Published May 25, 2010
| Version v1
Publication
Open
Adaptive Developmental Delay in Chagas Disease Vectors: An Evolutionary Ecology Approach
Creators
- 1. Université Claude Bernard Lyon 1
- 2. Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive
- 3. Centre National de la Recherche Scientifique
- 4. Université de Tours
- 5. Universidad Nacional de La Plata
Description
The developmental time of vector insects is important in population dynamics, evolutionary biology, epidemiology and in their responses to global climatic change. In the triatomines (Triatominae, Reduviidae), vectors of Chagas disease, evolutionary ecology concepts, which may allow for a better understanding of their biology, have not been applied. Despite delay in the molting in some individuals observed in triatomines, no effort was made to explain this variability.We applied four methods: (1) an e-mail survey sent to 30 researchers with experience in triatomines, (2) a statistical description of the developmental time of eleven triatomine species, (3) a relationship between development time pattern and climatic inter-annual variability, (4) a mathematical optimization model of evolution of developmental delay (diapause).85.6% of responses informed on prolonged developmental times in 5(th) instar nymphs, with 20 species identified with remarkable developmental delays. The developmental time analysis showed some degree of bi-modal pattern of the development time of the 5(th) instars in nine out of eleven species but no trend between development time pattern and climatic inter-annual variability was observed. Our optimization model predicts that the developmental delays could be due to an adaptive risk-spreading diapause strategy, only if survival throughout the diapause period and the probability of random occurrence of "bad" environmental conditions are sufficiently high.Developmental delay may not be a simple non-adaptive phenotypic plasticity in development time, and could be a form of adaptive diapause associated to a physiological mechanism related to the postponement of the initiation of reproduction, as an adaptation to environmental stochasticity through a spreading of risk (bet-hedging) strategy. We identify a series of parameters that can be measured in the field and laboratory to test this hypothesis. The importance of these findings is discussed in terms of global climatic change and epidemiological consequences.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يعد الوقت التطوري للحشرات الناقلة مهمًا في الديناميكيات السكانية والبيولوجيا التطورية وعلم الأوبئة وفي استجاباتها للتغير المناخي العالمي. في الذرات الثلاثية (Triatominae، Reduviidae)، لم يتم تطبيق ناقلات مرض شاغاس، ومفاهيم البيئة التطورية، والتي قد تسمح بفهم أفضل لبيولوجيتها. على الرغم من التأخير في التحلل لدى بعض الأفراد الذي لوحظ في الترياتومين، لم يُبذل أي جهد لشرح هذا التباين. طبقنا أربع طرق: (1) مسح عبر البريد الإلكتروني تم إرساله إلى 30 باحثًا من ذوي الخبرة في الترياتومين، (2) وصف إحصائي للوقت التنموي لأحد عشر نوعًا من الترياتومين، (3) علاقة بين نمط وقت النمو والتغير المناخي بين السنوات، (4) نموذج تحسين رياضي لتطور تأخر النمو (diapause) .85.6 ٪ من الاستجابات أبلغت عن أوقات نمو مطولة في 5(th) حوريات المرحلة، مع تحديد 20 نوعًا بتأخيرات نمو ملحوظة. أظهر تحليل الوقت التنموي درجة معينة من النمط ثنائي النمط لوقت تطور المراحل الخامسة في تسعة من أصل أحد عشر نوعًا ولكن لم يلاحظ أي اتجاه بين نمط وقت التطور والتغير المناخي بين السنوات. يتنبأ نموذج التحسين الخاص بنا بأن التأخيرات التنموية يمكن أن تكون ناتجة عن استراتيجية الانقطاع التكيفي لتوزيع المخاطر، فقط إذا كان البقاء على قيد الحياة طوال فترة الانقطاع واحتمال الحدوث العشوائي للظروف البيئية "السيئة" مرتفعًا بما فيه الكفاية. قد لا يكون التأخير التنموي مرونة ظاهرية بسيطة غير تكيفية في وقت التطوير، ويمكن أن يكون شكلاً من أشكال الانقطاع التكيفي المرتبط بآلية فسيولوجية تتعلق بتأجيل بدء التكاثر، كتكيف مع العشوائية البيئية من خلال استراتيجية انتشار المخاطر (التحوط للرهان). نحدد سلسلة من المعلمات التي يمكن قياسها في الميدان والمختبر لاختبار هذه الفرضية. وتناقش أهمية هذه النتائج من حيث تغير المناخ العالمي والعواقب الوبائية.Translated Description (French)
Le temps de développement des insectes vecteurs est important dans la dynamique des populations, la biologie évolutive, l'épidémiologie et dans leurs réponses au changement climatique mondial. Chez les triatomines (Triatominae, Reduviidae), vecteurs de la maladie de Chagas, les concepts d'écologie évolutive, qui peuvent permettre une meilleure compréhension de leur biologie, n'ont pas été appliqués. Malgré le retard dans la mue chez certains individus observés chez les triatomines, aucun effort n'a été fait pour expliquer cette variabilité. Nous avons appliqué quatre méthodes : (1) un sondage par courriel envoyé à 30 chercheurs ayant de l'expérience dans les triatomines, (2) une description statistique du temps de développement de onze espèces de triatomines, (3) une relation entre le modèle de temps de développement et la variabilité interannuelle climatique, (4) un modèle d'optimisation mathématique de l'évolution du retard de développement (diapause) .85,6% des réponses informées sur les temps de développement prolongés chez les nymphes 5(th) instar, avec 20 espèces identifiées avec des retards de développement remarquables. L'analyse du temps de développement a montré un certain degré de modèle bimodal du temps de développement des 5(ème) stades chez neuf espèces sur onze, mais aucune tendance entre le modèle de temps de développement et la variabilité interannuelle climatique n'a été observée. Notre modèle d'optimisation prédit que les retards de développement pourraient être dus à une stratégie de diapause adaptative de répartition des risques, uniquement si la survie tout au long de la période de diapause et la probabilité d'occurrence aléatoire de « mauvaises » conditions environnementales sont suffisamment élevées. Le retard de développement peut ne pas être une simple plasticité phénotypique non adaptative en temps de développement, et pourrait être une forme de diapause adaptative associée à un mécanisme physiologique lié au report de l'initiation de la reproduction, en tant qu'adaptation à la stochasticité environnementale par le biais d'une stratégie de répartition des risques (bet-hedging). Nous identifions une série de paramètres qui peuvent être mesurés sur le terrain et en laboratoire pour tester cette hypothèse. L'importance de ces résultats est discutée en termes de changement climatique mondial et de conséquences épidémiologiques.Translated Description (Spanish)
El tiempo de desarrollo de los insectos vectores es importante en la dinámica de las poblaciones, la biología evolutiva, la epidemiología y en sus respuestas al cambio climático global. En los triatominos (Triatominae, Reduviidae), no se han aplicado vectores de la enfermedad de Chagas, conceptos de ecología evolutiva, que pueden permitir una mejor comprensión de su biología. A pesar del retraso en la muda en algunos individuos observados en triatominos, no se hizo ningún esfuerzo para explicar esta variabilidad. Aplicamos cuatro métodos: (1) una encuesta por correo electrónico enviada a 30 investigadores con experiencia en triatominos, (2) una descripción estadística del tiempo de desarrollo de once especies de triatominos, (3) una relación entre el patrón de tiempo de desarrollo y la variabilidad interanual climática, (4) un modelo de optimización matemática de la evolución del retraso en el desarrollo (diapausa). El 85,6% de las respuestas informaron sobre tiempos de desarrollo prolongados en ninfas del quinto estadio, con 20 especies identificadas con notables retrasos en el desarrollo. El análisis del tiempo de desarrollo mostró cierto grado de patrón bimodal del tiempo de desarrollo de los 5(º) estadios en nueve de las once especies, pero no se observó ninguna tendencia entre el patrón del tiempo de desarrollo y la variabilidad climática interanual. Nuestro modelo de optimización predice que los retrasos en el desarrollo podrían deberse a una estrategia de diapausa adaptativa de propagación del riesgo, solo si la supervivencia durante todo el período de diapausa y la probabilidad de ocurrencia aleatoria de condiciones ambientales "malas" son lo suficientemente altas. El retraso en el desarrollo puede no ser una simple plasticidad fenotípica no adaptativa en el tiempo de desarrollo, y podría ser una forma de diapausa adaptativa asociada a un mecanismo fisiológico relacionado con el aplazamiento del inicio de la reproducción, como una adaptación a la estocasticidad ambiental a través de una estrategia de propagación del riesgo (cobertura de apuestas). Identificamos una serie de parámetros que se pueden medir en campo y laboratorio para probar esta hipótesis. La importancia de estos hallazgos se discute en términos de cambio climático global y consecuencias epidemiológicas.Files
journal.pntd.0000691&type=printable.pdf
Files
(853.6 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:abca1334860dcdf76e7c2cca8470997f
|
853.6 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تأخر النمو التكيفي في نواقل مرض شاغاس: نهج بيئي تطوري
- Translated title (French)
- Retard de développement adaptatif chez les vecteurs de la maladie de Chagas : une approche écologique évolutive
- Translated title (Spanish)
- Retraso adaptativo del desarrollo en vectores de la enfermedad de Chagas: un enfoque de ecología evolutiva
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2061770985
- DOI
- 10.1371/journal.pntd.0000691
References
- https://openalex.org/W1523856098
- https://openalex.org/W1945474795
- https://openalex.org/W1972473036
- https://openalex.org/W1972499178
- https://openalex.org/W1972583539
- https://openalex.org/W1972726694
- https://openalex.org/W1975967631
- https://openalex.org/W1977302094
- https://openalex.org/W1978017033
- https://openalex.org/W1978518691
- https://openalex.org/W1984632837
- https://openalex.org/W1991470151
- https://openalex.org/W1993483172
- https://openalex.org/W1998933277
- https://openalex.org/W1999003339
- https://openalex.org/W2007137137
- https://openalex.org/W2008590615
- https://openalex.org/W2010600967
- https://openalex.org/W2017734282
- https://openalex.org/W2019962508
- https://openalex.org/W2023667568
- https://openalex.org/W2024145064
- https://openalex.org/W2028465841
- https://openalex.org/W2032450785
- https://openalex.org/W2034969466
- https://openalex.org/W2038317799
- https://openalex.org/W2038944151
- https://openalex.org/W2040249941
- https://openalex.org/W2045270111
- https://openalex.org/W2061207356
- https://openalex.org/W2068619867
- https://openalex.org/W2073317443
- https://openalex.org/W2075154326
- https://openalex.org/W2076489529
- https://openalex.org/W2079601051
- https://openalex.org/W2084153273
- https://openalex.org/W2084434060
- https://openalex.org/W2085850813
- https://openalex.org/W2090257000
- https://openalex.org/W2093158405
- https://openalex.org/W2094365816
- https://openalex.org/W2095219833
- https://openalex.org/W2106779258
- https://openalex.org/W2116434469
- https://openalex.org/W2122346080
- https://openalex.org/W2141440056
- https://openalex.org/W2150323820
- https://openalex.org/W2159568015
- https://openalex.org/W2164894890
- https://openalex.org/W2169095829
- https://openalex.org/W2314834238