Μελέτη της βιοοικολογίας των σημαντικότερων κουνουπιών του γένους Culex και Aedes που ενδημούν στη Θεσσαλία

Abstract

Mosquitoes (Diptera: Culicidae) transmit diseases such as West Nile virus, Usutu virus (USUV), Tahyna virus (TAHV), Sindbis virus (SINV), Japanese Encephalitis, yellow fever, Rift Valley fever virus (RVFV), dengue fever, yellow fever, malaria, chikungunya, filariasis, (Anon, 2014; Caraballo & King, 2014) and Zika virus (Vogel, 2016) that pose a significant threat to public health. The main transmitters for the West Nile Virus are the mosquitoes of the genus Culex, for Zika virus those of the genus Aedes, while malaria is transmitted by mosquitoes of the genus Anophenes (Public Health Ontario, 2015). The prevalence of these diseases is higher in tropical and subtropical regions and disproportionately higher regions where live poorer populations (WHO, 2020). The bioecology of populations of the most important mosquitoes Cx. pipiens (Linnaeus, 1758) and Ae. albopictus (Skuse, 1895) (Diptera: Culicidae) was studied in the laboratory (250C, 65 ± 5% RH, 14:10 L:D) originated from different areas of Thessaly (two areas from the city of Larissa and one from Volos). Our aim was to generate primary data on the biodemography of the most important mosquitoes of Thessaly in order to support future population models that contribute to the better organization of mosquito and mosquito borne disease management. The two subspecies of Cx. pipiens, Culex pipiens f. pipiens and Culex pipiens f. molestus and the Asian tiger mosquito Aedes albopictus. In all experiments the isects used were at F1- F6 generations. In the first set of experiments the impact of crowding and food quantity on the survival and duration of development of the juvenile stages were studied along with the size and longevity of the adult population of Ae. albopictus. The results of this chapter showed that generally the increasing food increased larval survival for a crowding level of 100, 300 larvae / 1 lt, while the survival slightly decreased for a crowding level of 600 larvae / 1 lt. Larval survival on both feed rates peaked at the intermediate stocking level (300 larvae/1 lt). Larval developmental period (time to pupation) decreased with increasing crowding at both food levels, except at the highest crowding level and for the highest food quantity where it increased slightly. Survival at the highest food quantity was greatest at the lowest level of crowding and almost identical at the rest. The developmental period of the pupae was longer at the highest level of crowding, while it showed a difference at the middle level of crowding and at the lowest food quantity. Female longevity was about 30 days longer than males at the same crowding level and food quantity. In females for a food quantity of 1 mg the size of the wings were smaller compared to the food quantity of 2 mg and differed statistically regardless of the crowding levels. In the second set of experiments the effect of mating and blood meals (single and multiple blood meals) on lifespan and demographic characteristics of Ae. albopictus were studied. The results of this chapter showed that a) mating did not affect the lifespan of Ae. albopictus males or females. In contrast, the number of blood meals significantly reduced the lifespan of females (b) two blood meals shortened the lifespan of females by a month compared to mated females and by 20 days compared to those that received one blood meal. The second blood meal increased the egg and offspring production of females of Ae. albopictus. Specifically, the second blood meal almost doubled all the parameters related to egg production such as the number of nymphs per female, the hatching rate of eggs and the number of adult offspring except the sex ratio remained constant (1:1). In the third set of experiments, quality control experiments were performed on wild and sterilized males of Ae. albopictus. The experiments were conducted in laboratory conditions (28 ± 1 ◦C, 85 ± 5 % RH, 14:10 D:L) and the population of Ae. albopictus came from Italy, Montenegro and Greece. There was no statistical residual infection with females in the various populations. Irradiation of males had a significant effect on fecundity of females as it was significantly lower than the recorded fecundity of the control. The effect of transportation on the survival of sterilized males was also studied with a significantly higher mortality rate in male mosquitoes transported to Montenegro compared to Greece. It was also studied in laboratory conditions (25 °C, 60%RH and 14:10 F:S) for a population of Ae. albopictus from Vravrona the effect of transport density on the flight ability of castrated males. The proportion of males that initiated flight was higher in the control compared to the neuters, regardless of density, while no differences were found between the three transfer densities. Also, the effect of mating, food and water deprivation on male survival aftertransfer was studied. Regardless of mating, the longevity of wild males was not greater than that of castrated males, and mating had no apparent effect on male longevity. Likewise, the interaction between male type and mating was not significant, indicating that mating effects were similar across the two male types. In the response (time to death) of wild and castrated males of Ae. albopictus under food-deprived conditions (water only) both wild and neutered males had similar lifespans under food-deprived conditions but wild-type males lived longer than neutered ones under food and water deprivation. In addition, diurnal rates of mating frequency were studied and higher mating rates were found in the late afternoon and evening hours. Wild males mated at higher rates in the early morning and late afternoon compared to neutered males while mating ratios were similar at midday. Wild males were found to mate at nearly twice the rate compared to neutered experimentally without mating selection. Latency to first copulation (time to first copulation) was not significantly longer for neutered males compared to wild ones. Similarly, mating duration was similar in both types of males. Virgin females mate at higher rates with wild males compared to spayed ones. First copulation latency (time to first copulation) was shorter for neutered males compared to wild-types, while mating duration was similar for both types of males. In the fourth set of experiments the effect of mating on the lifespan of the biotypes of Cx. pipiens (Cx. pipiens f. pipiens and Cx. pipiens f. molestus) was studied. According to the findings Cx. pipiens f. pipiens males had a longer lifespan regardless of they were mated or not compared to females, as well as longer life expectancy, while both sexes of Cx. pipiens f. molestus had a longer lifespan in virgin individuals. In addition to sex, pairing and their interaction, population emerged as an independent survival predictor. Specifically, a) in Culex pipiens f. pipiens the life span of virgin males was about 20 days longer than the corresponding females while in mated males the life span was about one month longer than in the corresponding females b) the life expectancy at 50% of survival in virgin males was about three days longer than the females, while in the mated ones it was one day longer. Conversely, c) in Cx. pipiens f. molestus, mating in males reduced the life span by about 20 days, while in females, mating also reduced the life span but to a lower extent.In the fifth set of experiments the effect of the blood meal on lifespan and on demographic characteristics of the biotypes Cx. pipiens f. pipiens and Cx. pipiens f. molestus was studied. The results showed that a) the lifespan of Cx. pipiens f. pipiens females without a blood meal was about ten days longer than that with a blood meal, as well as the life expectancy at 50% survival with a blood meal was four days shorter than the corresponding one without b) the lifespan of Cx. pipiens f. molestus females without a blood meal was about one day longer than that with a blood meal, but life expectancy at both 25% and 50% survival with a blood meal was nine and three days longer than that without a blood meal c) one blood meal at both 25% and 50% survival was about 20 and 14 days longer in Cx. pipiens f. pipiens in relation to Cx. pipiens f. molestus, but life expectancy was longer in Cx. pipiens f. molestus seven and four days respectively d) the blood meal increased oviposition of females of Culex pipiens f. pipiens by 30 eggs per female compared to that of Cx. pipiens f. molestus with a corresponding effect on the produced nymphs and adult offspring e) Cx. pipiens f. molestus oviposition without a blood meal was increased by approximately 15 eggs per female relative to oviposition with a blood meal with a corresponding effect on both pupae and adult offspring produced. Based on the data from the above experiments, conclusions are drawn regarding the demographic characteristics of Greek populations of mosquitoes of Ae. albopictus and the biotypes of Cx. pipiens (Cx. pipiens f. pipiens and Cx.pipiens f. molestus). The practical application of the results of this thesis is analyzed on practical and research level.

Τα κουνούπια (Diptera: Culicidae) μεταδίδουν ασθένειες όπως είναι ο ιός του Δυτικού Νείλου, ο ιός Usutu (Usutu virus - USUV), ο Ιός Tahyna (Tahyna virus - TAHV), ο ιός Sindbis (Sindbis virus - SINV), ο ιός της Ιαπωνικής Εγκεφαλίτιδας, ο κίτρινος πυρετός, ο πυρετός του ιού Rift Valley (Rift Valley fever virus - RVFV), ο δάγγειος πυρετός, ο κίτρινος πυρετός, η ελονοσία, ο chikungunya, η φιλαρίαση, (Anon, 2014; Caraballo & King, 2014) και ιός Ζίκα (Vogel, 2016) που αποτελούν σημαντική απειλή για τη δημόσια υγεία. Οι κύριοι διαβιβαστές για τον Ιό του Δυτικού Νείλου είναι τα κουνούπια του γένους Culex για τον ιό Ζίκα εκείνα του γένους Aedes, ενώ η ελονοσία μεταδίδεται με κουνούπια του γένους Anophenes (Public Health Ontario, 2015). Ο επιπολασμός αυτών των ασθενειών είναι υψηλότερος στις τροπικές και υποτροπικές περιοχές και δυσανάλογα αυξημένος σε περιοχές που κατοικούν φτοχώτεροι πληθυσμοί (WHO, 2020). Μελετήθηκε στο εργαστήριο (250C, 65 ± 5% Σ.Υ., 14:10 Φ:Σ) η βιοοικολογία πληθυσμών των σημαντικότερων κουνουπιών του συμπλέγματος του Culex pipiens (Linnaeus, 1758) και του Aedes albopictus (Skuse, 1895) (Diptera: Culicidae) που προέρχονταν από τη Θεσσαλία (δύο περιοχές από την πόλη της Λάρισας και μία από τον Βόλο). Σκοπός μας ήταν να παράξουμε πρωτογενή δεδομένα για τη βιοδημογραφία των σημαντικότερων κουνουπιών της Θεσσαλίας ώστε να υποστηρίξουμε μελλοντικά πληθυσμιακά μοντέλα που συμβάλουν στην καλύτερη οργάνωση της αντιμετώπισης των κουνουπιών και των ασθενειών που μεταδίδου. Χρησιμοποιήθηκαν τα δύο υποείδη του Cx. pipiens, Culex pipiens f. pipiens και Culex pipiens f. molestus και το ασιατικό κουνούπι τίγρης Aedes albopictus. Σε όλα τα πειράματα χρησιμοποιήθηκαν έντομα F1-F6 γενεάς. Στην πρώτη ενότητα πειραμάτων μελετήθηκε, η επίδραση του συνωστισμού και της ποσότητας τροφής στην επιβίωση και στη διάρκεια ανάπτυξης των ανήλικων σταδίων, καθώς και το μέγεθος και η μακροβιότητα των ενηλίκων του Ae. albopictus που προέκυπταν. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως η αύξηση της ποσότητας της τροφής αύξησε την επιβίωση των προνυμφών για επίπεδα συνωστισμού 100, 300 προνύμφες / 1 lt ενώ τη μείωσε ελαφρά για το επίπεδο συνωστισμού 600 προνύμφες /1 lt. Η επιβίωση των προνυμφών και στις δύο ποσότητες τροφής κορυφώθηκε στο ενδιάμεσο επίπεδο συνωστισμού (300 προνύμφες /1 lt). Η περίοδος ανάπτυξης των προνυμφών (χρόνος έως τη νύμφωση) μειωνόταν με την αύξηση του συνωστισμού και στα δύο επίπεδα τροφής, εκτός από το επίπεδο του υψηλότερου συνωστισμού και για τη μεγαλύτερη ποσότητα τροφής όπου αυξήθηκε ελαφρά. Η επιβίωση των νυμφών στη μεγαλύτερη ποσότητα τροφής ήταν μεγαλύτερη στο μικρότερο επίπεδο συνωστισμού και σχεδόν όμοια στα υπόλοιπα. Η περίοδος ανάπτυξης των νυμφών ήταν μακρύτερη στο υψηλότερο επίπεδο συνωστισμού ενώ παρουσίασε διαφορά στο μεσαίο επίπεδο συνωστισμού και στη μικρότερη ποσότητα τροφής. Η μακροβιότητα στα θηλυκά ήταν περίπου 30 ημέρες μακρύτερη από τα αρσενικά στο ίδιο επίπεδο συνωστισμού και στην ίδια ποσότητα τροφής. Στα θηλυκά για ποσότητα τροφής 1mg το μέγεθος των πτερύγων ήταν μικρότερο σε σχέση με την ποσότητα τροφής 2mg ανεξάρτητα από το επίπεδο συνωστισμού. Στη δεύτερη ενότητα πειραμάτων μελετήθηκε η επίδραση της σύζευξης και των γευμάτων αίματος (ένα και πολλαπλά γεύματα αίματος) στη διάρκεια ζωής και στα δημογραφικά χαρακτηριστικά του Ae. albopictus. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι α) η σύζευξη δεν επηρέασε τη διάρκεια ζωής ούτε των αρσενικών ούτε των θηλυκών του Ae. albopictus. Αντίθετα (β) ο αριθμός των γευμάτων αίματος μείωσε σημαντικά τη διάρκεια ζωής των θηλυκών. Τα δύο γεύματα αίματος μείωσαν κατά περίπου ένα μήνα τη διάρκεια ζωής των θηλυκών σε σχέση με τα συζευγμένα θηλυκά και κατά 20 ημέρες σε σχέση με εκείνα που έλαβαν ένα γεύμα αίματος. Όμως (γ) το δεύτερο γεύμα αίματος αύξησε την παραγωγή των ωών και των απογόνων των θηλυκών του Ae. albopictus. Συγκεκριμένα, το δεύτερο γεύμα αίματος διπλασίασε σχεδόν όλες τις παραμέτρους της αναπαραγωγής όπως είναι ο αριθμός των νυμφών ανά θηλυκό, το ποσοστό νύμφωσης των ωών και ο αριθμός των ενηλίκων απογόνωνεκτός από την αναλογία φύλου που παρέμεινε σταθερή (1:1). Στην τρίτη ενότητα πειραμάτων διεξήχθησαν πειράματα ποιοτικού ελέγχου σε άγρια και στειρωμένα αρσενικά του Ae. albopictus. Σε συνθήκες εργαστηρίου (28 ± 1 ◦C, 85 ± 5 % Σ.Υ., 14:10 Φ:Σ) αξιολογήθηκε για πληθυσμό του Ae. albopictus που προέρχονταν από την Ιταλία, το Μαυροβούνιο και από την Ελλάδα η υπολειπόμενη μόλυνση του πληθυσμού με θηλυκά χωρίς να υπάρξει σημαντική στατιστική διαφορά στους διαφορετικούς πληθυσμούς. Η ακτινοβόληση των αρσενικών είχε σημαντική επίδραση στη γονιμότητα των θηλυκών καθώς ήταν σημαντικά χαμηλότερη από την καταγεγραμμένη γονιμότητα του μάρτυρα. Επίσης μελετήθηκε και η επίδραση της μεταφοράς στην επιβίωση των στειρωμένων αρσενικών με σημαντικά υψηλότερο ποσοστό θνησιμότητας στα αρσενικά κουνούπια που μεταφέρθηκαν, από τη μονάδα μαζικής εκκτροφής στη Μπολώνια της Ιταλίας, στο Μαυροβούνιο σε σχέση με την Ελλάδα. Επίσης, μελετήθηκε σε συνθήκες εργαστηρίου (25 °C, 60% Σ.Υ και 14:10 Φ:Σ) για πληθυσμό του Ae. albopictus που προέρχονταν από την Βραυρώνα η επίδραση της πυκνότητας κατά τη μεταφορά από την Ιταλία στην Ελλάδα στην ικανότητα πτήσης των στειρωμένων αρσενικών. Η αναλογία των αρσενικών που ξεκίνησαν να πετούν ήταν υψηλότερη στο μάρτυρα σε σύγκριση με τα στειρωμένα, ανεξάρτητα από την πυκνότητα κατά τη μεταφορά. Επίσης, μελετήθηκε η επίδραση της σύζευξης, της τροφής και της έλλειψης νερού στην επιβίωση των αρσενικών μετά τη μεταφορά. Ανεξάρτητα από τη σύζευξη, η μακροβιότητα των άγριων αρσενικών δεν ήταν μεγαλύτερη από εκείνη των στειρωμένων. Η σύζευξη δεν είχε εμφανή επίδραση στη μακροβιότητα των αρσενικών. Ομοίως, ηαλληλεπίδραση μεταξύ της κατηγορίας του αρσενικού (άγριο, στειρωμένο) καισύζευξης δεν ήταν σημαντική, υποδεικνύοντας ότι τα αποτελέσματα της σύζευξης ήταν παρόμοια στις δύο κατηγορίες αρσενικών. Η επιβίωση των άγριων και στειρωμένων αρσενικών του Ae. albopictus υπό συνθήκες έλλειψης τροφής (μόνο νερό) ήταν παραπλήσια. Τα άγρια αρσενικά έζησαν περισσότερο από τα στειρωμένα υπό έλλειψη τροφής και νερού. Επιπλέον, μελετήθηκαν οι ημερήσιοι ρυθμοί της συχνότητας σύζευξης και διαπιστώθηκαν υψηλότερα ποσοστά σύζευξης αργά το απόγευμα και τις βραδινές ώρες. Τα άγρια αρσενικά συζευγνύονταν με υψηλότερους ρυθμούς νωρίς το πρωί και αργά το απόγευμα σε σύγκριση με τα στειρωμένα ενώ οι αναλογίες σύζευξης ήταν παρόμοιες το μεσημέρι. Από τα δεδομένα και των τριών χρονικών περιόδων, διαπιστώθηκε ότι τα άγρια αρσενικά συζευγνύονται με σχεδόν διπλάσια αναλογία σε σύγκριση με τα στειρωμένα με πειραματική διάταξη χωρίς επιλογή σύζευξης. Η λανθάνουσα περίοδος της πρώτης σύζευξης (χρόνος μέχρι την πρώτη σύζευξη) δεν διέφερε μεταξύ στειρωμένων και άγριων αρσενικών. Ομοίως, η διάρκεια σύζευξης ήταν παρόμοια και στους δύο τύπους αρσενικών. Τα παρθένα θηλυκά συζευγνύονται σε υψηλότερα ποσοστά με άγρια αρσενικά σε σύγκριση με τα στειρωμένα. Η λανθάνουσα περίοδος της πρώτης σύζευξης (χρόνος μέχρι την πρώτη σύζευξη) ήταν μικρότερη για τα στειρωμένα αρσενικά σε σύγκριση με τα άγρια, ενώ η διάρκεια σύζευξης ήταν παρόμοια και για τους δύο τύπους αρσενικών. Στην τέταρτη ενότητα πειραμάτων μελετήθηκε, η επίδραση της σύζευξης στη διάρκεια ζωής των βιοτύπων του Cx. pipiens (Cx. pipiens f. pipiens και Cx. pipiens f. molestus). Τα αρσενικά του Cx. pipiens f. pipiens είχαν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής ανεξάρτητα αν συζεύχθηκαν ή όχι σε σχέση με τα θηλυκά καθώς και μεγαλύτερο προσδόκιμο ζωής, ενώ στο Cx. pipiens f. molestus μεγαλύτερη διάρκεια ζωής είχαν τα παρθένα άτομα και των δύο φύλων. Εκτός από το φύλο, τη σύζευξη και την αλληλεπίδραση τους, ως ανεξάρτητος προγνωστικός παράγοντας της επιβίωσης ήταν και ο βιότυπος. Συγκεκριμένα, (α) στο Cx. pipiens f. pipiens η διάρκεια ζωής των παρθένων αρσενικών ήταν περίπου 20 ημέρες μεγαλύτερη από τα αντίστοιχα θηλυκά ενώ στα συζευγμένα αρσενικά η διάρκεια ζωής ήταν περίπου ένα μήνα μεγαλύτερη σε σχέση με τα αντίστοιχα θηλυκά. Το προσδόκιμο ζωής (β) στο 50% της επιβίωσης στα παρθένα αρσενικά ήταν περίπου τρεις ημέρες μεγαλύτερο σε σχέση με τα θηλυκά ενώ στα συζευγμένα ήταν μία ημέρα μεγαλύτερο. Αντίθετα, (γ) στο Cx. pipiens f. molestus η σύζευξη στα αρσενικά μείωσε τη διάρκεια ζωής περίπου 20 ημέρες ενώ και στα θηλυκά η σύζευξη μείωσε την διάρκεια ζωής αλλά σε μικρότερο βαθμό. Η επιβίωση σε σχέση με την ηλικία κυμάνθηκε περίπου στα ίδια επίπεδα ανεξαρτήτου φύλου και σύζευξης, αλλά ήταν σαφώς μικρότερη σε σχέση με το Culex pipiens f. pipiens. Το μικρότερο προσδόκιμο ζωής μπορεί να σχετίζεται με την εξελικτική ιστορία του κάθε βιοτύπου (υπόγεια ή υπέργεια) και τον βαθμό προσαρμογής τους στις επικρατούσες κλιματολογικές συνθήκες. Στην πέμπτη ενότητα πειραμάτων μελετήθηκε, η επίδραση του γεύματος αίματος στους βιότυπους του Cx. pipiens (Cx. pipiens f. pipiens και Cx. pipiens f. molestus). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι (α) η διάρκεια ζωής των θηλυκών του Cx. pipiens f. pipiens χωρίς γεύμα αίματος ήταν μακρύτερη περίπου δέκα ημέρες σε σχέση με ένα γεύμα αίματος. Το προσδόκιμο ζωής στο 50% της επιβίωσης με γεύμα αίματος ήταν τέσσερις ημέρες μικρότερο από το αντίστοιχο χωρίς γεύμα αίματος. Το γεύμα αίματος (γ) αύξησε την ωοπαραγωγή των θηλυκών του Cx. pipiens f. pipiens κατά περίπου 30 ωά ανά θηλυκό σε σχέση με εκείνη του Cx. pipiens f. molestus με αντίστοιχη επίδραση και στις παραγόμενες νύμφες και ενήλικους απογόνους. Στο Cx. pipiens f. molestus (δ) η ωοπαραγωγή χωρίς γεύμα αίματος ήταν αυξημένη κατά περίπου 15 ωά ανά θηλυκό σε σχέση με την ωοπαραγωγή με γεύμα αίματος με αντίστοιχη επίδραση και στις παραγόμενες νύμφες και ενήλικες απογόνους. Με βάση τα δεδομένα από τα παραπάνω πειράματα εξάγονται συμπεράσματα σχετικά με τα δημογραφικά χαρακτηριστικά ελληνικών πληθυσμών κουνουπιών του γένους Ae. albopictus και των βιοτύπων του Cx. pipiens (Cx. pipiens f. pipiens και Cx. pipiens f. molestus). Αναλύεται η πρακτική εφαρμογή των αποτελεσμάτων της παρούσας διατριβής σε πρακτικό και σε ερευνητικό επίπεδο.