Anopheles ( / ə ˈ n ɒ f ɪ l iː z / ) — род комаров, впервые описанный Дж. В. Мейгеном в 1818 году. Его представителей иногда называют ногтевыми комарами или болотными комарами . [1] Многие из них являются переносчиками паразита Plasmodium , вызывающего малярию у птиц , рептилий и млекопитающих , включая человека. Anopheles gambiae — самый известный вид, поскольку он переносит одного из самых опасных малярийных паразитов человека — Plasmodium falciparum . Ни один другой род комаров не является переносчиком малярии человека.
Род отделился от комаров -кулицинов по крайней мере 100 миллионов лет назад ( млн лет назад ). Как и у других комаров, его яйца, личинки и куколки обитают в воде . У личинки нет дыхательного сифона, через который она могла бы дышать, поэтому она питается, располагая тело горизонтально на поверхности воды. Взрослая особь вылупляется из поверхности и питается нектаром; самки также питаются кровью, что позволяет им переносить паразитов между хозяевами. Положение кормления взрослой особи — головой вниз, в отличие от горизонтального положения куличей. Виды Anopheles распространены почти по всему миру в тропиках, субтропиках и регионах с умеренным климатом. Взрослые особи проводят спячку в жаркую сухую погоду, что позволяет им выжить в жарких засушливых регионах, таких как Сахель .
Окаменелости этого рода редки; к 2015 году было обнаружено только два. [2] Это Anopheles (Nyssorhynchus) dominicanus Zavortink & Poinar в доминиканском янтаре позднего эоцена ( от 40,4 до 33,9 миллионов лет назад ) [3] и Anopheles rottensis Statz в немецком янтаре . от позднего олигоцена ( 28,4 миллиона лет назад до 23 миллионов лет назад ). [2]
Предки всех мух , включая комаров, появились 260 миллионов лет назад . [4] Клады комаров culicine и Anopheles разошлись между 120 и 150 миллионами лет назад . [4] [5] Виды Anopheles Старого и Нового Света впоследствии разошлись между 80 и 95 миллионами лет назад . [4] [5] Anopheles darlingi отделились от африканских и азиатских переносчиков малярии ~ 100 миллионов лет назад . [6] Кладограмма основана на анализе геномов комаров , проведенном Хифси и его коллегами в 2015 году: [6]
Род Anopheles был введен немецким энтомологом Иоганном Вильгельмом Мейгеном в 1818 году . Он описал два вида: A. birfurcatus и типовой вид Anopheles maculipennis . Он заявил, что название рода означает beschwerlich , «обременительный». [7] Название происходит от древнегреческого слова ἀνωφελής anōphelḗs «бесполезный», происходящего от ἀν- an- , «не», «не-» и ὄφελος óphelos «прибыль». [8]
Таксономия рода значительно продвинулась в 1901 году, когда английский энтомолог Фредерик Винсент Теобальд описал 39 видов Anopheles в своей пятитомной монографии о Culicidae. [9] Ему предоставили образцы комаров, присланные в Британский музей (естественной истории) со всего мира по указанию министра колоний Джозефа Чемберлена в 1898 году . [10]
Anopheles (распространен почти по всему миру) принадлежит к подсемейству Anophelinae вместе с двумя другими родами: Bironella (распространен только в Австралии ) и Chagasia (распространен только в Неотропах ). Таксономия остается не полностью устоявшейся. [11] [12] Классификация видов основана на морфологических характеристиках - пятнах на крыльях, анатомии головы, анатомии личинок и куколок, структуре хромосом, а в последнее время и на последовательностях ДНК. [13] [14] [15] В таксономии, опубликованной Харбахом и Китчингом в 2016 году, было показано, что три вида Bironella ( B. confusa , B. gracilis и B. hollandi ) филогенетически более похожи на A. kyondawensis. чем другие виды Bironella . Эта филогения утверждает, что на основании генетического сходства A. implexus отличается от общего предка рода Anopheles . [10]
Как и все комары, анофелины в своем жизненном цикле проходят четыре стадии: яйцо , личинка , куколка и взрослая особь . Первые три стадии являются водными и вместе длятся 5–14 дней, в зависимости от вида и температуры окружающей среды. На взрослой стадии самка комара Anopheles действует как переносчик малярии . Взрослые самки могут жить до месяца (или больше в неволе), но, скорее всего, не живут более двух недель в природе. [16]
Взрослые самки откладывают 50–200 яиц на яйцекладку . Яйца довольно маленькие (около 0,5 мм (0,02 дюйма) × 0,2 мм (0,008 дюйма)). Яйца откладываются поодиночке и прямо на воду. Они уникальны тем, что имеют поплавки с обеих сторон. Яйца не устойчивы к высыханию и вылупляются в течение 2–3 дней, хотя в более холодном климате вылупление может занять до 2–3 недель. [16]
Личинка комара имеет хорошо развитую голову с ротовыми щеточками, служащими для питания, большую грудную клетку и девятисегментное брюшко . У него нет ног. В отличие от других комаров у личинки Anopheles отсутствует дыхательный сифон, поэтому она располагается так, что ее тело находится параллельно поверхности воды. Напротив, питающиеся личинки комаров-кулицин прикрепляются к поверхности воды задним сифоном, телом направленным вниз. Личинки дышат через дыхальца , расположенные на восьмом сегменте брюшка, поэтому им приходится часто подниматься на поверхность. Личинки проводят большую часть своего времени, питаясь водорослями , бактериями и другими микроорганизмами в тонком поверхностном слое. Они ныряют под поверхность только тогда, когда их потревожат. Личинки плавают либо резкими движениями всего тела, либо толчками кистей рта. [16]
Личинки развиваются через четыре стадии, или возраста , после чего они превращаются в куколок . В конце каждого возраста личинки линяют, сбрасывая экзоскелет или кожу, чтобы обеспечить дальнейший рост. Личинки встречаются в самых разных средах обитания, но большинство видов предпочитают чистую, незагрязненную воду. Личинки комаров Anopheles были обнаружены в пресноводных или соленых болотах, мангровых болотах, рисовых полях, травянистых канавах, на берегах ручьев и рек, а также в небольших временных дождевых водоемах. Многие виды предпочитают места обитания с растительностью. Другие предпочитают места обитания, в которых их нет. Некоторые из них размножаются в открытых, освещенных солнцем водоемах, а другие встречаются только в затененных местах гнездования в лесах. Некоторые виды размножаются в дуплах деревьев или в пазухах листьев некоторых растений. [16]
Куколка (также известная как тумблер) имеет форму запятой, если смотреть сбоку. Голова и грудь сливаются в головогрудь , под которой изгибается брюшко. Как и личинки, куколке приходится часто подниматься на поверхность, чтобы подышать, что она делает с помощью пары дыхательных трубок на головогруди. Через несколько дней в период куколки дорсальная поверхность головогруди расщепляется, и появляется взрослый комар. [16]
Как и все комары, взрослые виды Anopheles имеют стройное тело, состоящее из трех отделов: головы, груди и брюшка. Голова специализируется на получении сенсорной информации и питании. Он содержит глаза и пару длинных многочлениковых усиков . Усики важны для обнаружения запахов хозяина, а также мест размножения, где самки откладывают яйца. [16] Самок комаров, переносчиков паразитов Plasmodium , возбудителей малярии, значительно больше привлекает человеческое дыхание и запахи, чем неинфицированных комаров. [17] На голове есть удлиненный, выступающий вперед хоботок , используемый для питания, и два верхнечелюстных щупика . Эти щупики несут рецепторы углекислого газа — основного аттрактанта, который позволяет комару определять местонахождение своего хозяина. Грудная клетка специализирована для передвижения. К грудной клетке прикреплены три пары ног и пара крыльев. Брюшной отдел специализируется на переваривании пищи и развитии яиц. Эта сегментированная часть тела значительно расширяется, когда самка ест кровь. Кровь со временем переваривается, служа источником белка для производства яиц, которые постепенно заполняют брюшную полость . [16]
Anopheles можно отличить от других комаров по щупикам , длина которых равна длине хоботка, а также по наличию отдельных блоков черных и белых чешуек на крыльях. Взрослых особей можно также идентифицировать по их типичному положению в состоянии покоя: представители обоих полов отдыхают брюшком вверх, в отличие от комаров-кулицинов. Взрослые комары обычно спариваются в течение нескольких дней после выхода из стадии куколки. У большинства видов самцы образуют большие стаи , обычно в сумерках, а самки прилетают в стаи для спаривания. Продолжительность периода от яйца до взрослой особи значительно варьируется у разных видов и сильно зависит от температуры окружающей среды. Комары могут развиться от яйца до взрослой особи всего за пять дней, но в тропических условиях это может занять 10–14 дней. [16]
Самцы живут около недели, питаясь нектаром и другими источниками сахара . Самцы не могут питаться кровью, поскольку она оказывает токсическое воздействие и убивает их в течение нескольких дней, примерно столько же, сколько и при диете, состоящей только из воды. [18] Самки питаются источниками сахара для получения энергии, но для развития яиц обычно требуется кровь. После получения полноценной кровяной еды самка несколько дней отдыхает, пока кровь переваривается и развиваются яйца. Этот процесс зависит от температуры, но в тропических условиях обычно занимает 2–3 дня. Как только яйца полностью разовьются, самка откладывает их и возобновляет поиск хозяина. Цикл повторяется до тех пор, пока самка не умрет. Хотя в неволе самки могут жить дольше месяца, большинство из них не живут дольше одной-двух недель в природе. Продолжительность их жизни зависит от температуры, влажности и их способности успешно питаться кровью, избегая при этом защиты хозяина. [16]
Виды Anopheles обитают как в тропических районах, известных малярией, таких как Африка к югу от Сахары, так и в более холодных широтах. Действительно, вспышки малярии в прошлом случались в более холодном климате, например, во время строительства канала Ридо в Канаде в 1820-х годах. [19] Виды Anopheles , которые могут передавать малярию, не ограничиваются эндемичными по малярии районами, поэтому районы, где они были уничтожены, постоянно подвергаются риску повторного заноса заболевания. [20]
Комарам Anopheles требуются водоемы, возможно, небольшие и сезонные, для содержания их водных личинок и куколок. Подходящие места обитания варьируются от прудов до резервуаров с водой, болот, канав и луж. [21] Однако взрослые особи могут жить в засушливых регионах, таких как африканская саванна и Сахель . Они могут путешествовать далеко от воды, а подходящие ветры иногда уносят их на сотни километров. Взрослые особи могут находиться в состоянии спячки в течение нескольких месяцев, впадая в спячку в жаркую сухую погоду, что позволяет им выжить в засушливый сезон в Африке . [22] Кроме того, были зарегистрированы случаи, когда комары Anopheles путешествовали в багаже, например, на самолетах. [23]
К паразитам Anopheles относятся микроспоридии родов Amblyospora , Crepidulospora , Senoma и Parathelohania . [24] У микроспоридий наблюдаются два различных жизненных цикла. При первом типе паразит передается оральным путем и относительно видов неспецифичен. Во втором случае, хотя обычным путем заражения является также оральный путь, паразит попадает в организм уже инфицированного промежуточного хозяина. Инфекция личиночной формы насекомых часто является тканеспецифичной и обычно поражает жировое тело . Также встречается вертикальная (трансовариальная) передача. [25]
Паразитические бактерии Wolbachia изучались на предмет использования в качестве средств борьбы. [26]
Паук-скакун Evarcha culicivora косвенно питается кровью позвоночных, охотясь на самок комаров Anopheles . [27] Молодые пауки предпочитают Anopheles любой другой добыче, независимо от того, действительно ли она несет кровь. [28] Молодые пауки переняли специфическое для Anopheles поведение при захвате добычи, используя позу комаров Anopheles в качестве основного сигнала для их идентификации. [27] Anopheles имеет характерную позу покоя: живот наклонен вверх. В этом случае паук приближается к комару сзади и под его брюшком, а затем атакует снизу. [29]
Поскольку род Anopheles является единственным переносчиком малярии, его интенсивно изучают в поисках эффективных методов борьбы. Одним из важных поведенческих факторов является степень, в которой вид Anopheles предпочитает питаться людьми ( антропофилия ) или животными, такими как крупный рогатый скот или птицы (зоофилия). Антропофильные Anopheles с большей вероятностью передают малярийных паразитов от одного человека к другому. Большинство комаров Anopheles не являются исключительно антропофильными или зоофильными, включая основного переносчика малярии на западе США, A. freeborni . [30] [31] Однако первичные переносчики малярии в Африке , A. gambiae и A. funestus , сильно антропофильны и, следовательно, являются основными переносчиками малярии у человека. [16]
После проглатывания комара малярийные паразиты должны развиться внутри комара, прежде чем они станут заразными для человека. Время, необходимое для развития паразита в комаре (внешний инкубационный период ), колеблется в пределах 10–21 дня, в зависимости от вида паразита и температуры. Если комар не проживает достаточно долго для развития паразита, он не передает паразитов. [16]
Непосредственно измерить продолжительность жизни комаров в природе невозможно, но косвенные оценки суточной выживаемости были сделаны для нескольких видов Anopheles . Оценки суточной выживаемости в Танзании A. gambiae , переносчика опасного паразита Plasmodium falciparum , колебались от 0,77 до 0,84, что означает, что через один день выживают от 77% до 84%. [32] Если предположить, что эта выживаемость постоянна на протяжении всей взрослой жизни комара, менее 10% самок A. gambiae выживут дольше 14-дневного внешнего инкубационного периода. Если бы дневная выживаемость увеличилась до 0,9, более 20% комаров прожили бы дольше, чем за тот же период. Меры борьбы, основанные на инсектицидах (например, опрыскивание помещений остаточным количеством ), могут фактически повлиять на передачу малярии в большей степени за счет их воздействия на продолжительность жизни взрослых особей, чем за счет воздействия на популяцию взрослых комаров. [16]
Большинство комаров Anopheles ведут сумеречный (активны в сумерках или на рассвете) или ночной образ жизни (активны ночью). Некоторые питаются в помещении (эндофагически), а другие — на открытом воздухе (экзофагически). После питания некоторые кровяные комары предпочитают отдыхать в помещении (эндофильные), а другие — на открытом воздухе (экзофильные). Укусы ночных эндофагов комаров Anopheles можно заметно уменьшить за счет использования обработанных инсектицидами надкроватных сеток или улучшения конструкции жилищ, предотвращающей проникновение комаров (например, оконных сеток ). С эндофильными комарами легко бороться путем опрыскивания помещений остаточными инсектицидами. Напротив, с экзофагическими/экзофильными переносчиками лучше всего бороться путем уничтожения мест размножения, например, путем заполнения прудов. [16]
Поскольку для передачи заболевания комаром требуется проглатывание крови, кишечная флора может иметь влияние на успех заражения комара-хозяина. Кишечник личинок и куколок в основном колонизирован фотосинтезирующими цианобактериями , тогда как у взрослых особей преобладают грамотрицательные бактерии типов Pseudomonadota и Bacteroidota . Прием пищи с кровью резко сокращает разнообразие микроорганизмов в кишечнике, отдавая предпочтение бактериям. [33]
Инсектициды стали первым способом избавления территорий от малярийных комаров. Однако комары с коротким периодом генерации могут быстро развить устойчивость, как это было во время Глобальной кампании по ликвидации малярии в 1950-х годах. [34] Использование инсектицидов в сельском хозяйстве привело к появлению устойчивости популяций комаров, а это означает, что эффективная программа борьбы должна отслеживать устойчивость и переключаться на другие средства в случае обнаружения устойчивости. [35]
В 2016 году была предложена система генного драйва CRISPR-Cas9 для искоренения Anopheles gambiae [ 36] путем удаления гена dsx , вызывающего женское бесплодие. Было показано, что такая система генного драйва подавляет всю популяцию A. gambiae в клетках [37] в течение 7–11 поколений, обычно менее года. Это вызвало обеспокоенность как по поводу эффективности системы генного драйва, так и по поводу этических и экологических последствий такой программы искоренения. [38] Поэтому предпринимались попытки использовать систему генного драйва для более эффективного введения генов устойчивости к плазмодиям в этот вид, например, для нацеливания и выключения гена FREP1 у Anopheles gambiae. [39] Исследователи из Буркина-Фасо создали штамм гриба Metarhizium pinghaense , генетически модифицированный для производства яда австралийского воронкообразного паука ; В ходе контролируемого исследования воздействие грибка привело к исчезновению популяций комаров Anopheles на 99%. [40]
Общее название: Ноготный комар, болотный комар.