Α(>ιθμ. Πρ6)ΐοκ
ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑ—
---ΣΧΟΑΗ ΓΕΩΠΟΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΦΥΤΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΑΓΡΟΤΙΚΟΥ
ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ
49
-40
-Ίοο<,
ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΤΟΜΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΓΕΩΡΓΙΚΗΣ
ΖΩΟΛΟΓΙΑΣ
Πτυχιακή Διατριβή
Τσαμαντάνη Κυβέλη
«Προκαταρκτική μελέτη της επίδρασης εντομοκτόνων στη
συμμετρία των άκρων του σώματος της αφίδας
Myzus persicae
(Sulzer) (Hemiptera: Aphididae)»
Ειδική Συλλογή «Γκρίζα Βιβλιογραφία» Αριθ. Εισ.: 4891/2 Ημερ. Εισ.: 7/9/2006 Δωρεά: Συγγραφέα Ταξιθετικός Κωδικός: ΠΤ - ΦΠΑΠ 2005 ΤΣΑ
συμμετρία των άκρων του σώματος της αψίδας
Myzus
persicae
(Sulzer) (Hemiptera: Aphididae)
ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ
I. Α. ΤΣΙΤΣΙΠΗΣ, Επιβλέπων Καθηγητής
Καθηγητής Τμήματος Γεωπονίας Φυτικής Παραγωγής
Αγροτικού Περιβάλλοντος
Π. ΑΟΑΑΣ, Μέλος
Καθηγητής Τμήματος Γεωπονίας Φυτικής Παραγωγής
Αγροτικού Περιβάλλοντος
Ν. ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΑΟΣ, Μέλος
Επίκουρος καθηγητής Γεωπονίας Φυτικής Παραγωγής
Αγροτικού Περιβάλλοντος
και
και
και
ΠΡΟΛΟΓΟΣ
Στην παρούσα διατριβή γίνεται μια προκαταρκτική μελέτη της επίδρασης εντομοκτόνων στη συμμετρία των άκρων του σώματος ενηλίκων ατόμων της αφίδας Myzus persicae. Οι κλώνοι που μελετήθηκαν προέρχονται από καλλιέργειες και σπορεία καπνού . Η διατριβή αποτελείται από δύο μέρη. Στο γενικό μέρος παρατίθενται γενικές πληροφορίες για τις αφίδες, τη βιολογία τους, ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της Μ. persicae, η έννοια και ο ορισμός της ασυμμετρίας και η χρήση εντομοκτόνων με τις επιδράσεις τους γενικά στα ζώα. Στο ειδικό μέρος, παρουσιάζονται τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν και οι μέθοδοι που ακολουθήθηκαν για τη διεκπεραίωση του πειράματος. Επίσης παρατίθενται τα αποτελέσματα που διεξήχθησαν, η συζήτηση και τα συμπεράσματα της όλης διαδικασίας.ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ
Η παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε χάρη στη συμβολή και τη συμπαράσταση ορισμένων ανθρώπων, που με τις γνώσεις και την υπομονή τους, συμμετείχαν ενεργά στην ολοκλήρωσή της, τους οποίους και θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαιτέρως και ονομαστικά. Ευχαριστώ τον επιβλέποντα Καθηγητή μου I. Α. Τσιτσιπή για την υπόδειξη του θέματος της πτυχιακής διατριβής μου, τις γνώσεις και τη βοήθεια που μου προσέφερε κατά τη διάρκειά της. Ευχαριστώ το Διδάκτορα I. Μαργαριτόπουλο για το ενδιαφέρον του, την καθοδήγηση και τη συνεργασία του. Επίσης ευχαριστώ τον Υποψήφιο Διδάκτορα κ. Ζάρπα για την πολύτιμη βοήθεια και συνεργασία του. Ευχαριστώ το μεταπτυχιακό φοιτητή Π. Σκούρα για την συνεργασία και το χρόνο που διέθεσε στη πραγματοποίηση των στατιστικών αναλύσεων. Τέλος ευχαριστώ τη φίλη γεωπόνο Μ. Τζώρτζη καθώς και όλα τα μέλη του εργαστηρίου για τις υποδείξεις, τη συμπαράσταση και τη βοήθεια κατά τη διάρκεια της εργασίας μου.ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
Πρόλογος
4
Ευχαριστίες
5
Περίληψη
7
Σκοπός μελέτης
8
Α. Γενικό μέρος
9
1. Εισαγωγή
9
2. Στοιχεία βιολογίας αψίδων
11
3. Μέθοδος μελέτης γενετικού πολυμορφισμού στις αψίδες :
13
Σωματομετρία
4.
Myzus persicae
( Sulzer)
17
5. Ασυμμετρία
20
6. Εντομοκτόνα
26
Β. Ειδικό μέρος
32
1. Εισαγωγή
32
2. Υλικά και μέθοδοι
33
3. Αποτελέσματα
39
4. Συζήτηση
49
5. Βιβλιογραφία
52
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Η διεξαγωγή του πειράματος για τη μελέτη της επίδρασης εντομοκτόνων στη συμμετρία των άκρων του σώματος της αφίδας Myzus persicae βασίστηκε στη συλλογή δειγμάτων που βρέθηκαν σε καπνόφυτα. Δημιουργήθηκαν παρθενογενετικές σειρές από έντομα που συλλέχθηκαν στον αγρό. Οι σειρές εκτράφηκαν σε φύλλα καπνού στους 23°C και L16: D8. Περίπου δώδεκα ενήλικα, άπτερα, παρθενογενετικά, θηλυκά άτομα από κάθε παρθενογενετική σειρά έγιναν μόνιμα παρασκευάσματα (slides). Σε κάθε άτομο μετρήθηκαν είκοσι δύο χαρακτηριστικά, έντεκα σε κάθε πλευρά του σώματός του. Στη συνέχεια επιλέχθηκαν δύο κλώνοι, οι οποίοι εκτέθηκαν σε διάφορες συγκεντρώσεις των εντομοκτόνων Confidor (δ.ο:imidac 1 oprid) και Hostaquick (δ.ο. heptenophos) από το πρώτο νυμφικό στάδιο και από τα ενήλικα που επέζησαν έγιναν μόνιμα παρασκευάσματα τα οποία σωματομετρήθηκαν με την ίδια μέθοδο. Η απόκλιση του μεγέθους του σώματός τους από τα δεδομένα του μάρτυρα απαίτησε και τη ζύγιση αυτών, ώστε να συγκριθεί η ύπαρξη ή μη ισόποσης αύξησης του μεγέθους και του βάρους τους.ΣΚΟΠΟΣ ΜΕΛΕΤΗΣ
Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση ύπαρξης ασυμμετρίας μεταξύ πληθυσμών της αφίδας Myzus persicae (Sulzer) που συλλέχθηκαν από καλλιέργειες και σπορεία καπνού (Nicotiana tabacum) από διάφορες περιοχές της Ελλάδας. Το πείραμα βασίστηκε σε δύο μεταχειρίσεις των παρθενογενετικών σειρών που δημιουργήθηκαν στο εργαστήριο. Αρχικά, στη διατήρησή τους σε σταθερές, ελεγχόμενες συνθήκες περιβάλλοντος, και κατόπιν στην εφαρμογή υποθανατηφόρων δόσεων εντομοκτόνων ουσιών. Η σωματομέτρηση των ατόμων, η σύγκριση και η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων θα δώσει πληροφορίες για την ύπαρξη ή μη ασυμμετρίας στους πληθυσμούς των παρθενογενετικών σειρών των αφίδων και την επίδραση χημικών ουσιών στην ανάπτυξη και την εξέλιξή τους. Η μελέτη αυτή θα αποτελέσει την απαρχή για περαιτέρω έρευνες στους παράγοντες που ευθύνονται για την εμφάνιση ασυμμετρίας ή μη στους πληθυσμούς των αφίδων, τόσο των περιβαλλοντικών, όσο και αντιδράσεων του νευρικού συστήματος των ατόμων ως αντίδραση στα εξωτερικά ερεθίσματα.
ΓΕΝΙΚΟ ΜΕΡΟΣ
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Οι αφίδες είναι έντομα γνωστά με τα κοινά ονόματα μελίγκρα, ψείρα, μέλουρα και φυτόψειρα. Ξεχωρίζουν από τα άλλα φυτοφάγα έντομα λόγω: α) των αποτελεσματικών μηχανισμών διασποράς και εύρεσης ξενιστή, β) της χρησιμοποίησης, του φυτικού χυμού ως πηγή τροφής και γ) της παρθενογένεσης. Ανήκουν στην υπεροικογένεια Aphidoidea στη σειρά Sternorrhyncha της τάξης Hemiptera και έχουν περιγράφει περίπου 4000 είδη. Ο μεγαλύτερος αριθμός ειδών αφίδων απαντάται στις εύκρατες περιοχές και εκεί το 25% των φυτικών ειδών προσβάλλονται από αφίδες. Υπάρχουν για σχεδόν 280 εκατομμύρια χρόνια και από την αρχή είχαν μικρό μέγεθος και αναπαράγονταν παρθενογενετικά (Dixon 1998). Είναι μικρόσωμα έντομα μήκους συνήθως 1-7 mm. Έχουν συνήθως μακριά πόδια με δίαρθρους ταρσούς, μακρύ ρύγχος και κεραίες που αποτελούνται από ένα έως έξι άρθρα. Το σώμα τους είναι συνήθως μαλακό. Οι πτερωτές μορφές έχουν δύο ζεύγη διαφανών πτερύγων. Τα περισσότερα είδη είναι πολυμορφικά. Εκτός από τα μορφολογικά χαρακτηριστικά της υπεροικογένειας στην οποία ανήκουν, οι πιο πολλές αφίδες έχουν στο νωτιαίο τεργίτη του πέμπτου κοιλιακού δακτυλίου ένα ζεύγος σωληνόμορφων αποφύσεων, που ονομάζονται σιφώνια ή κεράτια και στην άκρη της κοιλιάς μια απόφυση που λέγεται ουρίτσα ή ουρά (cauda). Ρόλος των σιφωνίων είναι η απελευθέρωση φερομόνης συναγερμού όταν προσβληθεί ή εκτεθεί σε κίνδυνο η αφίδα από κάποιο εχθρό, προκαλώντας τη διασπορά των υπολοίπων ατόμων που βρίσκονται πλησίον της (Dixon 1998). Ζουν κυρίως σε τρυφερούς βλαστούς και τρυφερά φύλλα διαφόρων φυτοόν. Μερικά είδη είναι ριζόβια (προσβάλουν τις ρίζες) ή φυλλόβια και ριζόβια (προσβάλουν φύλλα και ρίζες) και αρκετά είναι κηκιδόβια (ζουν μέσα σε κηκίδες που δημιουργούνται στο φύλλωμα των φυτών ξενιστών τους, π.χ. Pemphigus betae Doane (Hemiptera: Aphididae). Ζουν συνήθως σε ομάδες το ένα κοντά στο άλλο με την κεφαλή συνήθως προς τη βάση του βλαστού ή του φύλλου. Πολλά είδη δημιουργούν πυκνές αποικίες και την άνοιξη μπορεί να σκεπάσουν ολόκληρο το κορυφαίο μέροςτων νέων βλαστών ορισμένων φυτών. Είναι έντομα στρατηγικής "r" γι' αυτό αποικίζουν γρήγορα και αποτελεσματικά τους ξενιστές τους. Τα θηλυκά των παρθενογενετικών γενεών είναι στις περισσότερες αφίδες ζωοτόκα, ενώ της γενιάς που αναπαράγεται εγγενώς είναι ωοτόκα. Οι αφίδες είναι μυζητικά έντομα και τρέφονται σχεδόν συνεχώς καθ' όλη τη διάρκεια ζωής τους. Αφαιρούν μεγάλη ποσότητα χυμού από τα φυτά και το νύγμα πολλών ειδών προκαλεί συστροφή των φύλλων. Τα άφθονα μελιτώδη απεκκρίματα ορισμένων ειδών ρυπαίνουν το φύλλωμα και τους καρπούς και ευνοούν την ανάπτυξη καπνιάς, που δημιουργείται από ανάπτυξη σαπροφυτικών μυκήτων. Σε πολλά είδη έχουν αναπτυχθεί σχέσεις συμβίωσης με μυρμήγκια, τα οποία συλλέγουν τα μελιτώδη απεκκρίματα προστατεύοντας τις αφίδες από διάφορους εχθρούς (Dixon 1973). Οι αφίδες είναι από τις κυριότερες κατηγορίες εντόμων που μεταδίδουν στα φυτά παθογόνους ιούς. Ορισμένα είδη είναι φορείς πολλών ιών και προκαλούν σοβαρές ζημιές στα καλλιεργούμενα φυτά. Οι πυκνοί συνήθως πληθυσμοί τους, ο μεγάλος αριθμός γενεών το έτος, που συχνά ξεπερνά τις 10 και η μετάδοση ιών στα φυτά κατατάσσουν τις αφίδες ανάμεσα στους πιο βλαβερούς εχθρούς των καλλιεργούμενων φυτών. Οι αφίδες είναι άφθονες κυρίως την άνοιξη και το φθινόπωρο και γενικά σε μετρίως θερμό και υγρό καιρό. Την άνοιξη τα παρθενογενετικά θηλυκά αναπαράγονται ταχύτατα, γιατί οι συγκεκριμένες καιρικές συνθήκες και τα άφθονα τρυφερά φύλλα και βλαστοί ευνοούν την ανάπτυξή τους. Σε κλίματα όπως της Ελλάδας, οι θερμοί και ξηροί μήνες του καλοκαιριού δεν ευνοούν τη συνεχή αναπαραγωγή των αφίδων και οι πληθυσμοί τους περιορίζονται σημαντικά. Στην Ελλάδα το μέγιστο του αριθμού των ειδών αφίδων όπως και των πληθυσμών τους παρατηρείται κατά το μήνα Μάιο (Τσιτσιπής et al. 1998). Οι αφίδες έχουν ένα μεγάλο αριθμό φυσικών εχθρών που συμβάλλουν στον έλεγχο των πληθυσμών τους. Μεταξύ των φυσικών εχθρών τους οι σπουδαιότεροι είναι έντομα. Μεταξύ αυτών υπάρχουν είδη Διπτέρων (Syrphidae, Cecidomyiidae), Νευροπτέρων (Chrysopidae, Hemerobiidae), Κολεοπτέρων (Coccinellidae, Carabidae, Staphyllinidae), Υμενοπτέρων (Proctotrupidae, Chalcididae, Braconidae, Aphidiidae). Επιπλέον υπάρχουν αρπακτικά είδη που ανήκουν στα αραχνοειδή καθώς και σε taxa μυκήτων. Επίσης είδη μυκήτων των γενών Empusa, Entomophthora και Verticillium, τα οποία έχουν χαρακτηριστεί ως παθογόνα.
ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΤΩΝ ΑΦΙΛΩΝ
Στα ετερόονκα (μεταναστευτικά) είδη αφίδων τα χειμερινά ωά γεννιούνται στο φλοιό του κορμού του κύριου ξενιστή το φθινόπωρο. Η εκκόλαψη των ωοόν γίνεται την άνοιξη και προκύπτουν άπτερα παρθενογενετικά θηλυκά, που λέγονται θεμελιωτικά ή ιδρυτικά άτομα (fundatrix). Τα άπτερα αναπαράγονται παρθενογενετικά και τα άτομα επακόλουθων παρθενογενετικών γενεών παρουσιάζουν προοδευτικές μορφολογικές μεταβολές (Lees 1966). Μετά από ένα αριθμό γενεών γεννιούνται τα πτερωτά παρθενογενετικά θηλυκά (alatae fundatrigeniae), που διασκορπίζονται σε φυτά που ανήκουν στο ίδιο είδος με τον κύριο ξενιστή, ή μεταναστεύουν σε δευτερεύοντες ποώδεις ξενιστές. Εκεί, την άνοιξη και το καλοκαίρι η μια παρθενογενετική γενιά διαδέχεται την άλλη. Όμως, εκτός από άπτερες μορφές παράγονται και πτερωτά παρθενογενετικά θηλυκά (alatae alienicolae) που διασπείρονται σε άλλα φυτά κι εκεί συνεχίζουν την παρθενογενετική αναπαραγωγή. Στα Aphididae παράγονται στο δευτερεύοντα ξενιστή πτερωτά θηλυτόκα (gynoparae) και αρσενικά κατά τη διάρκεια του φθινοπώρου. Αυτά θα μεταναστεύσουν στον κύριο ξενιστή όπου τα θηλυτόκα θα γεννήσουν τα έμφυλα ωοτόκα θηλυκά (oviparae), τα οποία συζευγνύονται με τα αρσενικά και εναποθέτουν τα χειμερινά ωά. Στα Pemphigidae παράγεται στους δευτερεύοντες ξενιστές μόνο μια μεταναστευτική μορφή, τα πτερωτά παρθενογενετικά θηλυκά, που λέγονται φυλογόνα (sexuparae). Αυτά γεννούν στον πρωτεύοντα ξενιστή άπτερα αρσενικά και έμφυλα ωοτόκα θηλυκά. Τα θηλυκά που επιστρέφουν στον πρωτεύοντα ξενιστή πολλές φορές παρουσιάζουν μορφολογικές διαφορές από αυτά που μεταναστεύουν την άνοιξη στους δευτερεύοντες ξενιστές (Blackman & Eastop 2000).Στα μονόοικα (μη μεταναστευτικές αφίδες) είδη, π.χ. Aphis rumicis L. (Hemiptera: Aphididae) ο ετήσιος κύκλος πραγματοποιείται στο ίδιο φυτό ή σε φυτά του ίδιου είδους. Το φθινόπωρο άπτερα παρθενογενετικά θηλυκά (φυλογόνα) θα γεννήσουν ωοτόκα και αρσενικά, που είναι συνήθως άπτερα αφού δε χρειάζεται να μεταναστεύσουν για να συμπληρωθεί ο βιολογικός τους κύκλος. Τα περισσότερα μονόοικα είδη που αποικίζουν ποοδδη φυτά πιστεύεται ότι εξελίχθηκαν μέσα από την
ετεροοικία, ενώ αρκετά από αυτά παρουσιάζουν μεγάλη συγγένεια με ετερόοικα είδη που χρησιμοποιούν το συγκεκριμένο ποώδες φυτό ως δευτερεύοντα ξενιστή (Dixon 1998). Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό των αφίδων είναι η τηλεσκόπιση των γεννών, δηλαδή, η ανάπτυξη του εμβρύου αρχίζει πριν ακόμη γεννηθεί η μητέρα του, ενώ με την ενηλικίωσή της το έντομο είναι έτοιμο να γεννηθεί. Η τηλεσκόπιση σε συνδυασμό με τη ζωοτοκία επιτρέπει την ανάπτυξη μεγάλων πληθυσμών, ενώ παράλληλα οδηγεί στη μείωση της μέσης διάρκειας γενιάς των αφίδων, με αποτέλεσμα τη γρήγορη αύξηση των πληθυσμών τους. Επίσης, το χαρακτηριστικό της τηλεπισκόπησης έχει ως αποτέλεσμα οι αφίδες να συμπληρώνουν την ανάπτυξή τους σε χρόνο τρεις φορές μικρότερο από άλλα ισομεγέθη έντομα και οι πληθυσμοί τους να επιτυγχάνουν ρυθμούς αύξησης όμοιους με αυτούς μικρότερων ζώων, όπως π.χ. τα ακάρεα (Dixon 1998). Συχνά, κατά τη διάρκεια του βιολογικού κύκλου των αφίδων εμφανίζεται το φαινόμενο της ανολοκυκλικότητας, δηλαδή έλλειψη της ικανότητας για σεξουαλική αναπαραγωγή. Έχουν βρεθεί είδη αφίδων, που είναι αποκλειστικά ανολοκυκλικά και αναπαράγονται όλο το χρόνο παρθενογενετικά. Επιπλέον, υπάρχουν είδη μερικώς ανολοκυκλικά. Στα μερικώς ανολοκυκλικά είδη, οι ανολοκυκλικοί γενότυποι είτε βρίσκονται στην ίδια περιοχή μαζί με ολοκυκλικούς είτε σε άλλες περιοχές του εύρους εξάπλωσης του είδους (Blackman & Eastop 2000). Αν και οι ανολοκυκλικοί γενότυποι έχουν την ικανότητα να αποκτήσουν ανθεκτικότητα στα εντομοκτόνα, να αποικίσουν ανθεκτικές ποικιλίες και να παρουσιάσουν υψηλότερο ρυθμό αύξησης από ότι οι αντίστοιχοι ολοκυκλικοί, μόνο το 3% των ειδών είναι αποκλειστικά ανολοκυκλικά (Blackman 1980). Από την άλλη πλευρά, φαίνεται, ότι η σεξουαλική αναπαραγωγή προσδίδει σημαντικές δυνατότητες προσαρμογής και επιβίωσης στις αφίδες. Ανεξάρτητα από τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του ενός ή του άλλου τρόπου αναπαραγωγής, φαίνεται ότι ο πολυμορφισμός που παρουσιάζουν διάφορα είδη αφίδων προσδίδει σε αυτές μια μεγαλύτερη ικανότητα επιβίωσης, καθώς μπορούν και προσαρμόζονται σε διάφορα περιβάλλοντα. Ένας μεγάλος αριθμός ειδών αφίδων είναι εξειδικευμένος σε ένα φυτό ξενιστή και ορισμένα είδη, που είναι οικονομικώς σημαντικά, είναι εξαιρετικά πολυφάγα. Η ανάπτυξη φυλών προσαρμοσμένων σε ένα ξενιστή είναι μια διαδικασία φυσικής επιλογής, όπου, νέοι πληθυσμοί αφίδων ξεπερνούν τους μηχανισμούς αντίστασης των φυτών και προσαρμόζονται σε συγκεκριμένα φυτά ξενιστές. Χαρακτηριστικά, η
Myzus persicae (Sulzer) (Hemiptera : Aphididae) προσαρμόζεται σε συγκεκριμένα φυτά ξενιστές και έτσι μπορεί να γίνει διαχωρισμός ανάμεσα σε πληθυσμούς που τρέφονται στον καπνό (Nicotiana tabacum) και σε εκείνους που προέρχονται από άλλους ξενιστές. Παράγοντες που καθορίζουν την τάση για εποικισμό των ατόμων είναι τα χαρακτηριστικά του φυτού ξενιστή, η χημική του σύσταση, η μορφολογία του, ο ανταγωνισμός με άλλα φυτοφάγα είδη , οι φυσικοί εχθροί και οι ενδοειδικές αλληλεπιδράσεις.
ΜΕΘΟΔΟΣ ΜΕΛΕΤΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΟΥ ΠΟΛΥΜΟΡΦΙΣΜΟΥ
ΣΤΙΣ ΑΦΙΛΕΣ
ΣΩΜΑΤΟΜΕΤΡΙΑ
Η σωστή διάκριση ειδών που αποτελούν σημαντικούς εχθρούς για τις καλλιέργειες συμβάλλει στον αποτελεσματικό έλεγχό τους. Στις μέρες μας, έχουν επινοηθεί πολυάριθμες τεχνικές για τον ακριβή χαρακτηρισμό και τον ουσιώδη προσδιορισμό διάφορων σημαντικών εχθρών των καλλιεργειών. Όμως, οι περισσότερες από αυτές απαιτούν τη χρήση ειδικών μεθόδων για τη διατήρηση και το χειρισμό των δειγμάτων, πράγμα που πολλές φορές είναι δύσκολο να πραγματοποιηθεί. Η εξωτερική μορφολογία είναι, ίσως, το βασικότερο κριτήριο προκειμένου να αποφανθεί κανείς αν υπάρχουν επαρκείς διαφορές μεταξύ των ειδών. Όμως, η μέθοδος παρατήρησης της εξωτερικής μορφολογίας (σχήμα, υφή, χρώμα του σώματος, σχέδια που πιθανόν να υπάρχουν κ.α.) του εντόμου δεν είναι εύχρηστη για τα μικρού μεγέθους έντομα όπως π.χ. οι αφίδες. Επιπλέον, η μέθοδος αυτή δεν δύναται να εντοπίσει τις διαφορές ανάμεσα σε είδη που μοιάζουν αρκετά μεταξύ τους ή σε άτομα του ίδιου είδους. Για τους παραπάνω λόγους, χρησιμοποιείται ευρέως ητεχνική της σωματομετρίας. Η σωματομετρία, ως τεχνική, περιλαμβάνει τη μέτρηση ορισμένων μορφολογικών χαρακτηριστικών του εντόμου και κατόπιν τη στατιστική ανάλυση των τιμών που προκύπτουν μετά τη μέτρηση. Αυτό προϋποθέτει τη δημιουργία μόνιμων Εικόνα 1. Μόνιμα παρασκευάσματα (slides) αφίδων για μέτρηση μορφολογικών χαρακτη ριστικών. παρασκευασμάτων (slides) (εικόνα 1) με το προς εξέταση έντομο , ενώ η μέτρηση των χαρακτηριστικών γίνεται σε μικροσκόπιο αντίθεσης φάσης στο οποίο υπάρχει μικρομετρική κλίμακα. Όσον αφορά τις αφίδες, ορισμένα από τα μορφολογικά χαρακτηριστικά που εξετάζονται συνήθως είναι: το μήκος κάποιου άρθρου της κεραίας π.χ. του 3ου (ant III), το μήκος του βασικού τμήματος του τελευταίου άρθρου της κεραίας (base VI), το μήκος του τελικού τμήματος του τελευταίου άρθρου της κεραίας (pt), το μήκος του τελευταίου άρθρου του ρύγχους (urs), το μήκος του μηρού (hf), το μήκος της κνήμης (ht), το μήκος του δεύτερου ταρσομερούς (Ιϋς), το μήκος των σιφωνίων (Is), το μέγιστο πλάτος των σιφωνίων (mws), το μήκος της ουράς (lc) (Ilarco, 1987). Βασικός στόχος της σωματομετρίας είναι να εντοπίσει την παραλλακτικότητα στα μορφολογικά χαρακτηριστικά ανάμεσα στα άτομα ενός δείγματος. Η ύπαρξη παραλλακτικότητας συμβάλλει στο διαχωρισμό και προσδιορισμό των διαφορετικών ειδών που πιθανόν να υπάρχουν στο συγκεκριμένο δείγμα ή την τοποθέτηση των ατόμων του δείγματος σε ομάδες με διαφορετικά χαρακτηριστικά.
Οι μέθοδοι στατιστικής ανάλυσης που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι πολύπλοκες ή σχετικά απλές.
Η
πιο απλή περιλαμβάνει τον προσδιορισμό απλών στατιστικών παραμέτρων, όπως μέσοι όροι και τυπικά σφάλματα. Οι πιο σύγχρονες μέθοδοι που χρησιμοποιούνται σε μορφομετρικές μελέτες είναι: α)Η
μέθοδος της Ανάλυσης Κανονικών Μεταβλητών (Canonical Variates Analysis, CVA) (Blackman 1987, Lazzari & Voegtlin 1993, Blackman & Spence 1994). β)Η
μέθοδος της Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών (Principal Component Analysis, PCA). γ)Η
μέθοδος της Διαφοροποιούσας Ανάλυσης (Discriminant Analysis), δ)Η
μέθοδος"μη
παραμητρικά δέντρα ταξινόμησης". (Zintzaras et al. 1994).Η
μέθοδος Διαφοροποιούσας Ανάλυσης (Discriminal Analysis) με τη χρήση των γραμμικών εξισώσεων του Fisher τοποθετεί μια ατομική αφίδα σε μια ομάδα με βάση τις μεταβλητές που μετρήθηκαν στη συγκεκριμένη ατομική αφίδα, έτσι ώστε η συνάρτηση πυκνότητας να μεγιστοποιηθεί (Krzanowski 1990).Η
ανάλυση κανονικών μεταβλητών (CVA) παρέχει απεικόνιση σε δυο ή τρεις διαστάσεις των παρθενογενετικών σειρών των αφίδων με βάση τα μορφολογικά χαρακτηριστικά τους (μεταβλητές).Η
συγκεκριμένη μέθοδος εξετάζει διαχωρισμό ανάμεσα σε ένα σύνολο από ομάδες π.χ. αφίδων (Digby & Kempton 1994), που σχετίζεται με την παραλλακτικότητα εντός των ομάδων. Τελευταία προτάθηκε η εφαρμογή μιας καινούριας μεθόδου κατάταξης (Zintzaras et al. 1994) για την κατάταξη των αφίδων, η οποία ονομάζεται "μη παραμητρικά δέντρα ταξινόμησης". Έχει τη μορφή ενός δέντρου που διακλαδίζεται σε ενδιάμεσους και τελικούς κλάδους. Χρησιμοποιώντας τις μετρούμενες μεταβλητές για κάθε ατομική αφίδα, κάθε διαίρεση ενός κλάδου δημιουργεί υποκλάδους, που είναι καθαρότεροι από το μητρικό κλάδο. Αυτό σημαίνει ότι χρησιμοποιεί ως κριτήριο διαχωρισμού (splitting criterion) την αύξηση της καθαρότητας (purity), όταν ένας κλάδος διαχωρίζεται σε επιμέρους κλάδους και το μέγεθος του δέντρου ελέγχεται από μια οριακή, προκαθορισμένη τιμή του ποσοστού μη ταξινομημένων ατόμων (apparent misclassification rate, AMR) μετά από κάθε διαίρεση ενός κλάδου. Αυτή η προσέγγιση καθιστά την κατασκευή του δέντρου απλή και επομένως γρηγορότερη από την ελάττωση του μεγέθους της πολυπλοκότητας της συγκεκριμένης λειτουργίας (Breiman et al. 1984).Η
μέθοδος έχει το πλεονέκτημα ότι επιτρέπει την οπτική έρευνα της κατασκευής των δεδομένων σε οποιοδήποτε στάδιο αύξησης του δέντρου. Το 1987 ο Blackman πραγματοποίησε μορφομετρικές μελέτες σε ένα μεγάλο αριθμό δειγμάτων της αφίδας Μ. persicae που συλλέχθηκαν από διαφορετικούςξενιστές από τέσσερις ηπείρους. Έδειξε ότι οι αφίδες του είδους Μ. persicae που τρέφονται στον καπνό (Nicotiana tabacum L. (Solanaceae) μπορούν να διαχωριστούν με τη χρήση της ανάλυσης πολλαπλών μεταβλητών και ότι αποτελούν διαφορετικό είδος. Οι αφίδες του καπνού παρουσιάζουν μορφολογική διαφοροποίηση και διαχωρίζονται από εκείνες που προέρχονται από άλλα φυτά-ξενιστές, γιατί αντιπροσώπευαν μια διαφορετική ομάδα γενοτύπων προσαρμοσμένη σε συγκεκριμένο φυτό-ξενιστή (Field et al. 1994, Margaritopoulos et al. 1998). Oi Margaritopoulos et al. (2000), προκειμένου να καταλήξουν στο παραπάνω συμπέρασμα, χρησιμοποίησαν, εκτός από τη μέθοδο Ανάλυσης Κανονικών Μεταβλητών) και τη μέθοδο "μη παραμετρικά δέντρα ταξινόμησης". Πολλές φορές, προκειμένου να εξετασθούν οι σχέσεις ανάμεσα σε μια ομάδα συσχετιζόμενων μεταβλητών, είναι χρήσιμο να μετασχηματισθεί η αρχική ομάδα των μεταβλητών σε μια νέα ομάδα από μη συσχετιζόμενες μεταβλητές που ονομάζονται κύριες συνιστώσες. Αυτές οι νέες μεταβλητές είναι γραμμικοί συνδυασμοί των αρχικών μεταβλητών και κατατάσσονται με φθίνουσα σειρά σημαντικότητας έτσι ώστε, για παράδειγμα, η πρώτη κύρια συνιστώσα να υπολογίζει όσο το δυνατόν περισσότερη από την παραλλακτικότητα των αρχικών δεδομένων. Η τεχνική που εφαρμόζει την παραπάνω διαδικασία ονομάζεται Ανάλυση Κύριων Συνιστωσδιν (Principal Component Analysis, PCA). Ο αντικειμενικός σκοπός της είναι να δει αν ένας συγκεκριμένος αριθμός από τις πρώτες συνιστώσες υπολογίζει το μεγαλύτερο μέρος της παραλλακτικότητας των αρχικών δεδομένων. Αναμφισβήτητα, οι προαναφερθείσες στατιστικές τεχνικές συμβάλλουν σημαντικά στη στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων της σωματομετρίας για την ανίχνευση μορφολογικής παραλλακτικότητας. Παραπάνω, έγινε μια σύντομη περιγραφή των χρησιμοποιούμενων στατιστικών μεθόδων για την ανάλυση των δεδομένων της σωματομετρίας. Άλλωστε, σκοπός της παρούσας εργασίας δεν είναι η εκτεταμένη περιγραφή των χρησιμοποιούμενων σε πειράματα σωματομετρίας στατιστικών τεχνικών, αλλά η έμφαση της χρησιμότητας και της αξίας τους σε πειράματα και μελέτες ενδοειδικής μορφολογικής παραλλακτικότητας. Η τεχνική που περιγράφηκε μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη σύγκριση δειγμάτων αφίδων σε επίπεδο είδους ή ενδοειδικό επίπεδο . Είναι αξιόπιστη κι ανιχνεύει σε ικανοποιητικό χρονικό διάστημα την ύπαρξη γενετικού πολυμορφισμού. Είναι τεχνική υψηλής ευαισθησίας, απαιτεί καλά εξοπλισμένα εργαστήρια, ειδικευμένο προσωπικό, και προσεκτικούς, λεπτούς χειρισμούς. Η σωματομετρία, ως
μέθοδος, μπορεί να βοηθήσει στο διαχωρισμό συγγενών ειδών και φυλών αφίδων και στην επίλυση ταξινομικών προβλημάτων. Η εφαρμογή της όμως παρουσιάζει περιορισμούς σχετικά με το διαχωρισμό σε επίπεδο ατόμου. Είναι λοιπόν σκόπιμο η σωματομετρία σε πληθυσμιακές μελέτες και μελέτες συστηματικής να συνοδεύεται από άλλες μεθόδους όπως π. χ. ανάλυση του DNA, ενζυμικές μελέτες, κατηγορία βιολογικού κύκλου κι επιλογή φυτού-ξενιστή. Αξίζει να σημειωθεί ότι δε χρησιμοποιείται αποκλειστικά και μόνο στις αφίδες αλλά και σε διάφορα άλλα έντομα και οργανισμούς.
Myzus persicae
(Sulzer)
Ταξινομική θέση. Το είδος Myzus persicae (Sulzer) ανήκει στο Ζωικό Βασίλειο, στην
κλάση: Insecta, υπόκλαση: Εξωπτερυγωτά, τάξη: Homoptera, υπεροικογένεια Aphidoidea, και οικογένεια Aphididae. Το κοινό όνομα του Μ. persicae είναι πράσινη αφίδα της ροδακινιάς. Περιγραφή. Το άπτερο ενήλικο παρθενογενετικό θηλυκό του Μ. persicae έχει σώμα σχετικά λεπτό με μικρό ως μέτριο μέγεθος. Το μέγεθος στα άπτερα και πτερωτά θηλυκά κυμαίνεται από 1,2 έως 2,3 mm (εικόνα 2). Το άπτερο έχει ομοιόμορφο χρωματισμό με διάφορες αποχρώσεις του πράσινου και του κόκκινου (πράσινο, ανοικτό κιτρινοπράσινο, πρασινοκίτρινο, κίτρινο, κόκκινο ή ρόδινο). Τα πτερωτά θηλυκά είναι πράσινου χρώματος και φέρουν μια μαύρη περιοχή επί του νωτιαίου μέρους της κοιλιάς. Τα ενήλικα ωοτόκα θηλυκά έχουν συνήθως πορφυρό κόκκινο χρώμα (πιο σκούρα απόχρωση στους κόκκινους κλώνους) και διακρίνεται ένα σκούρο τμήμα στη ραχιαία περιοχή της κοιλιάς. Στα θηλυτόκα των πράσινων κλώνων, τα ανήλικα στάδια έχουν πράσινη απόχρωση, που συνήθως προοδευτικά γίνεται ρόδινη. Στους κόκκινους ή ρόδινους κλώνους το χρώμα παραμένει το ίδιο. Ξενιστές. Είναι εξαιρετικά πολυφάγο είδος και προσβάλλει περισσότερα από 400 είδη φυτών, σε όλες τις ηπείρους. Από τα καλλιεργούμενα προσβάλλει είδη των οικογενειών Rosaceae, Solanaceae, Malvaceae, Compositae, Chenopodiaceae, Umbelliferae, Papilionaceae, Cruciferae. Μερικές από τις καλλιέργειες που
προσβάλλει είναι: καπνός, πατάτα, τομάτα, μαρούλι, καρότο, κουκιά, τεύτλα, σπανάκι, λάχανο κ.α. Τα χειμερινά αυγά γεννιούνται κυρίως στη ροδακινιά Primus persica L. και μερικές φορές σε άλλα πυρηνόκαρπα (Ρ. nigra, Ρ. tanella, Ρ. serotina
και υβρίδια ροδακινιάς και αμυγδαλιάς). Εικόνα 2: Σχηματική απεικόνιση αφίδας σε άπτερη και πτερωτή μορφή. Γεωγραφική εξάπλωση. Πιθανώς προέρχεται από την Ασία όπως και ο πρωτεύων ξενιστής του η ροδακινιά. Σήμερα έχει εξαπλωθεί σε όλες τις ηπείρους. Βιολογία. Έχει περισσότερες από πέντε γενεές το έτος. Σε περιοχές με σχετικά ψυχρό χειμώνα το είδος διαχειμάζει ως χειμερινό ωό στο φλοιό των κύριων ξενιστών (ροδακινιάς ή άλλων πυρηνοκάρπων). Τα χειμερινά ωά, συνήθως 4-6 ανά θηλυκό, βρίσκονται στους οφθαλμούς ή σε εσοχές αδρών μερών του φλοιού. Στο τέλος του χειμώνα με αρχές ανοίξεως τα ωά εκκολάπτονται και δίνουν άπτερα παρθενογενετικά θηλυκά τα λεγάμενα θεμελιωτικά. Ακολουθεί μικρός αριθμός παρθενογενετικών γενεών στη ροδακινιά και έπειτα πτερωτά άτομα μεταναστεύουν σε ποώδη φυτά (δευτερεύοντες ξενιστές), όπου η μία παρθενογενετική γενιά διαδέχεται την άλλη. Το φθινόπωρο παράγονται στα ποώδη φυτά πτερωτά θηλυτόκα και αρσενικά τα οποία μεταναστεύουν στον πρωτεύοντα ξενιστή. Εκεί τα θηλυτόκα γεννούν τα ωοτόκα, τα οποία εναποθέτουν τα χειμερινά ωά, μετά από σύζευξη με τα αρσενικά. Σε περιοχές με σχετικά ζεστό χειμώνα το έντομο αναπαράγεται παρθενογενετικά όλες τις εποχές του έτους. Επίσης υπάρχουν γενότυποι που χρησιμοποιούν και τις δυο στρατηγικές διαχείμασης. Το φθινόπωρο οι ανδροκυκλικοί κλώνοι παράγουν παρθενογενετικές μορφές, που θα διαχειμάσουν σε αυτοφυή φυτά ή χειμερινές καλλιέργειες και αρσενικά που συμμετέχουν στη σεξουαλική φάση του είδους (Muller 1954, 1958,
Waldhauer 1953, 1957, van Emden et al. 1969, Blackman 1971, 1974). Οι ενδιάμεσοι κλώνοι γεννούν την ίδια εποχή πολλά άπτερα και πτερωτά παρθενογενετικά θηλυκά και λίγα αρσενικά και «ενδιάμεσα» πτερωτά. Τα «ενδιάμεσα» πτερωτά παράγουν κυρίως παρθενογεντικές μορφές και αριθμό ωοτόκων θηλυκών (Blackman 1971, 1972). Το είδος είναι σχετικά ανθεκτικό στο κρύο και μπορεί να αναπτύσσεται σε θερμοκρασίες μεταξύ 5°C και 30°C.
Εικόνα 3: Ενήλικο άτομο Myzus persicae (Sulzer).
Ζημιές. ΕΙροσβάλλει κατά προτίμηση τις κορυφές τρυφερών βλαστών και τρυφερά φύλλα, που συστρέφονται από την προσβολή. Επίσης τα μελιτώδη απεκκρίματα του ρυπαίνουν το φύλλωμα και τους καρπούς. Εκτός από την αξιόλογη άμεση ζημιά που προκαλεί στα φυτά, θεωρείται ο πιο σοβαρός φορέας ιών, αφού μπορεί να μεταδώσει αποτελεσματικά περισσότερους από 100 ιούς φυτών (Kennedy et al. 1962). Μερικοί από τους έμμονους ιούς που μεταδίδει είναι ο ιός του ήπιου κιτρινίσματος των τεύτλων (ΒΜΥ), της παραμόρφωσης των νεύρων του καπνού (TVD), του καρουλιάσματος των φύλλων του μπιζελιού (PLR) και του καρουλιάσματος των φύλλων της πατάτας (PLRV) (Blackman & Eastop 1984). Επίσης το είδος μεταδίδει αποτελεσματικά και πολλούς μη έμμονους ιούς. Μερικοί από αυτούς είναι: ο ιός του κίτρινου μωσαϊκού της κοινής κολοκυθιάς (ZYMV), ο ιός του μωσαϊκού της αγγουριάς (CMV), ο ιός της κίτρινης στιγμάτωσης της κολοκυθιάς (ZYFV), ο ιός Υ
της πατάτας (PVY), ο ιός του Α της πατάτας (PVA), ο ιός του μωσαϊκού της μηδικής (AMY) (Brunt et al. 1996).
ΑΣΥΜΜΕΤΡΙΑ
Με τον όρο ασυμμετρία ορίζεται κάθε μικρή, τυχαία απόκλιση από την τέλεια αμφίπλευρη συμμετρία (Palmer & Strobeck, 1986) μεταξύ χαρακτηριστικών της αριστερής και της δεξιάς πλευράς |R-L| του σώματος των ατόμων σε ποικίλους ζωικούς οργανισμούς (Van Valen, 1962; Leary & Allendorf, 1989; Markow, 1995 ).
Αναγνωρίζονται τρία είδη ασυμμετρίας και διακρίνονται βάσει των σχέσεών τους ανάμεσα στο μέσο όρο και την παραλλακτικότητα της κατανομής των μορφομετρικών διαφορών, μεταξύ αριστερής και δεξιάς πλευράς : ί) Η κατευθυντική ασυμμετρία (Directional asymmetry): είναι ένα μοντέλο αμφίπλευρης παραλλακτικότητας σε ένα δείγμα ατόμων, όπου υπάρχει στατιστικώς σημαντική διαφορά μεταξύ των δύο πλευρών του σώματος του ατόμου, αλλά η πλευρά που είναι μεγαλύτερη είναι, ως επί το πλείστον, η ίδια. Στη γραφική παράσταση των δεδομένων (σχήμα 1) παριστάνεται μια κανονική κατανομή, όπου ο μέσος όρος αποκλίνει από το μηδέν προς τα δεξιά ή προς τα αριστερά ανάλογα με το αν είναι μεγαλύτερα τα χαρακτηριστικά της δεξιάς ή της αριστερής πλευράς του σώματος των δειγμάτων, αντίστοιχα (|R-L| >0 ).
Σχήμα 1:Απεικόνιση γραφικής παράστασης από δείγμα ατόμων που εμφανίζει κατευθυντική ασυμμετρία. Η) Η αντισυμμετρία (Antisymmetry) : είναι ένα μοντέλο αμφίπλευρης παραλλακτικότητας σε ένα δείγμα ατόμων, όπου παρατηρείται μια στατιστικά ειδοποιός διαφορά ανάμεσα στις δύο πλευρές του σώματος του ατόμου. Η πλευρά που είναι μεγαλύτερη ποικίλει τυχαία μεταξύ των ατόμων. Η καμπύλη των αποτελεσμάτων (σχήμα 2) παρουσιάζεται ως κανονική κατανομή με δύο κορυφές με μέσο όρο περίπου μηδέν (Van Valen, 1962 ). Πρακτικά, σημαίνει ότι στο δείγμα ένα μέρος των ατόμων έχει τη δεξιά πλευρά μεγαλύτερη από την αριστερή, ενώ τα υπόλοιπα άτομα έχουν την αριστερή πλευρά μεγαλύτερη από τη δεξιά (|R-L|=0).
0
Σχήμα 2: Απεικόνιση γραφικής παράστασης από δείγμα ατόμων που εμφανίζει αντισυμμετρία.iii) Η κυμαινόμενη ασυμμετρία ( Fluctuating Asymmetry-FA) είναι ένα μοντέλο αμφίπλευρης παραλλακτικότητας σε ένα δείγμα ατόμων, όπου ο μέσος όρος που προκύπτει από τη διαφορά |R-L| είναι ίσος με το μηδέν, ακολουθεί δηλαδή κανονική
κατανομή (σχήμα 3) (Palmer, A.R., 1994). Σύμφωνα με μελέτες οι αποκλίσεις από τη συμμετρία σε ένα άτομο δεν είναι κληρονομήσιμες (Palmer & Strobeck, 1992). Έχει χρησιμοποιηθεί ωστόσο ως δείκτης ανάπτυξης και σταθερότητας σε πολλά είδη, π.χ. στα φυσικώς σχηματιζόμενα υβρίδια δύο ειδών μυρμηγκιού: Solenopsis invicta &
Solenopsis richteri ( Hymenoptera : Formicidae ) (Ross and Robertson 1990).
Σχήμα 3: Απεικόνιση γραφικής παράστασης από δείγμα ατόμων που εμφανίζει
κυμαινόμενη ασυμμετρία.
Μελέτες της γενετικής επιστήμης βεβαιώνουν ότι όπου υπάρχουν μικρές, τυχαίες αποκλίσεις από την αμφίπλευρη συμμετρία, οι αποκλίσεις προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση εμφανίζουν μικρή ή μη υπολογίσιμη κληρονομικότητα (Collins 1969; Leamy 1984; Learry et al. 1985; Maynard Smith and Sondhi 1960; Potter et al. 1976; Purnell et al. 1973; Summer and Huestis 1921 ) . Η γενετική βάση της αμφίπλευρης συμμετρίας φαίνεται να διαφέρει ριζικά από εκείνη άλλων μορφολογικών χαρακτηριστικών. Μ ύπαρξη κυμαινόμενης ασυμμετρίας (FA) αποτελεί ενδιαφέρον θέμα προς μελέτη για τους εξής λόγους : α) τη σχέση της με το μεγάλο και άλυτο πρόβλημα της βιολογίας, την έκφραση δηλαδή των γενοτύπων ως σύμπλεγμα. Η κυμαινόμενη ασυμμετρία παρέχει ένα μέτρο για τον αναπτυξιακό θόρυβο ή μικρές, περιβαλλοντικά τεχνητές αποκλίσεις από κάποιο "ιδανικό" πρόγραμμα ανάπτυξης (Waddington
1957), β) αν και οι αποκλίσεις από τη συμμετρία ενός συμμετρικού χαρακτηριστικού έχουν ελάχιστη έως μηδαμινή κληρονομική βάση, το άτομο που αποκλίνει από την αμφίπλευρη συμμετρία και ο βαθμός απόκλισης, φαίνεται να έχουν γενετική βάση (Hagen 1973; Leamy and Atchley 1985; Mackay 1980; Mather 1953; McGrath et al. 1984; Reeve 1960; Bailit et al. 1970; Leary 1985; Mason et al. 1976; Summer and Huestis 1921), γ) τη στατιστικά αξιοσημείωτη σχέση της κυμαινόμενης ασυμμετρίας με την πρωτεϊνική ετεροζυγωτία (Palmer & Strobeck 1986). Δηλαδή, όσο πιο ετεροζύγωτο εμφανίζεται ένα άτομο (Leary et al. 1983, 1984) ή ένας πληθυσμός (Biemont 1983; Kat 1982; Leary et al. 1985; Leary et al. 1985; Soule 1979; Vrijenhoek and Lerman 1982) τόσο πιο χαμηλή είναι η κυμαινόμενη ασυμμετρία. Με άλλα λόγια, για μη ξεκάθαρους λόγους , η αυξημένη ετεροζυγωτία φαίνεται να παρουσιάζει αυξημένη αντίσταση ενάντια στην περιβαλλοντικά προκληθείσα αναστάτωση κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης (Lemer 1954; Mitton and Grant 1984), δ) σύμφωνα με πρόσφατες μελέτες, έχουν σημειωθεί αυξημένες τιμές κυμαινόμενης ασυμμετρίας , μεταξύ των ειδών, υβρίδια σε σύγκριση με τις τιμές της κυμαινόμενης ασυμμετρίας στα αντίστοιχα μητρικά είδη, αν και τα υβρίδια είχαν μεγαλύτερο βαθμό ετεροζυγωτίας από τα μητρικά (Zakharov 1981; Graham and Felley 1985).
Η κυμαινόμενη ασυμμετρία μπορεί να αυξηθεί λόγω της αύξησης του αναπτυξιακού θορύβου ή της μείωσης της αναπτυξιακής σταθερότητας (Mather 1953; Van Valen 1962; Palmer & Strobeck 1992). Οι διαφορές στην κυμαινόμενη ασυμμετρία ανάμεσα στα δείγματα μπορούν να προκόψουν λόγω της μεταβολής του ενός ή του άλλου ή και των δύο φαινομένων ταυτόχρονα, οι διαφορές δεν μπορούν από μόνες τους να περιγράφουν λεπτομερώς τη σχετική τους συμβολή. Το αποτέλεσμα αυτών των διαδικασιών επιδρά στην εξελικτική ή οικολογική σταθερότητα, σε κλίμακα μεγαλύτερη από ένα μεμονωμένο άτομο, δηλαδή, στην εξελικτική ισορροπία στο χρόνο ή στη σταθεροποιημένη ροή ανάπτυξης (Waddington 1957; Zakharov 1992). Οι λεπτές, μη διευθυντικές διαφορές που παρατηρούνται μεταξύ χαρακτηριστικών, που βρίσκονται στη δεξιά και την αριστερή πλευρά του σώματος ενός ατόμου, φαίνεται να είναι αποτέλεσμα μη γενετικού αναπτυξιακού θορύβου (Waddington 1957; Palmer & Strobeck 1986; Palmer et al. 1993). Συνεπώς, οι δύο πλευρές του συμμετρικού σώματος ενός ατόμου, ελέγχονται από το ίδιο σύνολο γονιδίων. Δεν υπάρχουν, δηλαδή, επιπλέον γονίδια στη μια πλευρά που να διαταράσσουν την ισορροπία στην αύξηση του σώματος. Οι σύγχρονες προσεγγίσεις
για τη χρήση της κυμαινόμενης ασυμμετρίας ως δείκτη της ολικής γενετικής ποιότητας ενός ατόμου και ως πιθανού στόχου για φυσική και φυλετική επιλογή, βασίζονται στη λογική ότι, η κυμαινόμενη ασυμμετρία αποτελεί μια ποσοτική έκφραση αναπτυξιακής αστάθειας (DI) , η οποία κληρονομείται (Moller 1993a,b; Moller & Swaddle 1998).
Η ιδέα της κληρονομικότητας της κυμαινόμενης ασυμμετρίας δεν είναι καινούρια (Mather 1953; Reeve 1960). Πληθώρα εργασιών καταδεικνύουν ότι για την κυμαινόμενη ασυμμετρία υπάρχει μια μικρή γενετική βάση όπου ο βαθμός κληρονομικότητας είναι μικρότερος από 0.1 (Whitlock & Fowler 1997; Gangestad & Thornhill 1999; Van Dongen 2000; Van Dongen & Lens 2000). Ωστόσο, είναι δύσκολη η χρήση της κυμαινόμενης ασυμμετρίας για την εκτίμηση της αναπτυξιακής αστάθειας ενός ατόμου για να διαχωριστεί ο φαινότυπός του από τις γενετικές και περιβαλλοντικές διαταραχές, γιατί σε οργανισμούς με έναν άξονα συμμετρίας η παραλλακτικότητα από την κυμαινόμενη ασυμμετρία στον πληθυσμό πιθανώς να οφείλεται σε αναπτυξιακό θόρυβο κάτι που δεν είναι πλήρως κατανοητό. Συμπερασματικά, μπορούμε να πούμε ότι αν και μπορεί να υπάρχει ένα μικρό ποσοστό κληρονομικότητας της κυμαινόμενης ασυμμετρίας, δεν μπορούμε να μιλήσουμε για κληρονομήσιμη παραλλακτικότητα που ελέγχει συγκεκριμένα ένα χαρακτηριστικό. Μεταξύ ειδών, γενικά, τα υβρίδια παρουσιάζουν μεγαλύτερη κυμαινόμενη ασυμμετρία απ’ ότι τα μέλη των μητρικών πληθυσμών, παρά την αντίστροφη σχέση μεταξύ του βαθμού κυμαινόμενης ασυμμετρίας και του ποσοστού της πρωτεϊνικής ετεροζυγωτίας και τα υψηλότερα επίπεδα ετεροζυγωτίας των, μεταξύ των ειδών, υβριδίων (Palmer & Strobeck 1986).
Στη μελέτη για τη διερεύνηση της ύπαρξης κυμαινόμενης ασυμμετρίας πάνω στο άκαρι Ixodes scapularis. το οποίο απαντάται ως εκτοπαράσιτο σε μεγάλο αριθμό θηλαστικών αμφιβίων και πουλιών σε διάφορες πολιτείες των ΗΠΑ, η ανάλυση είχε σκοπό τη διαπίστωση της ύπαρξης διαφορετικών, γεωγραφικά απομακρυσμένων ειδών και κατέδειξε ότι σε πέντε χαρακτηριστικά υπήρξε ασυμμετρία. Η αρχική υπόθεση της ύπαρξης διαφορετικών ειδών σε κάθε περιοχή, θα έδινε σημαντικά αποτελέσματα κυμαινόμενης ασυμμετρίας σε γεωγραφικά ενδιάμεσους πληθυσμούς ή στους απογόνους προερχόμενους από διασταυρώσεις μεταξύ ατόμων από τις δύο γεωγραφικά ακραίες περιοχές. Αντίθετα αν το /. scapularis είναι ουσιαστικά ένα είδος που οι διασταυρώσεις μεταξύ των ατόμων διαφόρων πληθυσμών προκαλούν συνεχείς
μορφολογικές μεταβολές σε μία ή περισσότερες ζώνες σταδιακής ανάμειξης, θα περίμενε κανείς να βρει ελάχιστη ή καθόλου κυμαινόμενη ασυμμετρία. Από τα πέντε χαρακτηριστικά, το ισχίο των αρσενικών είναι το μόνο που μπορεί κανείς να βασιστεί για να υποστηρίξει την ύπαρξη κυμαινόμενης ασυμμετρίας. Ωστόσο, και στην περίπτωση αυτή, η ασυμμετρία εμφανίζεται σε περιορισμένο βαθμό και μπορεί να οφείλεται καθαρά και μόνο σε φυλετική επιλογή (Watson & Thornhill 1994). Αν και θα περίμενε κανείς την ύπαρξη ασυμμετρίας, θεωρώντας δεδομένη την ύπαρξη δύο διαφορετικών ειδών σε βορρά και νότο, η μη ύπαρξη ασυμμετρίας ανατρέπει αυτή τη θεωρία. Η ασυμμετρία είναι χαρακτηριστικό που μπορεί να μελετηθεί και σε άλλες τάξεις και οικογένειες του ζωικού βασιλείου. Η παρούσα εργασία προσανατολίζεται στη μελέτη και έρευνα της αφίδας Μ. persicae, της αφίδας της ροδακινιάς, για την ύπαρξη ή μη ασυμμετρίας σε ένα μεγάλο αριθμό χαρακτηριστικών του σώματος του εντόμου. Η ύπαρξη ασυμμετρίας που μπορεί να οφείλεται τόσο σε φυσικούς παράγοντες, όπως η θερμοκρασία, όσο και σε χημικούς (π.χ. χημικές ουσίες) διαπιστώνεται και αναλύεται με τη χρήση στατιστικών μεταβλητών και αναλύσεων και μπορεί να καταδείξει την αντίδραση του εντόμου απέναντι στο περιβάλλον με την παραγωγή και τη δράση ενζύμων, την προδιάθεσή του για μετάλλαξη και προσαρμογή σε νέες συνθήκες ή τυχόν δυσλειτουργίες του οργανισμού του.
ENTOMOKTONA
Η συνεχής χρήση εντομοκτόνων προκαλεί μεταβολές στο αγροοικοσύστημα και επηρεάζει τόσο το περιβάλλον, όσο και τα έντομα , που εκτός από το τελικό στάδιο, δηλαδή , την εξόντωσή τους , ευθύνονται για ένα μεγάλο αριθμό επιδράσεων κυρίως σε μορφολογικά τους χαρακτηριστικά. Ωστόσο, τα είδη αντιδρούν στην επίδραση των εντομοκτόνων, τείνοντας να εξελιχθούν σωματικά και να αποκτήσουν ανθεκτικότητα στις τοξικές ουσίες. Η επίδραση των εντομοκτόνων και η τοξική δράση τους είναι εμφανής και στο υδάτινο περιβάλλον με σημαντικότατο παράδειγμα τη μόλυνση του νερού, πρόβλημα το οποίο απαιτεί την ύπαρξη ευαίσθητων και αξιόπιστων βιοδεικτών για έλεγχο της ποιότητάς του ( Johnson et al. 1993; Clarke 1994 ).Στη συνέχεια παρουσιάζεται ως παράδειγμα ένα πείραμα , που αναλύει την επίδραση του carbaryl στο τελευταίο νυμφικό στάδιο του αρθρόποδου Xanthocnemis zealandica (Zygoptera: Coenagrionidae ) και τα συμπεράσματα των αποτελεσμάτων αυτών στα ενήλικα άτομα.
Η εκτίμηση της κυμαινόμενης ασυμμετρίας (Fluctuating asymmetry, FA ), ένα μέτρο για την αναπτυξιακή σταθερότητα , προτείνεται σαν εργαλείο που επισημαίνει την εμφάνιση περιβαλλοντικής μόλυνσης (Zakharov 1992; Graham et al. 1993a; Clarke 1994). FI έρευνα στις μορφολογικές επιδράσεις της μεταβατικής μόλυνσης παρέχει, επίσης, ένα εργαλείο, που διασαφηνίζει το χρόνο και τη διάρκεια για τον προσδιορισμό της κυμαινόμενης ασυμμετρίας στον αναπτυσσόμενο οργανισμό. Η παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε για να ελέγξει αν η έκθεση των νυμφικών σταδίων του αρθρόποδου Xanthocnemis zealandica σε διαφορετικά επίπεδα εντομοκτόνου δράσης έχει ως αποτέλεσμα διαφορετικά επίπεδα κυμαινόμενης ασυμμετρίας στις πτέρυγες των ενηλίκων εντόμων αν και η εμφάνιση των ενηλίκων μεταβάλλεται υπό την επίδραση διαφορετικών συγκεντρώσεων φαρμάκου. Για το πείραμα επιλέχθηκαν τρεις συγκεντρώσεις του carbaryl (40ppb, 2ppb, 0.1 ppb) και ένας μάρτυρας. Η επιτυχής εμφάνιση των νεαρών ατόμων δεν επηρεάστηκε από οποιαδήποτε μεταχείριση. Ο ρυθμιός αναπαραγωγής, δηλαδή, των ατόμων συνεχίστηκε κανονικά. Ωστόσο, το εντομοκτόνο παρουσίασε μια διεγερτική επίδραση στην εμφανιζόμενη νύμφη όσον αφορά την εμφάνιση ασυμμετρίας. Έκθεση
της νύμφης τελευταίου σταδίου στη δόση των 40ppb carbaryl δεν είχε καμία επίδραση στην κυμαινόμενη ασυμμετρία στα μετρικά χαρακτηριστικά και αύξησε την κυμαινόμενη ασυμμετρία στα μεριστικά χαρακτηριστικά σε σύγκριση με το μάρτυρα. Ο φυλετικός διαχωρισμός, των ενηλίκων που προέκυψαν, σε δύο ομάδες αποκάλυψε περισσότερες λεπτομέρειες για το παράθυρο ευκαιρίας στα μεριστικά χαρακτηριστικά. Νύμφες που είχαν συμπληρώσει περισσότερο από το μισό της ανάπτυξής τους, όταν τέθηκε το πείραμα σε εφαρμογή, δεν έδειξαν σημαντικές διαφορές στο επίπεδο της κυμαινόμενης ασυμμετρίας. Αντιθέτως, νεαρά άτομα που εκτέθηκαν στο εντομοκτόνο για περισσότερα από το μισά νυμφικά τους στάδια, έδειξαν, ξεκάθαρα, διαφορές στα επίπεδα της κυμαινόμενης ασυμμετρίας τους . Η μεγαλύτερη διαφορά στη δεύτερη ομάδα, προκλήθηκε, κυρίως, από μια μείωση της κυμαινόμενης ασυμμετρίας στους μάρτυρες παρά από αύξηση στη μεταχείριση. Οι μελέτες που αναφέρονται στην οντογενετική απαρχή της κυμαινόμενης ασυμμετρίας θεωρούν ότι η ασυμμετρία (ειδικά στα μεριστικά χαρακτηριστικά) είναι καθορισμένη από τα πρωταρχικά στάδια της ζωής του ατόμου (Chippindale & Palmer 1993 Bonn et al. 1996), ωστόσο δεν υπάρχουν σαφή στοιχεία που να υποστηρίζουν αυτή την υπόθεση. Οι Pickup & Thomson (1990) έδειξαν ότι η διάρκεια των δύο τελευταίων νυμφικών σταδίων (instars) ήταν μεγαλύτερη, σε σύγκριση με αυτή των πρώτων σταδίων και υποτέθηκε ότι αυτό οφειλόταν στην αυξημένη ενέργεια που απαιτείται για τη μετάβαση (μεταμόρφωση) από νύμφη σε τέλειο άτομο. Εισηγήθηκαν ότι το μεγαλύτερο τμήμα των μεταμορφολογικών αλλαγών συμβαίνει κατά τα δύο τελευταία νυμφικά στάδια. Τα δεδομένα που παρουσιάστηκαν στο πείραμα που αναφέρεται ως παράδειγμα υποδηλώνουν ότι το επίπεδο κυμαινόμενης συμμετρίας στα μεριστικά χαρακτηριστικά μπορεί να μεταβληθεί ακόμη και στο τελευταίο νυμφικό στάδιο της X. zealandica. Η βασική μορφή των πτερύγων του ατόμου φαίνεται ότι ολοκληρώνεται μόνο στο δεύτερο μισό του τελευταίου νυμφικού σταδίου.
Με τα πειράματα στο εργαστήριο (Valentine & Soule 1973; Clarke & Ridsdill- Smith 1990; Graham et al. 1993b), τον αγρό και την αξιολόγησή τους έχει εξεταστεί η εγκυρότητα (Clarke 1993; Clarke et al. 1994; Rahmel & Ruf 1994) και η πρακτικότητα της κυμαινόμενης ασυμμετρίας ως περιβαλλοντικός δείκτης. Πολλές από τις μελέτες αυτές καταδεικνύουν τα αυξημένα επίπεδα κυμαινόμενης ασυμμετρίας σε σχέση με τα αυξημένα επίπεδα μόλυνσης.
