海拔迁徙。总体而言，研究人员通过三种不同模型预测的CWD传播速度均慢于观测速度，无论模型是否包含扩散或迁徙。在利用高分辨率动物运动数据预测大规模疾病入侵模式之前，需要理解这些差异。人为活动可能解释了CWD在北美更远距离的传播，但尚不清楚人为介导的运动或替代分析方法及鹿运动指标能否解释局部CWD传播快于预测的现象。
**研究背景**
慢性消耗性疾病（CWD）是一种影响鹿科动物的传染性、致命性神经退行性朊病毒病，最早于20世纪60年代在美国科罗拉多州发现。截至2026年5月，CWD已在北美36个美国州和5个加拿大省份被检测到。该病通过直接接触和间接环境传播，且无康复可能。CWD的传播可能是自然鹿运动（受景观条件影响）与人为活动（如养殖场运输、感染肉制品、鹿产品及污染饲料）共同作用的结果。然而，多个CWD疫源地是否源于单一或多次独立起源事件尚不清楚，且传统遗传学方法无法应用于感染性蛋白质，这阻碍了建模。此前研究虽关注疾病分布与宿主运动、栖息地利用及接触率的关系，但未直接预测疾病入侵速度。尽管高分辨率GPS运动数据日益丰富，如何利用这些数据预测病原体在区域和国家层面的扩散仍是挑战。本研究旨在通过比较基于鹿运动指标的CWD传播预测与观测到的实际传播速度，验证运动数据在预测疾病传播中的有效性，并识别影响扩散的关键因素。
**研究内容与结论**
研究人员收集了来自北美多个地区的鹿运动数据（包括怀俄明州、阿尔伯塔省、萨斯喀彻温省及美国中西部和东部地区的白尾鹿和长耳鹿），量化了季节性迁徙距离、幼体扩散距离、家域范围等指标。通过拟合统计分布（如Gamma、Log-Normal、Weibull）评估运动核的“肥尾”特征，并利用Fisher-Skellam模型、Jacobs-Sluckin近似及随机模拟模型预测CWD波速。同时，基于Richards（2021）和Schuler等（2024）的CWD检测数据，估计了2005–2022年各疫源地的观测波速。研究发现，CWD在北美平均传播速度为26 km/年（SD=18），且呈加速趋势（2.2 km/年2）。西部疫源地（具长耳鹿）传播速度（14–18 km/年）显著快于仅含白尾鹿的东部疫源地（5.9–6.5 km/年）。然而，预测速度普遍慢于观测值，即使包含迁徙或扩散运动。仅在极高增长率（r=0.6）下模拟才接近观测速度，但实际增长率通常低于0.35。这一差异表明，除自然鹿运动外，人为运动（如养殖场转运、尸体运输）可能对CWD区域传播起关键作用。论文发表在《Journal of Animal Ecology》。
**关键技术与方法**
1. **GPS动物追踪数据**：来自怀俄明州（9个长耳鹿群体，1423动物-年）、阿尔伯塔省（白尾鹿58动物-年，长耳鹿193动物-年）及萨斯喀彻温省（文献数据）。
2. **运动指标统计分布拟合**：利用R包`dispfit`将运动距离（冬季-夏季迁徙、扩散）拟合至Gamma、Weibull、Log-Normal及Bivariate Student's t分布，通过AIC选择最佳分布，评估肥尾性。
3. **空间扩散模型**：采用Fisher-Skellam扩散方程（V
FS=2√(Dr)）、Jacobs-Sluckin近似（V
JS=0.71D
0.64）及一维随机模拟模型（考虑家域约束与肥尾迁徙/扩散）。
4. **观测波速估计**：基于Richards（2021）数据集，计算各疫源地每年CWD侵占面积，通过面积平方根变化回归得到径向波速及加速度，并针对检测延迟进行敏感性分析。
**研究结果**
**3.1 鹿运动特征**
- 怀俄明州长耳鹿冬季-夏季迁徙距离平均52 km，呈右偏Gamma分布；阿尔伯塔省迁徙距离更短（平均4.1 km），呈Log-Normal分布。
- 白尾鹿扩散距离在威斯康星州（平均10 km）和宾夕法尼亚州（平均8.2 km）均呈肥尾分布（Log-Normal最佳）。
- 所有区域最佳拟合分布均为肥尾（Gamma或Log-Normal参数b<1），提示CWD波速可能加速。
**3.2 观测到的CWD传播**
- 全北美2005–2022年CWD侵占面积变化回归显示波速23.3 km/年（SE=3.6），显著加速（2.2 km/年2，p=0.01），但去除2004年数据后加速不显著。
- 区域分析中，加拿大草原省份（CPP）波速（18 km/年）显著快于密歇根州（6.4 km/年）、威斯康星州（6.5 km/年）和东部美国（5.6 km/年），但与中央美国（14 km/年）无显著差异。
- 敏感性分析显示，引入2–5年检测延迟对波速估计影响有限（差异<3 km/年）。
**3.2.1 预测的CWD传播**
- 排除迁徙/扩散时，三种模型预测速度相近（<5 km/年），但均慢于观测。
- 包含迁徙时，怀俄明州预测波速（28 km/年，r=0.3）接近观测（14–18 km/年），但阿尔伯塔省预测（4.8 km/年）远低于观测（18 km/年）。
- 包含扩散时，威斯康星州预测（3.2 km/年）和东部美国预测（2.2 km/年）均低于观测（6.5和5.9 km/年）。
- 仅当r=0.6时，模拟预测才接近观测，但该增长率仅在极少数区域报道。
**讨论与结论**
研究人员指出，尽管自然鹿运动（迁徙和扩散）可部分解释CWD传播，但预测速度普遍慢于观测，表明人为活动（如养殖场运输、尸体处理）可能发挥重要作用。CPP疫源地中，鹿运动距离短但传播快，进一步支持了人为介导传播的假设。此外，局部疾病传播率（r）较高时（如成年雄性白尾鹿的r=0.6）可解释部分差异，但整体增长率通常低于0.35。研究结论强调，在利用动物运动数据预测病原体传播前，需整合人为运动机制并改进模型（如考虑栖息地异质性及检测延迟）。未来研究应量化人为运动核，并评估管理策略（如狩猎、养殖场监管）对传播速度的实际影响。
