Study on the biology and chemical ecology of Culex pipiens form "molestus" (Diptera: Culicidae)

Abstract

The purpose of this dissertation was to study the biology of Culex pipiens molestus and the behavior of the species Cx. pipiens molestus and Culex quinquefasciatus, as well as to identify the main mosquito species that are endemic in the region of Thessaloniki. The first chapter of the dissertation studied the effects of stable and fluctuating temperatures on biological parameters of Cx. pipiens molestus. Development rate increased between 15 and 32.5 °C, in a linear fashion. Adult longevity decreased as temperature rose while females lived significantly longer compared to males. Fecundity was higher at moderate constant and fluctuating temperatures compared to high temperatures. Differences between constant and fluctuating temperatures were observed concerning developmental time, fecundity and male adult longevity at the two lowest tested temperatures. The second chapter of the dissertation studied the effect of high temperatures on Cx. pipiens molestus. Survival rates of adults and pupae declined significantly with the increase in time of exposure of heat-shock temperatures 37 and 38°C. A negative effect on all tested biological parameters of adults and pupae was observed after exposure at high temperatures for 30, 60 and 120 minutes. The same phenomenon was noted after 2nd, 3rd and 4th instar larvae were exposed to high temperatures for 30 minutes and 60 minutes. The third chapter of the dissertation deals with the influence of adult age, sex and food presence on the super-cooling points (SCPs) of adult males and females of Cx. pipiens molestus, with and without prior acclimatization. Young and medium-aged adults of Cx. pipiens molestus displayed significantly lower SCPs compared to old ones. On the other hand, food consumption increased significantly the SCP of the species. Female adults presented an enhanced supercooling ability compared to males. In addition, cold acclimation increased considerably the supercooling capacity of adults. Furthermore, a study over the behavioural response of Cx. quinquefasciatus and Cx. pipiens molestus to the volatiles of three avian species combined with carbon dioxide (CO2) was also conducted. The attraction of Cx. quinquefasciatus to the headspace volatiles of both sexes of chicken, as well as to that of female pigeon, in combination with CO2 was significantly higher compared to the CO2 and solvent control. While Cx. pipiens molestus were attracted to headspace volatiles of chickens and magpies, they were repelled by that of female pigeons. A synergistic effect between the avian volatiles and CO2 was observed for Cx. quinquefasciatus, whereas the addition of CO2 had no effect on the attraction of females Cx. pipiens molestus. The last part of the dissertation deals with the identification of mosquito species endemic in the Thessaloniki region and the monitoring of their population. The most common species was Cx. pipiens, with Ochlerotatus caspius coming second. Regarding the seasonal variation of the species, it was observed that species of the genera Ochlerotatus and Aedes were the ones that first appeared in April, followed by Culex species in end of April and finally species of the genus Anopheles in July.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν να μελετηθούν στοιχεία της βιολογίας του Culex pipiens molestus και συμπεριφοράς των ειδών Cx. pipiens molestus και Cx. quinquefasciatus, καθώς και να πραγματοποιηθεί ταυτοποίηση των κυριότερων ειδών κουνουπιών που ενδημούν στην περιοχή της Θεσσαλονίκης. Στο πρώτο κεφάλαιο της διατριβής μελετήθηκε η επίδραση σταθερών και μεταβαλλόμενων θερμοκρασιών σε βιολογικές παραμέτρους του Cx. pipiens molestus. Ο ρυθμός ανάπτυξης αυξήθηκε μεταξύ 15 και 32,5°C, με γραμμικό τρόπο. Η διάρκεια ζωής των ενηλίκων μειώθηκε όσο αυξανόταν η θερμοκρασία ανάπτυξης ενώ τα θηλυκά άτομα έζησαν περισσότερες ημέρες σε σχέση με τα αρσενικά. Η ωοπαραγωγή ήταν υψηλότερη σε μέτριες σταθερές και μεταβαλλόμενες θερμοκρασίες σε σύγκριση με τις υψηλές θερμοκρασίες. Τέλος, διαπιστώθηκαν διαφορές όσον αφορά τη διάρκεια ανάπτυξης, την ωοπαραγωγή και την μακροζωία των ενηλίκων αρσενικών ατόμων μεταξύ σταθερών και αντίστοιχων μεταβαλλόμενων θερμοκρασιών. Στο δεύτερο κεφάλαιο της διατριβής μελετήθηκε η επίδραση υψηλών θερμοκρασιών στα αυγά, προνύμφες, νύμφες και ενήλικα άτομα του Cx. pipiens molestus. Τα ποσοστά επιβίωσης των ενηλίκων και των νυμφών μειώθηκαν σημαντικά με την αύξηση του χρόνου έκθεσης σε θερμοκρασίες θερμικού σοκ 37 και 38°C. Παρατηρήθηκε αρνητική επίδραση σε όλες τις βιολογικές παραμέτρους των ενηλίκων και των νυμφών που μελετήθηκαν μετά από έκθεσή τους σε υψηλές. Το ίδιο φαινόμενο παρατηρήθηκε μετά έκθεση προνυμφών 2ης, 3ης και 4ης ηλικίας σε υψηλές θερμοκρασίες για 30 λεπτά και 60 λεπτά. Το τρίτο κεφάλαιο της διατριβής πραγματεύεται την επίδραση της ηλικίας, του φύλου και της παρουσίας τροφής στη θερμοκρασία υπέρψυξής ενηλίκων αρσενικών και θηλυκών ατόμων, με και χωρίς προηγούμενο εγκλιματισμό. Tα νεαρά και μέση ηλικίας ενήλικα εμφάνισαν σημαντικά χαμηλότερη θερμοκρασία υπερψύξης σε σύγκριση με τα γηραιότερα. Από την άλλη πλευρά, η ύπαρξη τροφής στο σώμα των ενήλικων αύξησε σημαντικά τη θερμοκρασία υπέρψυξης σε σχέση με ενήλικα που δεν τράφηκαν. Τα ενήλικα θηλυκά παρουσίασαν αυξημένη ικανότητα υπέρψυξης σε σύγκριση με τα αρσενικά. Επιπλέον, ο εγκλιματισμός σε χαμηλές θερμοκρασίες με αυξανόμενο χρόνο έκθεσης αύξησε σημαντικά την ικανότητα υπερψύξης του Cx. pipiens molestus. Στο τέταρτο κεφάλαιο της διατριβής μελετήθηκε η προσέλκυση θηλυκών ατόμων των Cx. quinquefasciatus και Cx. pipiens molestus, σε πτητικές ουσίες που συλλέχθηκαν από τρία είδη πτηνών μόνες ή σε συνδυασμό με διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Η προσέλκυση του Cx. quinquefasciatus σε πτητικές ουσίες της κότας και του θηλυκού περιστεριού, σε συνδυασμό με την παρουσία CO2 ήταν σημαντικά υψηλότερη σε σύγκριση με τον μάρτυρα. Ενώ το Cx. pipiens molestus προσελκύστηκε από τις οσμές της κότα και της καρακάξας, απωθήθηκε από τα θηλυκά περιστέρια. Παρατηρήθηκε συνεργιστική δράση μεταξύ των πτητικών ουσιών των πτηνών και του CO2 στην προσέλκυση του Cx. quinquefasciatus, ενώ η προσθήκη CO2 δεν είχε καμία επίδραση στην προσέλκυση των θηλυκών Cx. pipiens molestus. Το τελευταίο μέρος της διατριβής πραγματεύεται την ταυτοποίηση των ειδών κουνουπιών που ενδημούν στην περιοχή της Θεσσαλονίκης και την παρακολούθηση του πληθυσμού τους. Το πιο κοινό είδος ήταν το Cx. pipiens, με το Ochlerotatus caspius να ακολουθεί. Όσον αφορά στην εποχική διακύμανση των ειδών, παρατηρήθηκε ότι πρώτα εμφανίστηκαν τα είδη του γένους Ochlerotatus και Aedes, ακολούθησαν τα είδη του γένους Culex και τελευταία εμφανίστηκαν τα είδη του γένους Anopheles.