Longevity in males and females of Aedes (Ochlerotatus) cantans (Meigen) and A. (O.) communis (De Geer) (Diptera, Culicidae)

Full Text

Aedes (Ochlerotatus) communis (De Geer) и A. (O.) cantans (Meigen) относятся к самым обычным и широко распространенным видам кровососущих комаров в лесной зоне европейской части России. Это одни из наиболее активных кровососов, нападающих на посетителей лесов и лесопарков (Некрасова и др., 2008; Медведев и др., 2010; Панюкова, Пестов, 2015). Личинки обоих видов отрождаются из перезимовавших яиц после таяния снега, имаго выплаживаются в основном во второй половине весны, период выплода зависит от географической широты местности (Becker et al., 2010). Оба вида — переносчики вирусов, вызывающих лихорадки и сходные с гриппом состояния у человека. Aedes communis наряду с другими орнитофильными видами рассматривается в качестве переносчика вируса группы Синдбис (вирус карельской лихорадки), вируса Тягиня (вирус, вызывающий заболевание, сходное с гриппом, иногда с бронхопневмонией) и в качестве главного переносчика вируса Инкоо (также вызывающего сходное с гриппом заболевание). Aedes cantans является переносчиком вируса Тягиня, а также упоминается среди векторов вируса Западного Нила (Hubálek, 2008). После попадания возбудителя в организм переносчика (комара) вирусная инфекция проходит определенный инкубационный период (вирус Западного Нила — 2–3 недели (Andreadis et al., 2014)), прежде чем возбудитель может быть передан следующему хозяину. Таким образом, способность разных видов комаров к переносу возбудителя зависит от продолжительности жизни имаго. В связи с актуальностью задач ограничения численности кровососущих комаров и распространения переносимых ими возбудителей заболеваний представляется перспективной разработка способов уменьшения продолжительности жизни как самок (переносчиков вирусов), так и самцов комаров. Сокращение жизни самцов должно снижать долю осемененных самок и, как следствие, в совокупности с другими мерами (осушение временных водоемов) сократить численность кровососов в последующем поколении.

Продолжительность жизни имаго A. communis ранее оценивалась в полевых условиях при содержании комаров в контейнерах и потреблении ими растворов сахара разных концентраций (Andersson, 1992), а также с помощью мечения личинок радиоактивным фосфором (³²P) с отловом имаго в природе в следующие 13 недель после выплода (Chant, Baldwin, 1972). Продолжительность жизни имаго A. cantans также оценивалась разными способами: в полевых условиях в контейнерах при потреблении раствора сахара и в природе с использованием метки и последующим отловом. При втором способе свежевыплодившимся комарам наносили минимальное количество краски на грудной отдел, выпускали и в течение следующих недель проводили отлов в природе, учитывая меченых особей (Service, 1972, 1977; Renshaw, 1991). Одновременно в одних и тех же условиях продолжительность жизни имаго A. cantans и A. communis не оценивали и не сравнивали.

В настоящем исследовании были поставлены следующие задачи: сравнить кривые дожития имаго A. cantans и A. communis по отдельности у самцов и самок; сравнить кривые дожития самцов и самок между собой у каждого из этих двух видов; сравнить кривые дожития имаго A. cantans, выплодившихся в лаборатории из собранных в природе личинок и куколок, и имаго того же вида, выращенных в лаборатории из эмбрионов. Решение поставленных задач послужит проверкой возможности получения и содержания жизнеспособных имаго A. cantans и A. communis в лабораторных условиях для последующей разработки способов уменьшения продолжительности жизни имаго.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Яйца (эмбрионы) A. cantans были собраны в периоды со второй половины февраля по середину марта 2022 г. и в начале марта 2023 г. в лесопарке во Всеволожском р-не Ленинградской обл. По краям замерзших водоемов, в которых в предыдущую весну было замечено большое количество личинок A. cantans, из-под снега извлекали порции прошлогодних опавших листьев. Металлическое эмалированное ведро объемом 10 л заполняли холодной водопроводной водой (+4 °C) почти до краев, сразу помещали туда рыхлую порцию собранных листьев объемом 1 л и оставляли при комнатной температуре на 2 сут. В первые несколько часов температура воды медленно увеличивалась до +18...+19 °C, затем оставалась практически неизменной. Через 2 сут. воду с отродившимися личинками комаров и небольшими взвешенными частицами листьев переливали в другое такое же ведро, а основную массу листьев удаляли. В воде, полученной после удаления основной массы листьев, комары проходили полностью личиночную и куколочную стадии развития. Используемый способ выведения комаров из зимующих яиц — модификация метода, используемого А. В. Халиным (устное сообщение) для выведения личинок A. communis и A. cantans: инкубация в 3–5 л воды порции листьев, содержащей яйца комаров, на открытой лоджии в тени (температурные условия приближены к природным) в течение нескольких суток. В настоящей работе в используемых автором условиях вместе с личинками A. cantans в меньшем количестве отрождались также личинки A. communis, A. cinereus (Meigen) и личинки хаоборид Mochlonyx velutinus (Ruthe). Температура воды, в которой развивались личинки и куколки, в период эксперимента составила 19.0 ± 1.3 °C (M ± SD).

Для получения имаго A. cantans и A. communis были также собраны личинки и куколки непосредственно из водоемов, образовавшихся в основном в результате таяния снежного покрова; некоторые из этих водоемов частично образовались еще осенью за счет дождей и содержали перезимовавших личинок Culiseta morsitans (Theobald) вместе с отродившимися весной личинками рода Aedes Meigen. Место сбора — Всеволожский р-н Ленинградской обл., время сбора — конец мая в 2022 г. и со второй половины апреля по май в 2023 г. Личинок и куколок собирали сачком из шифона с диаметром обруча 8 см, глубиной 17 см и размером ячей 0.2 мм. Выплодившихся имаго содержали в прозрачных пластиковых контейнерах объемом 1–1.5 л; каждый из них представлял собой перевернутую пластиковую бутылку с навинчивающейся крышкой вместо дна (рис. 1).

Рис. 1. Контейнер для содержания взрослых комаров. 1 — ряд вентиляционных отверстий; 2 — плотно навинчивающаяся широкая крышка (дно контейнера); 3 — увлажняемый ватный диск меньшего диаметра (без добавления сахарозы, на дне внутри контейнера); 4 — фрагмент ватного диска, увлажняемый с добавлением сахарозы, заглубленный в отверстие в стенке контейнера.

Внутренний диаметр крышки у резьбы — 38 мм; внутренний диаметр, ограниченный валиком, плотно входящим в горловину бутылки, — 31 мм. Внутрь вплотную к крышке (т. е. на фактическое дно контейнера) ровным слоем укладывали ватный диск диаметром не более 31 мм, который увлажняли раз в сутки, откручивая и приоткрывая крышку и добавляя воду пипеткой через образовавшийся зазор (если уложить ватный диск большего размера, он будет сминаться при вращении крышки, что нежелательно). Наличие постоянно влажного диска обеспечивало высокую влажность воздуха внутри контейнеров (выше 50 %). Немногочисленные мелкие отверстия в пластиковых стенках служили для воздухообмена. Через слой ваты (фрагмент ватного диска), заглубленный в отверстие в стенке диаметром 1.5 см, в контейнер поступал раствор сахарозы; слой ваты умеренно увлажняли и затем наносили сахарный песок с наружной стороны. В дальнейшем слой ваты с сахарозой умеренно увлажняли раз в сутки, избегая образования сахарных натеков на внутренних стенках контейнера во избежание прилипания и повреждения насекомых. Таким образом, взрослые комары всегда имели доступ к воде без сахара (влажный диск на дне контейнера) и концентрированному раствору сахара (увлажняемый слой ваты с сахарозой в отверстии в стенке). Среднесуточная температура воздуха при лабораторном содержании выплодившихся имаго составляла 20.8 ± 0.3 °С для комаров, выращенных из эмбрионов, и 22.0 ± 0.3 °С (M ± SD) для комаров, полученных из личинок и куколок, отловленных в природе. Режим освещения — естественный (для имаго, выращенных из эмбрионов, — с 1 марта по 28 мая; для имаго, полученных из личинок и куколок, отловленных в природе, — с 21 апреля по 26 июля на широте С.-Петербурга).

В каждом контейнере содержали одновременно несколько комаров (если один вид и пол, то одного дня выплода, что отменяет необходимость индивидуальной маркировки). Поскольку для копуляции данным видам требуется формирование роя и копуляция не происходит в объеме 1–1.5 л, наличие/отсутствие особей противоположного пола в контейнере не учитывалось. Гибель имаго в контейнерах проверяли ежесуточно. Если гибель имаго происходила в период между вечером и ранним утром следующего дня, для последующих расчетов индивидуальной продолжительности жизни использовали среднее двух календарных дат. Погибшими считались комары, не совершавшие движений ногами, крыльями и хоботком (в том числе при отсутствии реакции хоботка на предлагаемую смоченную водой частицу сахарного песка). Объемы групп имаго (n) указаны при представлении результатов в графической форме. Не учитывались имаго, погибшие менее чем через сутки после выплода, в частности, те особи, которые не смогли полностью выбраться из куколочного экзувия.

Определение видов комаров проводили по морфологическим признакам, используя погибших имаго и личиночные экзувии (Becker et al., 2010).

Статистические расчеты проводились с использованием программной среды R (версия 4.2.1) (R Core Team, 2022). Для обоснования отсутствия различий в средней продолжительности жизни между двумя разными группами применяли байесовский коэффициент в пользу нулевой гипотезы, при этом использовали программные пакеты BayesFactor (версия 0.9.8) (Morey et al., 2014) и baymedr (версия 0.1.1.9000) (Linde et al., 2022b) – перед таким сравнением данные предварительно логарифмировали с применением натурального логарифма. Параметр rscale (prior_scale в baymedr), описывающий масштаб распределения Коши в альтернативной гипотезе, был выбран равным 1. Регрессию Кокса (Cox, 1972) применяли для выявления факторов, влияющих на дожитие; для этого использовали программные пакеты survival (Therneau et al., 2023) и survminer (Kassambara et al., 2017). Пригодность регрессии Кокса для анализа полученного набора данных проверяли методом Шёнфельда (Shoenfeld, 1982; Mohammed, 2019), используя те же программные пакеты. Попарные сравнения кривых дожития проводили преимущественно логранговым критерием (Mantel, 1966), реализованным в пакете survival. Кривые дожития, пересекающиеся в средней своей части, сравнивали попарно с применением модели Яна–Прентиса (Yang, Prentice, 2005), используя программный пакет YPmodel (Sun, Yang, 2022) — в случае пересекающихся кривых такой подход предпочтителен по сравнению с классическим логранговым критерием (Kim, Lee, 2016). К значениям р, полученным в попарных сравнениях, применяли поправку Беньямини–Хохберга (Benjamini, Hochberg, 1995). При обнаружении различий на невысоком уровне значимости (0.01 < p < 0.05) вычисляли также байесовский коэффициент для регрессии Кокса при двухгрупповом сравнении (используемые аргументы: null_value = 0, alternative = «two.sided», direction = NULL, prior_mean = 0, prior_sd = 1) (Linde et al., 2022a, 2022b). Значение байесовского коэффициента в пользу альтернативной гипотезы выше 3 рассматривалось как статистически значимое положительное свидетельство (Jarosz, Wiley, 2014).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Полученные кривые дожития показаны на рис. 2. При использовании регрессии Кокса для выявления факторов, влияющих на дожитие (обобщенная модель, но без участия комаров, выведенных в лаборатории из эмбрионов), установлено, что отношение рисков гибели (hazard ratio) у взрослых комаров значимо ниже 1, если рассматривать риски для самок по отношению к рискам для самцов (т. е. для самцов характерна более ранняя гибель, p = 5.61 * 10^–7) и риски для A. cantans по отношению к рискам для A. communis (т. е. для A. communis характерна более ранняя гибель по сравнению с A. cantans, p = 0.00494).

Рис. 2. Кривые дожития (кривые Каплана–Мейера), полученные для имаго Aedes communis (De Geer) и A. cantans (Meigen). 1 и 2 — кривые дожития самцов (n = 7) и самок (n = 10) A. communis соответственно; 3LP и 4LP — кривые дожития имаго самцов (n = 17) и самок (n = 13) A. cantans соответственно, развившихся из личинок и куколок, собранных в природе; 3Е и 4Е — кривые дожития имаго самцов (n = 8) и самок (n = 9) A. cantans соответственно, развившихся из эмбрионов в лабораторных условиях.

Таблица 1. Статистическая значимость различий в дожитии между группами взрослых комаров двух видов рода Aedes Meigen, сравниваемыми попарно

В табл. 1 показаны результаты 7 сравнений кривых дожития, выполненных логранговым критерием и, в случае пересекающихся кривых в парах «LP–E» (один и тот же вид и пол, но разные условия развития), — с использованием модели Яна–Прентиса.

В проведенных 7 попарных сравнениях значимые различия в кривых дожития выявлены между самцами и самками обоих видов (подтверждается, что самцы погибают быстрее самок и у A. communis, и у A. cantans), а также подтверждено, что самцы A. communis гибнут раньше, считая от времени выплода, чем самцы A. cantans (для самок аналогичное статистически значимое различие не выявлено). При этом байесовский коэффициент при сравнении кривых дожития самцов A. communis с самцами A. cantans составил 5.34 в пользу альтернативной гипотезы (использовался байесовский коэффициент для регрессии Кокса, двухгрупповое сравнение). При сравнении рисков гибели у двух групп A. cantans с разными условиями развития, т. е. комаров, выведенных в лаборатории из личинок и куколок, и комаров, выращенных из эмбрионов (пары кривых «LP–E»), ни для самцов, ни для самок не выявляются статистически значимые различия. Тем не менее заметно, что кривые в парах «LP–E» пересекаются в средней части сходным образом у самцов и самок, и это может быть следствием закономерного различия в форме кривых «LP» и «E», которое пока не удается подтвердить статистически.

Средняя продолжительность жизни в лабораторных условиях у имаго самцов A. cantans, отродившихся и развивавшихся в естественных условиях, составила 14.9 сут., а у имаго самцов того же вида, отродившихся и развивавшихся в лаборатории, — 14.8 сут.; значение коэффициента Байеса в пользу нулевой гипотезы составило 3.13, что свидетельствует об отсутствии различий. Результаты для самок того же вида — 34.2 и 39.9 сут. соответственно; коэффициент Байеса составил всего 2.13 — слабое подтверждение нулевой гипотезы. Автор, однако, осознаёт, что подтверждение отсутствия различий в средней продолжительности жизни не означает отсутствия различий в кривых дожития. Средняя продолжительность жизни имаго самцов и самок A. communis составила 8.6 и 24.7 сут.

Максимальная зарегистрированная продолжительность жизни имаго самца A. cantans составила 30.5 сут. (самец отродился из яйца в естественных условиях), тогда как максимальная зарегистрированная продолжительность жизни взрослой самки — 74 сут. (самка отродилась в лаборатории из яйца среди собранных листьев). Для самцов и самок A. communis значения максимальной зарегистрированной продолжительности жизни составили 14.5 и 42.5 сут. соответственно.

ОБСУЖДЕНИЕ

В исследовании, проведенном ранее на взрослых самках A. communis при средней температуре воздуха около 10 °С и потреблении ими раствора сахара разных концентраций, получены средние значения продолжительности жизни самок, составившие 34.9–37.8 сут. (Andersson, 1992). В природе с использованием мечения личинок радиоактивным фосфором последняя меченая самка этого вида была отловлена через 44 сут. после начала выплода, длящегося 4–5 сут.; самцы с радиоактивной меткой отловлены не были вовсе (Chant, Baldwin, 1972). Продолжительность жизни взрослых самок A. cantans в полевых условиях в контейнерах при потреблении 10%-ного раствора сахара в разные годы составила в среднем 66–68 сут. (максимальная зарегистрированная — 119 и 126 сут.) (Service, 1977). В другом исследовании при потреблении насыщенного раствора сахара продолжительность жизни составила в среднем 54 сут. для самцов и 69 — для самок (Renshaw, 1991). В природе с использованием метки установлено, что отдельные комары данного вида доживают до 92–99 сут. (Service, 1977) и 66–72 сут. (Renshaw, 1991) со времени выплода.

В настоящем исследовании по сравнению с предыдущими работами для обоих видов получены меньшие значения средней и максимальной зарегистрированной продолжительности жизни. Различие вполне объяснимо более низкой температурой окружающей среды в предыдущих исследованиях и, как следствие, низкой скоростью метаболизма у комаров и увеличением продолжительности их жизни. В природе самцы и самки кровососущих видов комаров питаются нектаром, в который могут входить другие соединения помимо сахарозы и других простых углеводов. Известно, что разные растения, являющиеся источниками углеводного питания комаров, по-разному влияют на продолжительность их жизни (Wilkerson et al., 2021). Однако, по данным Сервиса (Service, 1977), максимальная зарегистрированная продолжительность жизни самок A. cantans, которых кормили только тростниковым сахаром, и самок, которым были доступны разнообразные природные источники питания, была сходной. По-видимому, A. cantans хорошо переносит углеводное питание без питания кровью — по крайней мере, такая диета не отражается на продолжительности жизни самок. Можно поэтому заключить, что экспериментальные данные по продолжительности жизни комаров, содержащихся в контейнерах при питании раствором сахарозы, хорошо отражают реальную продолжительность жизни комаров в природе при тех же температурных условиях.

Полученные в этой работе данные позволяют предсказать продолжительность жизни комаров в контрольной группе при выполнении экспериментов при обычной температуре лабораторного помещения. Следующим экспериментом может стать скармливание комарам вместе с сахарозой ингибиторов жизненно важных ферментов подобно тому, как это сделано автором ранее с комарами рода Culex L. (Razygraev, 2023), с последующей оценкой продолжительности жизни имаго одновременно в контрольной и опытной группах. Априорные знания о продолжительности жизни интактных комаров позволят на этапе планирования эксперимента решить, в течение какого времени может проводиться обработка имаго химическими соединениями.

При используемых условиях содержания самцы A. cantans более подходят для длительных экспериментов, чем самцы A. communis, которые погибают раньше, считая от времени выплода. Среди самок A. cantans выявлены долгожители с продолжительностью жизни 50.5, 52.5, 54, 56 и в одном случае даже 74 сут., тогда как среди самок A. communis долгожителями оказались особи, прожившие всего 41 и 42.5 сут. Поэтому, несмотря на то, что среди самок статистически значимые межвидовые различия не выявлены, самки A. cantans могут быть предпочтительнее самок A. communis для длительных экспериментов.

В настоящем исследовании продемонстрировано также, что A. cantans можно в немалом количестве выводить и выращивать из собранных из-под снега зимующих эмбрионов, т. е. до отрождения личинок в природе. Это увеличивает временной диапазон для постановки экспериментов с A. cantans. Несмотря на возможные различия в форме кривых дожития, имаго комаров, выращенных из эмбрионов в лабораторных условиях, имеют среднюю продолжительность жизни сходную (у самцов — идентичную) с таковой имаго комаров, отродившихся и развивавшихся на личиночной стадии в естественной среде. Это показывает, что выбранные лабораторные условия хорошо подходят для отрождения и дальнейшего развития A. cantans.

ВЫВОДЫ

1. В одинаковых температурных условиях и при потреблении раствора сахарозы самцы Aedes communis и A. cantans погибают быстрее самок.
2. Самцы A. communis гибнут быстрее самцов A. cantans. У самок A. cantans максимальная зарегистрированная продолжительность жизни больше, чем у самок A. communis.
3. Выращенные в лабораторных условиях из эмбрионов A. cantans в среднем сходны по жизнеспособности с комарами того же вида, отродившимися и проходившими часть развития в естественной среде.

Финансирование

Работа выполнена в рамках государственного задания № 122031100263-1.

About the authors

A. V. Razygraev

Author for correspondence.
Email: a.v.razygraev@gmail.com
Russian Federation, Университетская наб., 1, С.-Петербург, 199034

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Container for keeping adult mosquitoes. 1 - a row of ventilation holes; 2 - a wide, tightly screwed lid (bottom of the container); 3 - a moistened cotton pad of a smaller diameter (without adding sucrose, at the bottom inside the container); 4 - a fragment of a cotton pad, moistened with the addition of sucrose, embedded in a hole in the wall of the container.

Download (293KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Survival curves (Kaplan–Meier curves) obtained for the adults of Aedes communis (De Geer) and A. cantans (Meigen). 1 and 2 — survival curves of males (n = 7) and females (n = 10) of A. communis, respectively; 3LP and 4LP — survival curves of male (n = 17) and female (n = 13) A. cantans adults, respectively, developed from larvae and pupae collected in the wild; 3E and 4E — survival curves of male (n = 8) and female (n = 9) A. cantans adults, respectively, developed from embryos in laboratory conditions.

Download (141KB)

Indexing metadata