استكشاف خيارات تاريخ الحياة: استخدام درجة الحرارة ونوع الركيزة كعوامل متفاعلة لتفضيلات يرقات الذبابة والإناث

Summary

هنا ، تم تفصيل بروتوكولين لتقييم مصدر الغذاء وتفضيلات وضع البيض في يرقات وإناث الذباب. وتشمل هذه أربعة خيارات مع عاملين متفاعلين: نوع الركيزة ودرجة الحرارة. تمكن المقايسات من تحديد تفضيل مصدر الغذاء لليرقات وتفضيل موقع وضع البيض للإناث.

Abstract

يقدم الذباب المنتفخ (Diptera: Calliphoridae) مجموعة واسعة من أنماط حياة اليرقات ، والتي تصنف عادة على أنها تطفل ملزم ، وتطفل اختياري ، و sapro-necrophagy كاملة. تعتبر العديد من الأنواع الطفيلية ، الملزمة والاختيارية ، ذات أهمية صحية واقتصادية ، حيث يمكن أن تسبب يرقاتها الانقباضات (غزو اليرقات في الأنسجة الحية). ومع ذلك ، من الجدير بالذكر أن الأنثى البالغة تلعب دورا حاسما لأنها تختار موقع وضع البيض ، وبالتالي ، تحدد إلى حد كبير عادة التغذية والظروف التنموية لليرقات. في هذه الدراسة ، تم اقتراح بروتوكولين لاختبار تفضيل تغذية اليرقات وتفضيل موقع وضع البيض الأنثوي مع مراعاة عاملين متفاعلين: نوع ركيزة اللحم ودرجة الحرارة. سمحت الإعدادات المعروضة هنا باختبار يرقات Lucilia cuprina والإناث الجاذبة في اختبار من أربعة خيارات مع درجتي حرارة (33 ± 2 درجة مئوية و 25 ± 2 درجة مئوية) ونوعين من ركائز اللحوم (اللحوم الطازجة المكملة بالدم واللحوم الفاسدة البالغة من العمر 5 أيام). يمكن لليرقات أو الإناث الجاذبة أن تختار الحفر أو وضع بيضها ، على التوالي ، في أي مما يلي: اللحوم الفاسدة عند 25 درجة مئوية (محاكاة حالة الأنواع الميتة) ، واللحوم الطازجة المكملة بالدم عند 33 درجة مئوية (محاكاة حالة الأنواع الطفيلية) ، واثنين من الضوابط ، اللحوم الفاسدة عند 33 درجة مئوية ، أو اللحوم الطازجة المكملة بالدم عند 25 درجة مئوية. يتم تقييم التفضيل عن طريق حساب عدد اليرقات أو البيض الموضوعة في كل خيار لكل نسخة مكررة. سمحت مقارنة النتائج المرصودة بالتوزيع العشوائي بتقدير الدلالة الإحصائية للتفضيل. أشارت النتائج إلى أن يرقات L. cuprina لها تفضيل قوي للركيزة الفاسدة عند 25 درجة مئوية. على العكس من ذلك ، كان تفضيل موقع وضع البيض من قبل الإناث أكثر تنوعا بالنسبة لنوع اللحوم. يمكن تكييف هذه المنهجية لاختبار تفضيل أنواع الحشرات الأخرى ذات الحجم المماثل. يمكن أيضا استكشاف أسئلة أخرى باستخدام شروط بديلة.

Introduction

الذباب ، وخاصة المسكوكات كاليبرات (بما في ذلك الذباب ، الذباب المنزلي ، ذباب الروبوت وذباب اللحم وغيرها) ، يظهر مجموعة واسعة من أنماط الحياة ، بما في ذلك السلوكيات الطفيلية والميتة¹. عادة ما تسبب الأنواع الطفيلية الانقباضات ، وهي غزو الأنسجة الحية بواسطة اليرقات (اليرقات)². في عائلة Calliphoridae ، تعتبر كل من الأنواع الطفيلية الإلزامية والاختيارية آفات حيوانية رئيسية مسؤولة عن الخسائر الاقتصادية وسوء رعاية الحيوانات بسبب تفشي اليرقات²،^3،4،⁵،^6،7. الطفيليات الملزمة ، مثل الديدان الحلزونية في العالم الجديد والعالم القديم (Cochliomyia hominivorax و Chrysomyia bezziana ، على التوالي) ، هي إشكالية خاصة⁴،⁷،⁸،⁹،¹⁰ جنبا إلى جنب مع الطفيليات الاختيارية ، مثل ذباب الأغنام (Lucilia cuprina و Lucilia sericata)²،⁵،^{6 ، 7}. تتطور الأنواع غير الطفيلية ، بما في ذلك الأنواع sapro-necrophagous ، في المواد العضوية المتحللة والميتة وتوجد عادة في البيئات غير الصحية. يمكن استخدام نمط حياتهم غير الطفيلي بشكل صارم بنجاح لعلاج اليرقات ، والذي يستخدم يرقات الذباب لتنظيف جروح الأنسجة الميتة¹¹،^12،13. تستخدم الذباب أيضا في علم الطب الشرعي ، لأنها من بين الكائنات الحية الأولى التي تحدد موقع الجثث المتوفاة حديثا واستعمارها ، حيث تعمل اليرقات النامية كوسيلة لتقدير وقت الوفاة¹⁴.

كانت أنماط حياة الذبابة موضوع دراسات بحثية مختلفة (على سبيل المثال ، ¹⁵،16،¹⁷،¹⁸،¹⁹،^20،21) نظرا لأهميتها فيما يتعلق بالمصالح البشرية. يمكن أن يوفر فهم الآليات البيولوجية التي تحكم نمط حياة الأنواع رؤى قيمة حول تحسين الأساليب التي تهدف إلى مكافحة أنواع الآفات. علاوة على ذلك ، يوفر تنوع وتطور أنماط حياة الذبابة سياقا مثاليا لدراسة أصول وآليات السمات المعقدة (مثل التطفل). تطور التطفل بسبب تغذية الديدان على الأنسجة الحية بشكل مستقل عدة مرات داخل عائلة Calliphoridae^22,23. ومع ذلك ، لا يزال التاريخ التطوري لعادات تغذية الذباب غير معروف إلى حد كبير ، حيث تقتصر الدراسات على رسم خرائط للعادات على طول السلالات (على سبيل المثال ، ¹⁶،^19،22) دون مساعدة المقايسات الوظيفية. على سبيل المثال ، من غير المؤكد ما إذا كانت الطفيليات الملزمة قد تطورت من عامة الناس (أي الطفيليات الاختيارية) أو مباشرة من الأنواع الميتة. كما أن العمليات الجزيئية والفسيولوجية والسلوكية المصاحبة للتحولات التطورية في نمط الحياة غير معروفة إلى حد كبير.

في هذا السياق ، توفر الطفيليات الاختيارية ، مثل ذبابة الأغنام Lucilia cuprina ، التي يمكن أن تتطور كطفيليات على مضيف أو كجثث على الجثث إمكانية استكشاف العوامل والآليات التي تتحكم في خيارات نمط الحياة. Lucilia cuprina هو نوع عالمي معروف بالتسبب في ذبابة الأغنام ، خاصة في أستراليا حيث يعتبر آفة ^3,16. يمكن أن يحدث الانقباض الناتج عن L. cuprina أيضا في الماشية الأخرى والحيوانات الأليفة والبشر³،²⁴،25،26،27،²⁸،^29،30. ومع ذلك ، يمكن أن تتطور يرقاتها أيضا في الأنسجة الميتة والمواد المتحللة وقد تم استخدام هذا النوع بنجاح في علم الحشرات الشرعي لأنه سريع جدا لتحديد موقع الجثث واستعمارها³¹،³²،^33،34. على الرغم من أن نمط الحياة الطفيلية مقابل غير الطفيلية للذباب يتم تحديده من خلال مرحلة اليرقات ، إلا أن الأنثى البالغة هي التي تختار موقع وضع البيض. وبالتالي ، فإن الأنثى البالغة تؤثر بشدة على نمط حياة اليرقات ، حيث أن هذه الأخيرة لديها حركة محدودة. ومع ذلك ، فإن اختيار الأنثى لا يعني بالضرورة أن اليرقات تفضل نفس الركيزة عند تقديمها مع الخيار³⁵. إحدى الفرضيات هي أن التغييرات السلوكية التي تؤدي إلى وضع الإناث بيضها على الأنسجة الحية يمكن أن تكون جزءا من التحول المبكر نحو نمط حياة طفيلي. كانت التكيفات المسبقة أو القدرات الفسيولوجية لليرقات الناتجة ضرورية لتطورها الناجح على الأنسجة الحية ، مما أدى إلى ظهور نمط الحياة الطفيلية. على هذا النحو ، قد لا تتوافق العمليات المتأثرة والمختارة بالضرورة بين مرحلتي الحياة.

في هذا السياق ، تم تطوير طريقتين لاختبار التفضيل السلوكي في الذباب ، على وجه الخصوص ، ل L. cuprina ، فيما يتعلق بركيزة تغذية اليرقات (مقايسة تفضيل اليرقات) وموقع وضع البيض (مقايسة تفضيل الإناث). تأخذ هذه الطرق في الاعتبار عاملين متفاعلين: درجة الحرارة ونضارة اللحوم. تم اختيار درجة الحرارة كعامل حاسم لأن معظم حالات الانقباضات تحدث في الحيوانات المثلية^{الحرارة 2}. ومن ثم ، تم اختيار درجة حرارة 33 درجة مئوية كبديل ل “عامل نمط الحياة الطفيلية” ، في حين أن درجة حرارة 25 درجة مئوية (درجة حرارة الغرفة) تمثل “العامل غير الطفيلي”. تم اختيار درجة حرارة 25 درجة مئوية لأنها تمثل متوسط درجة الحرارة السنوية المسجلة في البرازيل (المعهد الوطني للأرصاد الجوية ، INMET). بالإضافة إلى ذلك ، تم النظر في نوعين من ركائز اللحوم ، كلاهما من مصادر بقري: (i) اللحوم الطازجة المكملة بالدم ، والتي تحاكي الركيزة لنمط الحياة الطفيلية ، والتي تستخدم لتربية الذبابة الطفيلية Co. hominivorax في ظروف المختبر³⁶ ، و (ii) اللحوم الفاسدة البالغة من العمر 5 أيام ، والتي تحاكي الركيزة لنمط الحياة الميتة. تستخدم الركيزة البقرية بشكل شائع لتربية L. cuprina في ظروف المختبر^27،37،^38،39 لأنها توفر العديد من المزايا من حيث التوافر والفعالية من حيث التكلفة والتطبيق العملي مع كونها ركيزة مبررة بيئيا. استخدمت دراسات أخرى^40,41 تقارن تأثير الركائز الفاسدة مقابل الركائز الطازجة في الذباب ركيزة فاسدة عمرها 7 أيام (في الظروف اللاهوائية) وأظهرت تأثيرا سلبيا للركيزة الفاسدة على معدلات النمو والبقاء والنمو. نظرا لأنه من المعروف أن L. cuprina تستعمر الجثث الطازجة التي تتعرض عادة للهواء ، فقد قررنا استخدام اللحوم الفاسدة البالغة من العمر 5 أيام (اللحم المفروم) في أواني غير محكمة الغلق (التحلل الهوائي واللاهوائي) لتقليد الركيزة الميتة.

توفر التصاميم التجريبية المعروضة هنا ميزة تمييز التفضيلات للعوامل الفردية بالإضافة إلى آثارها المشتركة. علاوة على ذلك ، فإن الأنماط الظاهرية المسجلة ، وهي اختيار ركيزة تغذية اليرقات وعدد البيض الموضوعة ، لها صلة مباشرة بالجوانب البيولوجية والبيئية لأنواع الذبابة. يتم تسليط الضوء على مدى ملاءمة هذه البروتوكولات من خلال إظهار فعاليتها في L. cuprina. بالإضافة إلى ذلك ، يتم توفير برنامج نصي للتحليل الإحصائي ، والذي يمكن استخدامه لمقارنة النتائج المرصودة التي تم الحصول عليها في L. cuprina بمحاكاة البيانات العشوائية ، مما يضمن تحليلا وتفسيرات إحصائية قوية.

Protocol

تم الحصول على عينات الذباب باستخدام الفخاخ وليس على الحيوانات المصابة. تم إصدار ترخيص SISBIO (67867-1) لجمع وحفظ ذباب عائلة Calliphoridae في الأسر في ظروف المختبر. عينات الحشرات معفاة من التقييم الأخلاقي في البحث في البرازيل. تم الحصول على لحوم الأبقار ودمها تجاريا ، ولم تكن هناك حاجة إلى تصريح أخلاقي.</…

Representative Results

لإثبات فعالية الطرق المقدمة ، أجريت التجارب باستخدام مجموعة مختبرية من Lucilia cuprina (العائلة: Calliphoridae) ، وهي ذبابة طفيلية اختيارية2. يمكن العثور على مجموعة البيانات الخام الكاملة التي تم الحصول عليها لهذا النوع في الملف التكميلي S3 مع نتائج اختبارات تفضيل اليرقات وال…

Discussion

يتطلب فهم تطور عادات التغذية ، لا سيما في سياق التطفل في الذباب ، فحص تفضيلات الركيزة عبر مراحل الحياة المختلفة للتغذية أو وضع البيض. لذلك ، في هذه الدراسة ، تم اقتراح طرق قوية ومباشرة للتحقيق في تفضيلات الركيزة في يرقات وإناث الذباب. تم اختبار هذه الطرق في Lucilia cuprina ، وهي ذبابة طفيلية ا…

Materials

Agar	Sigma-Aldrich	05038-500G	For microbiology
Black cardboards	–	–	70×50 cm
Bovine blood with anticoagulat	–	–	50% pure bovine blood with anticoagulant (3.8% sodium citrate) + 50% of filtered water
Bovine ground Meat	–	–	Around 7-8% of fat
Brush	–	–	Made with plastic
Conical tube	Falcon or Generic	–	50 mL
Cross-shaped glass containers	Handmade	NA	48×48 cm, 8 cm of height and 8 cm of width
Erlenmeyer	Vidrolabor	NA	500 mL
70% Ethanol	Synth	A1084.01.BL	70% ethyl ethanol absolute + 30% filtered water
Graduated cylinder	Nalgon or Generic	–	500 mL and 50 mL
Heating pad	Thermolux	–	30×40 cm dimensions, 40 W, 127 V
Infrared thermometer	HeTaiDa	HTD8808	Non-contact body thermometer (Sample Rate: 0.5 S, Accuracy: ±0.2 °C, Measuring: 5-15 cm)
Petri dish (Glass)	Precision	NA	150×20 mm dimensions
			(Note: the petri dishes can be plastic if used only once)
Petri dish PS	Cralplast	18130	60×15 mm dimensions
Plastic Pasteur pipette	–	–	3 mL (total volume)
Sodium citrate	Synth	C11033.01.AG	3.8% Sodium citrate (38 g diluted in 1L of filtered water)
Spoons	–	–	More than one spoon is necessary. Use one for each type of meat substrate. Preferably stainless steel.
Stainless steel spatula	Generic	–	Flat end and spoon end
Stereomicroscope	Bioptika	–	WF10X/22 lenses
Tweezer	–	–	Metal made and fine point
White led light strips	NA	NA	4.8 W, 2×0.05 mm², 320 lumens, Color temperature:6500 K (white)