ВЫЖИВАЕМОСТЬ РАЗНОВОЗРАСТНЫХ ИМАГО MUSCA DOMESTICA ПРИ ХОЛОДОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

ВЫЖИВАЕМОСТЬ РАЗНОВОЗРАСТНЫХ ИМАГО MUSCA DOMESTICA ПРИ ХОЛОДОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

Научная статья

Левченко М.А.¹, Силиванова Е.А.^2, *, Бикиняева Р.Х.³

¹ ORCID: 0000-0002-7630-0320,

² ORCID: 0000-0003-0872-8509,

³ ORCID: 0000-0003-4724-446x,

^{1, 2, 3} Всероссийский научно-исследовательский институт ветеринарной энтомологии и арахнологии – филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра Тюменского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук, Тюмень, Россия

* Корреспондирующий автор (sylivanovaea[at]mail.ru)

Аннотация

Выживание насекомых при быстром охлаждениизависит от уровня температуры, продолжительности ее воздействия, вида насекомых, их физиологического состояния и возраста. Цель данной работы состояла в изучении в лабораторных условиях выживаемости имаго комнатной мухиMuscadomesticaL. (Diptera:Muscidae) в зависимости от возраста и длительности холодового воздействия. Имаго M.domestica в возрасте от 1 до 40 суток подвергали быстрому охлаждению при температуре -16⁰С. Продолжительность экспозиции варьировала от 5 до 40 мин, после чего насекомых возвращали к оптимальным температурным условиям +23…+26⁰С и оценивали скорость их активизации (по способности к полету) и выживаемость. При холодовой экспозиции в течение 5 минут выживаемость имаго независимо от возраста составила 100%, а при увеличении продолжительности экспозиции выживаемость насекомых зависела от возраста. Имаго старше 10 суток не выживали после холодового воздействия (-16⁰С) продолжительностью более 30 минут. Скорость активизации также зависела от продолжительности холодовой экспозиции: быстрее всего восстанавливали свою активность особи всех возрастов после 5 минутного охлаждения. Скорость активизации зависела от возраста насекомых при экспозиции длительностью не более 20 минут.

Ключевые слова: замораживание, холодовое оцепенение, время активизации, комнатная муха, насекомые.

SURVIVORSHIP RATE OF MUSCA DOMESTICA IMAGO OF DIFFERENT AGES UNDER COLD IMPACT IN LABORATORY CONDITIONS

Research article

Levchenko M.A.¹, Silivanova E.A.^2, *, Bikinyaeva R.Kh.³

¹ ORCID: 0000-0002-7630-0320,

² ORCID: 0000-0003-0872-8509,

³ ORCID: 0000-0003-4724-446x,

^{1, 2, 3} All-Russian Scientific Research Institute of Veterinary Entomology and Arachnology – Branch of Federal State Institution, Federal Research Centre, Tyumen Scientific Centre of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Tyumen, Russia

* Corresponding author (sylivanovaea[at]mail.ru)

Abstract

The survivorship rate of insects during rapid cooling depends on the level of temperature, the duration of its exposure, the type of insects, their physiological state, and age. The goal of this study is to study the survivorship rate of the imago of Muscadomestica L fly (Diptera: Muscidae) in the laboratory, depending on the age and duration of cold exposure. M.domestica imago at the age of 1 to 40 days were quickly cooled at the temperature of –16°C. The duration of exposure varied from 5 to 40 minutes, after which the insects were returned to the optimal temperature conditions of +23... +260°C and the rate of their activation (ability to fly) and survival were assessed. At a cold exposure for 5 minutes, the imago survival rate, regardless of age, was 100%, and with an increase in the duration of exposure, the survival of insects depended on age. Imago in the age of more than 10 days did not survive after a cold exposure (–16°C) lasting more than 30 minutes. The rate of activation also depended on the duration of the cold exposure: individuals of all ages after 5 minutes of cooling restored the fastest. The rate of activation depended on the age of the insects when the exposure lasted no more than 20 minutes.

Keywords: freezing, chill coma, activation time, housefly, insects.

Известно, что насекомые как пойкилотермные животные зависят от температуры окружающей среды [4], [5, С. 28-29], при этом стратегии их приспособления к пониженным температурам разные [3], [10]. Устойчивые к замерзанию насекомые остаются живыми после замерзания внеклеточной жидкости благодаря механизму контролируемого внеклеточного лед-образования. Неустойчивые или чувствительные к замерзанию насекомые гибнут после замерзания, но имеют способность противостоять ему путем снижения точки переохлаждения за счет разных механизмов [3], [5, C. 28-29].

Интегральным показателем, характеризующим устойчивость насекомых к холоду, является их выживаемость при действии низких температур [2].Непродолжительное (временное) и внезапно наступившееохлаждение насекомых до определенной температуры сопровождается холодовым оцепенением. Возможность выживания в этом состоянии зависит от уровня температуры, продолжительности ее воздействия, вида насекомых [5 C. 28-29], а также от их физиологического состояния и возраста [1].

Комнатная муха Musca domesticaL. – насекомое, имеющее медицинское и ветеринарное значение как механический переносчик различных патогенов [7], [9]. Musca domestica является также модельным организмом в исследованиях инсектицидов (их токсикология, формирование резистентности) и физиологии насекомых [9]. Ранее проводились работы по изучению устойчивости к холоду комнатной мухи Muscadomestica, однако они были посвящены изучению особенностей параметров холодустойчивости предимагинальных стадий развития [6], [8]. Цель настоящего исследования- изучитьв лабораторных условиях выживаемость разновозрастных имагоMuscadomesticaL. (Diptera:Muscidae) в зависимости от длительности холодового воздействия.

Материалы и методы

Работа выполнена в лаборатории ветеринарных проблем в животноводстве ВНИИВЭА - филиал ТюмНЦ СО РАН с использованием имаго лабораторной культуры комнатной мухи MuscadomesticaL. (Diptera:Muscidae).Имаго были разделены на 4 условных группы в зависимости от возраста:первая – до 10 суток, вторая – 11-20 суток, третья – 21-30 суток и четвертая 31-40 суток. Насекомых в количестве 10 экз. помещали в экспозиметры, где они могли свободно передвигаться. Экспозиметры помещали в камеру с температурой окружающей среды -16⁰С и относительной влажностью 51,6%. Для исключения прямого контакта экспозиметров со стенками камеры их помещали на термоизоляционный материал. Время экспозиции составляло 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35 и 40 минут. По истечении указанного времени каждый экспозиметр переносили в помещение с температурой окружающей среды +23…+26⁰С. Учитывали количество выживших насекомых и время, потребовавшееся для их активизации (полное восстановление способности к полету). Учетпроводили сразу и далее ежеминутно после окончания воздействия в течение 60 мин. Для каждого интервала временихолодового воздействия и возраста выполнено не менее 3повторностей.

Результаты и обсуждение

Состояние холодового оцепенения у насекомых характеризуется физиологическими изменениями (приостановка локомоций, дыхания и функционирования сердца), направленными на снижение затрат энергии [1], что позволяет насекомым переживать неблагоприятные условия. В работе Coulson и Bale [6]в лабораторных условиях были установлены температуры переохлаждения для разных стадий развития M.domestica: яиц, личинок, куколок и 1-2 суточных имаго, а также показано, что гибель насекомых может происходить и при температуре выше температуры переохлаждения. Например, для куколок M.domestica температура переохлаждения составила -21,9⁰С. При быстром их охлаждении до -7⁰С и экспозиции в течение 45 минут их выживаемость была ниже, чем в контроле, а после 1,5 часовой экспозиции все насекомые погибали.

Согласно тому же исследованию, для только что вышедших имаго M.domestica температура переохлаждения составляет -16⁰С [6], однако данных о выживаемости взрослых насекомых в зависимости от длительности экспозиции не приведено. В наших опытах установлено, что независимо от возраста имаго M.domestica способны были выдерживать быстрое охлаждение до -16⁰С в течение 5 минут, а при увеличении продолжительности экспозиции предел выживаемости зависел от возраста. Так, во всех возрастных группах после 5-ти минутного воздействия холодом все насекомые выживали и были способны летать (табл.1).

 

Таблица 1 – Доля (%) активизировавшихся (способных к полету) имаго M.domestica после экспозиции холодом разной продолжительности

После 10 минутнойэкспозиции наблюдали способность летать у 95% имаго вовсех 4 группах. После 15 минутного пребывания в холоде способность летать отмечали у 90% мух всех возрастов. При 20 минутной экспозиции доля мух, способных летать,составила85% всех возрастов. На 12 минуту после 25 минутного воздействия отмечено полное восстановление у 80% насекомых в первой и второй группах и у 90% насекомых в третьей и четвертой группах. После 30 минутнойэкспозиции холодом в первой и второйгруппахвосстановление способности кполету наблюдали у 60% насекомых(на 13 минуту после окончания воздействия), в третьей и четвертой группах - у 70%. Тридцатипятиминутная экспозиция оказалась летальной для 100% имаго старше 10 дней, а среди насекомых в возрасте до 10 дней доля выживших и способных к полету мух составила 40% (на 10 минуту после воздействия).После 40 минутной экспозиции холодом наблюдали 100% гибель насекомых во всех возрастных группах (табл. 1).

 

Таблица 2 – Среднее время активизации (в мин) имаго M.domesticaв зависимости от возраста и продолжительности экспозиции холодом

Рис. 1 – Среднее время активизации (по способности к полету) имаго M.domestica в возрасте 1-10 дней в зависимости от продолжительности экспозиции холодом

 

После возвращения насекомых в условия с благоприятной температурой (+23..+26⁰С) их физиологические функции восстанавливались с разной скоростью. Скорость активизациинасекомых, которую оценивали по способности к полету, зависела от возраста и продолжительности холодовой экспозиции (табл.2). Быстрее всего восстанавливали свою активность мухи после 5 минутного охлаждения. При продолжительности экспозиции до 20 минут включительно скорость активации более молодых особей была выше, а при экспозиции в течение 25 мин и дольше время, требовавшееся на восстановление активности, было одинаковым во всех возрастных группах насекомых. Необходимо отметить, что у насекомых первой возрастной группы скорость активации была неодинакова. Мухам в возрасте 1-2 суток для восстановления после воздействия холодом требовалось более длительное время по сравнению с 3-10 суточными насекомыми (рис. 1).

Таким образом, установлены временные пределы выживаемости для имаго M.domestica после быстрого охлаждения до -16⁰С. В возрасте до 10 суток 40 % насекомых оставались жизнеспособными после нахождения при -16⁰С в течение 35 мин. Имаго старше 10 суток не были способны переживать воздействие указанной температуры длительностью более 30 минут. Скорость активизации также зависела от возраста имаго и продолжительности холодовой экспозиции.

Финансирование Исследование выполнено при поддержке Программы фундаментальных исследований РАН (регистрационный номер АААА-А18-118020690244-1).	Funding The research was carried out with the support of the Basic Research Program of the Russian Academy of Sciences (registration number AAAA-A18-118020690244-1).
Конфликт интересов Не указан.	Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Еськов Е.К. Этолого-физиологические механизмы эвритермности медоносной пчелы / Е.К. Еськов, В.А. Тобоев, М.Д. Еськова // Успехи современной биологии. – 2012. – Т.132(1). – С.87-104.
2. Лейрих А.Н. К методам исследования холодоустойчивости беспозвоночных животных / А.Н. Лейрих, Е.Н.Мещерякова // Зоологический журнал. – 2015. – Т.94(8). – С. 972-984.
3. Ли Г.Н. Потенциал холодоустойчивости летних насекомых на примере Upisceramboides (Coleoptera: Tenebrionidae), обитающего в центральной Якутии / Г.Н. Ли // Амурский зоологический журнал. – 2013. – Т.5 (4). – С.391-395.
4. Мусолин Д.Л. Реакции насекомых на современное изменение климата: от физиологии и поведения до смещения ареалов / Д.Л. Мусолин, А.Х. Саулич // Энтомологическое обозрение. - 2012. - Т. 91 (1). - С. 3-35.
5. Чернышев В.Б. Экология насекомых / В.Б. Чернышев. – М.: Изд-во МГУ, 1996. – 304 с.
6. Coulson S.J. Characterisation and limitations of the rapid cold-hardening response in the hosefly Musca domestica (Diptera:Muscidae) / S.J. Coulson, J.S. Bale // J.Insect Physiol. – 1990. – Vol.36 (3). – P. 207-211.
7. Förster M. Pilot study on synanthropic flies (e.g. Musca, Sarcophaga, Calliphora, Fannia, Lucilia, Stomoxys) as vectors of pathogenic microorganisms / M. Förster, S. Klimpel, H. Mehlhorn and others // Parasitol / Res. - 2007. - Vol.101. - P. 243-246.
8. Leopold R.A. Short-term cold storage of house fly (Diptera:Muscidae) embryos: survival and quality of subsequent stages / R.A. Leopold // Ann. Entomol.Soc.Am. – 2000. – Vol.93(4). – P. 884-889.
9. Scott J.G. Genome of the house fly, Musca domestica L., a global vector of diseases with adaptations to a septic environment / J.G. Scott, W.C. Warren, L.W. Beukeboom et al. // Genome Biology. - 2014. - Vol. 15. -P. 466.
10. Sinclair B.J. Climatic variability and the evolution of insect freeze tolerance / B.J. Sinclair., A. Addo-Bediako, S.L. Chown // Biol. Rev. Camb. Philos. Soc. - 2003. - Vol. 78(2). – P.181-95.

Список литература на английском языке / References in English

1. Es'kov E.K. Etologo-fiziologicheskie mekhanizmy ehvritermnosti medonosnoj pchely [Ethological and Physiological Mechanisms of Honey Bee Eurythermy] / E.K. Es'kov, V.А. Toboev, M.D. Es'kova // Uspekhi sovremennoj biologii [Biology Bulletin Reviews]. – 2012. – Vol.132(1). – P.87-104. [in Russian]
2. Lejrikh А.N. K metodam issledovaniya kholodoustojchivosti bespozvonochnykh zhivotnykh [Methods for investigating the cold resistance of invertebrate animals] / А.N. Lejrikh, E.N. Meshheryakova // Zoologicheskijzhurnal [Biology Bulletin Entomological Review]. – 2015. – Vol.94(8). – P. 972-984. [in Russian]
3. Li G.N. Potentsial kholodoustojchivosti letnikh nasekomykh na primere Upisceramboides (Coleoptera: Tenebrionidae), obitayushhego v tsentral'nojYAkutii [Cold hardiness potential of the Upisceramboides (Coleoptera:Tenebrionidae) as a model of summer insects inhabiting Yakutia ] / G.N. Li // Аmurskijzoologicheskijzhurnal [Amurian zoological journal]. – 2013. – Vol.5 (4). – P.391-395. [in Russian]
4. Musolin D.L. Reaktsiinasekomykhnasovremennoeizmenenieklimata: otfiziologiiipovedeniya do smeshheniyaarealov [Responses of insects to the current climate changes: From physiology and behavior to range shifts] / D.L. Musolin, А.Kh. Saulich // Entomologicheskoe obozrenie [Entomological Review]. - 2012. - Vol. 91 (1). - P. 3-35. [in Russian]
5. Chernyshev V.B. Ekologiya nasekomykh [Ecology of insects] / V.B. Chernyshev. – M.: Izd-vo MGU, 1996. – 304 p. [in Russian]
6. Coulson S.J. Characterisation and limitations of the rapid cold-hardening response in the hosefly Musca domestica (Diptera:Muscidae) / S.J. Coulson, J.S. Bale // J. Insect Physiol. – 1990. – Vol.36 (3). – P. 207-211.
7. Förster M. Pilot study on synanthropic flies (e.g. Musca, Sarcophaga, Calliphora, Fannia, Lucilia, Stomoxys) as vectors of pathogenic microorganisms / M. Förster, S. Klimpel, H. Mehlhorn and others // Parasitol/ Res. - 2007. - Vol.101. - P. 243-246.
8. Leopold R.A. Short-term cold storage of house fly (Diptera: Muscidae) embryos: survival and quality of subsequent stages / R.A. Leopold // Ann. Entomol. Soc. Am. – 2000. – Vol.93(4). – P. 884-889.
9. Scott J.G. Genome of the house fly, Musca domestica L., a global vector of diseases with adaptations to a septic environment / J.G. Scott, W.C. Warren, L.W. Beukeboom et al. // Genome Biology. - 2014. - Vol. 15. - P. 466.
10. Sinclair B.J. Climatic variability and the evolution of insect freeze tolerance / B.J. Sinclair., A. Addo-Bediako, S.L. Chown // Biol. Rev. Camb. Philos. Soc. - 2003. - Vol. 78(2). – P.181-95.