恰加斯病的潜在分布向量(半翅类、Reduviidae锥猎蝽亚科)在哥伦比亚,基于生态位建模

文摘

生态位建模锥猎蝽亚科的错误让我们建立当地的寄生虫的传播风险鲁兹锥体,导致恰加斯病。这些信息可以帮助指导卫生当局建议感染监测、预防和控制。在这项研究中,我们估计在哥伦比亚锥蝽物种的地理分布和确定的景观结构之间的关系和气候影响因素发生。共有2451条记录4锥蝽种(Panstrongylus geniculatus,Rhodnius pallescens,r . prolixus,Triatoma maculata分析了)。提供更多信息的变量来解释这些向量的生态位与降水有关,高度,和温度。我们发现最广泛的潜在地理分布的物种p . geniculatus,r . pallescens,r . prolixus。一般来说,这些向量的模型预测发生概率最高的在东部斜坡东部山脉,南部地区的马格达莱纳山谷,和圣玛尔塔的内华达山脉。

1。介绍

锥蝽(半翅类、Reduviidae) hematophagous昆虫被认为是重要的向量鲁兹锥体。它们广泛分布在美国在亚洲东部罕见的事件,但他们主要是在新热带区(1]。从美国南部到阿根廷发生疾病传播,大约25%的人口在风险(1,2]。

锥蝽有广泛的气候和生态耐受性因为他们居住在多样的生态系统,从潮湿的干燥森林美洲2]。他们发现在不同的海拔和高vagility,允许他们利用多样化的食品资源,寻找不同的休息地点,包括内部和peridomiciliary栖息地(3- - - - - -6]。因此,在物种水平,栖息地偏好受到环境因素的影响,可以强烈驱动他们的分布7- - - - - -9]。时间和空间变化的温度、降水和湿度影响其生物学和生态学,可以改变传播的风险t . cruzi(10]。这些昆虫似乎能够之间移动它们的栖息地内小气候,寻找对自己最有利的条件(11]。当地环境因素可以被描述为一个函数的海拔,气候、植被类型和土地利用(11]。锥猎蝽亚科的一些物种,丰富植被类型似乎是一个重要的预测(12]。同样,高锥猎蝽亚科丰度似乎与摄动植被(农业和牧场)13]。这表明,森林砍伐和栖息地的退化是重要因素导致一些物种的栖息地锥蝽。

遥感、地理信息系统(GIS)和用于建模物种分布,使得识别高感染地区,数据简化和控制工作。生态位模型实证或数学估计物种生态位的合适的生境条件(14,15]。他们允许不同协会ecogeographical变量(例如,环境、地形、人为)物种分布,通过识别的变量约束和定义特定的利基。建模结果可以是一个良好的空间表示一个物种的栖息地。因此,适宜性物种的地图,作为生态位的功能,可以创建(16]。

生态位模型被用来构建电位分布模型为18锥猎蝽亚科物种在巴西17- - - - - -19),Triatoma 5在阿根廷12),t . dimidiata在墨西哥(13),而Rhodnius pallescens,r . prolixus,t . dimidiata,Panstrongylus geniculatus(未发表的数据)在哥伦比亚(12,20.- - - - - -22]。虽然已经有一些进步的理解这些向量的分布模式,有必要增加我们的知识提炼和改进遥感环境变量的使用。这将有助于描述和预测分布的锥蝽种流行病学的重要性,因为他们入侵房屋和传输t . cruzi。

恰加斯病的控制程序在哥伦比亚(CDCP) [23)管理矢量控制程序通过昆虫学调查的20个部门在那里疟疾是地方流行病。这个程序允许传播风险的识别区域根据昆虫的指数。然而,CDCP不使用空间技术如GPS、GIS和空间分析地方性部门(24]。主要的物种传播t . cruzi在哥伦比亚r . prolixus和t . dimidiata呈现出非常复杂的流行病学周期,涉及国内,人类,栖息于森林的栖息地25,26]。然而,其他物种等p . geniculatus,r . pallescens,t . maculata,t . venosa发挥重要作用辅助向量的寄生虫。这些物种最大的协会在未来人类和野生栖息地和可能发挥重要作用在该疾病的传播。因此,监测这些物种应该包含在监测项目(25,26]。

在这项研究中,我们探索的地理分布之间的关系p . geniculatus,r . pallescens,r . prolixus,t . maculata和不同生物气候变量,为了获得每个物种潜在分布模型。我们还描述了生物气候变量和景观属性最好解释每个物种在哥伦比亚的电位分布。

2。材料和方法

2.1。研究物种和分布信息

一个数据库的出现Panstrongylus geniculatus,Rhodnius pallescens,r . prolixus,Triatoma maculata获得了从1998年到2013年从哥伦比亚恰加斯网络。共有5395条记录(2451年地理)在20个部门获得:p . geniculatus(),r . pallescens(),r . prolixus(),t . maculata()。记录分布在不同生态区的国家(图1)。

2.2。运用错误

每个地理位置进行描述性分析R项目v.3.0.3 [27)与sp包(28通过“缓冲”工具)。这种分析描述每个生物气候变量的变化收集站点,允许我们确定每个网格单元灵敏度运用错误。因为climatic-homogeneous地区不会有偏见,一个影响区域的半径10公里为每个发生,生成和描述性的统计参数,如平均和min-max范围,计算。此外,发生数据和每个变量的线性回归。为了避免有影响力的局外人,我们排除2.5%的分布在每一个尾巴残余分布的线性模型。共有1281条记录被用于模型:p . geniculatus(),r . pallescens(),r . prolixus(),t . maculata()。

2.3。环境变量

19生物气候变量从WorldClim-Global气候数据,v.1.4 (http://www.worldclim.org/)[29日),空间分辨率约1×1公里²(30角秒)。此外,民主党从WorldClim也使用光栅图像。

2.4。避免冗余的变量

作为生物气候变量可以互相关联30.),进行聚类分析,以避免共线性和过高的估计模型。皮尔森值阈值选择< 0.7(表1)。

2.5。物种分布模型和模型验证

最大熵算法,MaxEnt [16),进行dismo(31日]和ENMeval [32包在r . ENMeval允许自动分区数据评价进垃圾箱中。潜在的物种分布地图得到应用默认的参数和不同的正则化的价值β从0.25到2(每个0.25),总共8分析。我们比较模型基于Akaike信息准则(AIC), AIC越低,模型适应越好(33]。

每个物种的发生数据被分为两组。50%的数据点是随机选择的训练点和用于模型制定和选择。剩下的50%的记录被保留为测试点。MaxEnt模型输出格式设置为物流。此外,二进制映射创建使用第十百分位培训存在逻辑阈值分离映射到二进制的预测。确定哪些变量的贡献更多解释锥蝽分布,我们使用MaxEnt内部重叠测试变量的重要性。

模型的性能评价与接受者操作特征(ROC)曲线和曲线下的面积(AUC),作为一个估计模型的性能在这些阈值(30.]。总共有八个地图获得每个物种;选择最好的β我们出了AUC值与价值β价值(表2),然后运行模型(5)复制的正则化值0.75,由于模型行为与更高的值没有显著变化β。

2.6。景观矩阵

潜在发生的合适的区域描述景观矩阵(混合不同类型的生态系统)的转换(即生态系统。由于人为活动和自然生态系统,生态系统地图的基础上哥伦比亚从埃特尔34)(图4)。

3所示。结果

变量共线性分析表明,年平均温度(生物1)和年降水量(bio 12)冗余和潮湿的季度降水(bio 16),只有高度和降水季节性(bio 15)有助于解释分布在四个物种(表1)。剩下的每个物种模型(表变量的贡献不同1和图2)。为p . geniculatus海拔、降水季节性(bio 15)和isothermality(生物3)是最有贡献的变量模型。为r . pallescens更好地描述变化的三个变量的分布物种降水季节性(bio 15),温度季节性(生物4)和isothermality(生物3)的情况r . prolixus降水季节性(bio 15)和高度和平均日较差(生物2)是最重要的变量,解释了模型。和t . maculata描述的变量,更好的是干燥的月降水分布(bio 14),降水季节性(bio 15)和高度。

模型预测发生概率最高的东部斜坡东部山脉,南部地区的马格达莱纳山谷,和圣玛尔塔的内华达山脉。特别是,p . geniculatus显示高发生概率对圣玛尔塔的内华达山脉,北部的中央山脉Serrania德圣卢卡斯,东部山脉的东部和西部斜坡的低地Serrania交界处(AUC = 0.834, sd = 0.012;意思是k = 0.737, sd = 0.025)。此外,还有一些地方有高概率在西部山脉的南端和加勒比海岸(图3(一个))。Rhodnius pallescens显示最广泛的模式分布(AUC = 0.906, sd = 0.011;意味着k = 0.771, sd = 0.066),发生概率最高的加勒比海岸,马格达莱纳山谷,乌拉巴海湾,Cauca中心地区的山谷,低地serrania交界处(图3 (b))。为r . prolixus发生更有限公司(AUC = 0.881, sd = 0.014;意味着k = 0.701, sd = 0.055),东部斜坡发生概率最高的山脉向Orinoquia东部地区,南部地区的马格达莱纳山谷,科迪勒拉山系的西部和中部、南部地区和圣塔玛莎(图的内华达山脉3 (c))。最后,t . maculata显示最受限制的模式(AUC = 0.928, sd = 0.003;意味着k = 0.791, sd = 0.091),发生概率最高的加勒比海岸向希拉半岛,东部斜坡东部山脉向Orinoquia地区,和限制区域附近的Orinoquia委内瑞拉边界(图3 (d))。

一般来说,我们发现锥猎蝽亚科物种更有可能在改变了生态系统(图4 (d)):p . geniculatus有70.5%,r . pallescens有80.9%,r . prolixus为49.5%,最后t . maculata与48.7%。

4所示。讨论

我们发现p . geniculatus,r . pallescens,r . prolixus有更广泛的分布范围比吗t . maculata。这个观察是基于生态系统的物种的数量。虽然抽样努力和物种的知识在很大程度上影响这些结果,这些结果揭示相关的有趣的模式物种容忍干扰环境。人类活动产生负面影响锥蝽物种的自然生态,森林砍伐等,可能会鼓励适应国内环境(35,36]。

气候因素的关系,恰加斯病的地理分布向量已经研究了几个作者。Carbajal。德。拉。等的研究(18)和Mischler et al。37)得出结论:锥猎蝽亚科昆虫对气温和湿度的微小变化非常敏感。Carcavallo和Barreto38)分类锥猎蝽亚科物种的多样性在两个定义良好的季节干旱时期和多雨的时期。同一个作者相关的高人口密度与长期干燥和高温的季节。Zeledon和拉比诺维奇4]分析了气候因素的影响在不同的锥猎蝽亚科物种,如t . 5,r . prolixus,p . megistus。他们得出的结论是,最重要的气候因素的地理分布这些向量是温度和相对湿度。

我们发现的预测分布的变化p . geniculatus主要是由于海拔、降水季节性(bio 15),和isothermality(生物3)。大部分的潜在范围这一物种与改变了生态系统。在哥伦比亚,据Guhl et al。25]p . geniculatus据报道在25个部门。有袋动物的主要栖息地是洞穴和筑巢的地方,蝙蝠、啮齿类动物,鸟类,但成人标本从peridomiciles和房屋也被收集,因为这些错误是由人工照明(强烈吸引39]。这个物种被发现在海拔接近1700 m.a.s.l。(米海拔)[40]。随后,推测,在最初适应环境的高湿度在亚马逊,其协会的湿润的小气候犰狳洞穴促进了其广泛的地理分布超越极限的亚马逊35]。其他一些物种也广泛分布,可能由于他们潜在的利用更广泛的栖息地或因为他们的生态龛中普遍存在。这个物种更敏感的环境破坏由于其小气候的要求。因此,物种的快速和强烈的森林砍伐,地区不太可能生存相比,变化规模较小或更慢41]。

Rhodnius pallescens据报道在伯利兹、尼加拉瓜、哥斯达黎加、巴拿马、哥伦比亚,它栖息在森林型环境和它是经常发现在人类住所,虽然没有intradomestic殖民地(20.]。殖民地的物种也发现在森林型生态环境如冠至少四种手掌:阿泰里butyracea,椰子,Elaeis鉴定,Oenocarpus bataua。(42,43]。的棕榈树答:butyracea是它的主要的生活小区。除了为锥蝽作为避难所,这些棕榈树是偶尔的哺乳动物的多样性的动物栖息地,进而是锥蝽臭虫的食物来源和水库的寄生虫。在旱季,手掌提供最佳的湿度和温度条件的发展和乘法锥蝽及其相关的动物。叶子是用来盖屋顶的房子,一个情况,帮助创建的侵扰,因为它促进了转移焦点锥猎蝽亚科。宽的电位分布r . pallescens可以解释为上述四种手掌的分布。这个物种有一个广泛的地理分布,被认为是一个潜在的问题,因为它是一个候选人取代国内r . prolixus当后者将从房屋由于消除了控制活动(42]。我们的模型r . pallescens正好与之前的模型物种(44]。为r . pallescens预测在加勒比海地区平原有热带雨林和热带干旱森林的生态系统。

Rhodnius prolixus有一个受限制的地理上的电位分布,局限于安第斯地区。可能,其空间范围减少了由于控制行动由博亚健康部门的秘书,Cundinamarca,桑坦德银行。然而,获得的预测分布同意历来最普遍的地区恰加斯病。我们报告潜在分布的新领域r . prolixus东方平原,配合工业油棕种植园(Elaeis guineensis)。栖息于森林的r . prolixus在这些手掌已报告45]。我们也观察到的电位分布的国家应更详细地研究。

我们的研究结果与先前的分配模型生成的部分一致r . prolixus在哥伦比亚。这些模型显示,两个截然不同的分布区域(21):一个地理区东部山脉的东部,与使用环境变量相关的工作Guhl [21),归一化植被指数(NDVI),地表温度(LST),中间红外(MIR),空气温度(临时),和高度较低的中央山脉的另一个区在西北协会与这些变量。Guhl [21)发现小环境变量之间的联系,比如温度、海拔、西北和植被,中央山脉。缺乏协会是归因于向量数量由人类的被动扩散迁移。相比之下,其他研究显示高相对湿度之间的联系,最高温度,和物种的存在11]。Rhodnius prolixus是最有效的向量的t . cruzi由于其生物学特性,即快速繁殖率,适应人类环境,高排便和感染(25]。在这项研究中,我们发现这个物种潜在分布在人口密集的地区(对东部山脉的北部部分桑坦德博部门;图3 (c))。此外,据预测在东方平原地区(Casanare和元部门)。这些研究结果与已知的分布一致r . prolixus在哥伦比亚。

本研究是最早的尝试(20.- - - - - -22)的分布模型t . maculata在哥伦比亚。似乎这个物种的分布主要由降水解释变量(图2 (d))。因为发生概率最高的是加勒比海岸和东方平原,和季节性降水的变化不会影响物种的存在t . maculata可能被视为一个新兴向量北部的安第斯国家(委内瑞拉和哥伦比亚)。在委内瑞拉和哥伦比亚的某些地区,这个物种有能力征服人类住所和可能负责恰加斯病的传播25]。通常,这个物种是人类46),发现房屋的外墙,鸡舍,鸽子窝,和栖息于森林的环境:死的树干,棕榈树阿泰里复杂、凤梨、洞穴和燕窝(47]。Triatoma maculata时能迅速适应稳定人工生态环境自然栖息地被破坏。它生存在非常干旱地区,如玛格丽塔岛和Paraguana半岛(8]。自然与人类t . maculata也发现在巴西(罗状态)、圭亚那、法属圭亚那、苏里南。这个物种分布只栖息于森林的环境(48]。Triatoma maculata也发生在阿鲁巴岛,博内尔岛、库拉索岛、苏里南、圭亚那、和巴西(罗)49,50]。在哥伦比亚,据报道部门的全球霸主,玻利瓦尔,博亚,Casanare,塞萨尔,热舞,马格达莱纳,元,桑坦德银行和劫持51- - - - - -54]。

我们发现了一个高的预测分布的巧合t . maculata转换和环境退化的生态系统,在这些领域与户籍所在地和peridomiciliary栖息地。

因为它已经建议了一些锥猎蝽亚科物种(例如,和平等。)55),其他来源的生态信息,如储层的分布(例如,美国家庭负鼠科)的有袋动物和植被类型(例如,手掌阿泰里butyracea(西帝汶前l f。)韦斯。布尔),应考虑并包括在模型。进一步,通过现场调查验证的结果来确定目前的物种应该进行。

根据每个物种的电位分布,我们定义潜在分布区重叠的区域,是为了确定地方卫生当局目标和提高锥蝽的昆虫的监测。图5表明圣玛尔塔的内华达山脉,加勒比海岸,Catatumbo,马格达莱纳谷南部地区的区域融合的四个物种研究(红色)。

缺乏对该国东部的物种可能是由于没有或缺乏在这方面的记录。尽管这哥伦比亚区是最密集的区域,昆虫的调查在这些地区可以提高我们的知识真正的矢量分布和因此恰加斯病的传播风险。

5。结论

这项研究强调了环境因素和之间的关系p . geniculatus r . pallescens r . prolixus,t . maculata在哥伦比亚和GIS的重要性和建模工具来提高测绘工作。这些工具应该形成的一部分官方媒介传播疾病预防和控制计划。之前的几个方面ecoepidemiology锥猎蝽亚科物种的未知,这项研究有助于识别潜在的地理区域,这些物种可以茁壮成长。生物学的知识向量是选择互补的核心措施,传统的矢量控制和监视策略。最终,这些信息有助于传播的动力学的理解t . cruzi在本地、地区和国家的水平。

信息披露

这个工作的抽象,提出了“十六Congreso接受Parasitologia y药物热带。”

相互竞争的利益

没有真实的或者所感知到的利益冲突与此相关的工作。

确认

这项工作是支持Departamento Administrativo Nacional de Ciencia y Tecnologia de哥伦比亚(COLCIENCIAS)资助的研究项目恰加斯网络”联盟颞下Investigacion对位la Prevencion控制y及积分de la患有de恰加斯en Colombia-RED恰加斯”(批准号380 - 2011,代码5014-537-30398)。

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