przyjazna środowisku, biologiczna kontrola...
TRANSCRIPT
1
Mgr Piotr Jawień
Uniwersytet Wrocławski
Wydział Nauk Biologicznych
Zakład Ekologii Drobnoustrojów i Ochrony Środowiska
Przyjazna środowisku, biologiczna kontrola komarów
w aglomeracjach miejskich
Dotychczas na świecie opisano ponad 3 500 gatunków komarów (Culicidae)
zgrupowanych w trzech podrodzinach: Anophelinae, Culicinae i Toxorhynchinae (Lonc
i Rydzanicz 1999, Becker i wsp. 2010). W Europie stwierdzono 101 gatunków zgrupowanych
w 8 rodzajach. W Polsce występuje 47 gatunków, przedstawicieli 6 rodzajów (Anopheles,
Aedes, Culex, Culiseta, Coquillettidia, Ochlerotatus) (Kubica-Biernat i Kowalska-
Ulczyńska 2006).
Obecnie, w związku ze zmieniającym się klimatem i postępującą globalizacją, także
komary zmieniają swoje zasięgi występowania i preferencje siedliskowe (rys. 1). Wiele
gatunków zawlekanych z terenów tropikalnych i subtropikalnych jest wektorami chorób
groźnych dla życia ludzi i zwierząt. Bliskość występowania wielu patogenów oraz
przypadków chorób przez nie powodowanych, a także wykrycie przeciwciał WNV
u miejscowych ptaków osiadłych, skłania do podjęcia wnikliwych badań zarówno samych
komarów (Culicidae) na obecność wirusów, ale także do poszukiwania obecności przeciwciał
u ludzi i zwierząt na obszarze Polski.
2
A B C
Rys. 1. Zasięgi występowania inwazyjnych gatunków komarów (kolor czerwony) na
obszarze krajów europejskich: A – Aedes aegypti, B – Aedes albopictus, C – Ochlerotatus
japonicus japonicus. Kolor zielony – nie stwierdzono obecności gatunków inwazyjnych;
kolor szary – brak danych (vbornet maps).
Podczas prowadzenia badań na 326 hektarach w dolinie rzeki Bystrzycy, oznaczono
na podstawie cech morfologicznych 15 258 larw komarów 19 gatunków komarów.
Oznaczone gatunki stanowią nieco ponad 40% fauny komarów występujących w Polsce.
Najliczniej reprezentowane były gatunki z rodzaju Aedes i Ochlerotatus, które składają jaja na
powierzchni wilgotnej gleby terenów okresowo zalewanych. Należą do nich gatunki
wczesnowiosenne, odnajdowane w początkowym okresie sezonu, ale także gatunki letnie
rozwijające się w pełni sezonu. Wśród larw oznaczono także okazy z rodzaju Anopheles,
zdolne do przenoszenia Plasmodium oraz okazy z synantropijnego rodzaju Culex.
Komary są ważne jako wektory, czyli biologiczni przenosiciele wielu patogenów.
W naszej strefie geograficznej i klimatycznej, głównym problemem jest jednak uciążliwość
generowana przez komary. Realny problem istnieje w cieplejszych strefach klimatycznych,
nie mówimy tu o krajach Afryki czy Ameryki południowej. Realny problem wektorowej roli
komarów istnieje w wielu krajach Europy. Epidemie groźnych chorób odnotowywano we
Włoszech (Chikungunya 2007), Francji czy Chorwacji (Denga 2010).
Culicidae są zdolne do rozwoju w różnych środowiskach. Wystarczy niewielki
zbiornik wodny, aby stworzyć im dogodne warunki do rozwoju. Tak jak wszystkie Diptera,
komary przechodzą kompletną metamorfozę. Wszystkie gatunki komarów kłujących
potrzebują do rozwoju środowiska wodnego. Od momentu wylęgu z jaja przechodzą cztery
stadia larwalne i stadium poczwarki. W ostatnim etapie następuje transformacja do osobnika
dorosłego (rys. 2).
3
Rys. 2. Cykl rozwoju komarów. Adult – osobnik dorosły, Eggs – jaja, Larva – larwa,
Pupa – poczwarka.
Samice komarów zwykle składają od 50 do 500 jaj wciągu dwóch do czterech dni od
pobrania krwi, która umożliwia ich produkcję. Pobranie krwi jest niezbędne u wielu
gatunków, ponieważ krew jest źródłem białka. W krajowej faunie komarów gatunek Culex
p. pipiens jest w stanie składać jaja w sposób autogeniczny, czyli bez uprzedniego pobrania
krwi. W warunkach o klimacie chłodniejszym proces produkcji jaj przez samicę może być
wydłużony.
Ogólnie komary możemy podzielić na dwie grupy, jeśli chodzi o behawior związany z
procesem składania jaj i rozwój embrionalny. W pierwszej grupie wyróżniamy gatunki z
rodzajów Anopheles, Culex, Uranotaenia, Coquillettidia, Orthopodomyia i Culiseta, których
samice składają jaja na powierzchni wody pojedynczo lub w postaci pakiecików. Ich rozwój
embrionalny zaczyna się prawie natychmiast od momentu złożenia jaj i nie obserwuje się
przejścia w stan diapauzy. Proces embriogenezy jest ściśle uzależniony od czynników
biotycznych i abiotycznych środowiska zewnętrznego (głównie temperatury otoczenia),
limitujących także liczbę pokoleń w ciągu roku. W temperaturze 30oC larwy Cx. p. pipiens
wylęgają się już po jednym dniu od momentu złożenia jaj, w 20oC i 10
oC odpowiednio po
trzech i dziesięciu dniach (rys. 3a) (Becker i wsp. 2010). Przy temperaturze 4oC, rozwój
embrionalny Cx. pipiens jest niezakończony. W drugiej grupie obejmującej rodzaje gatunków
popowodziowych Aedes i Ochlerotatus, samice składają jaja na powierzchnię wilgotnej
4
gleby, a ich rozwój embrionalny przebiega dłużej. W przypadku tej grupy w sytuacji braku
dogodnych warunków do rozwoju embrionalnego następuje przejście w stan uwarunkowanej
genetycznie diapauzy, umożliwiającej przetrwanie zimy w stadium jaja. W zależności od
temperatury rozwój embrionalny zajmuje od dwóch dni do tygodnia. Larwy Ae. vexans
utrzymywane w temperaturze kolejno 25oC i 20
oC są gotowe do wylęgu podokresie od
czterech do ośmiu dni (rys. 3 b).
A B
Rys. 3. Korelacja temperatury i długości rozwoju; A – Cx. p. pipiens, B – Ae. vexans
(Becker i wsp. 2010).
Dzięki mechanizmom adaptacji, takim jak poligeneracyjność (wielopokoleniowość),
umiejętność wyboru miejsc do złożenia jaj, czy dobrze rozwinięte zdolności migracyjne,
komary niektórych gatunków mają predyspozycje do rozwoju w różnorodnych środowiskach
(Becker i wsp. 2010). Komary unikają zbiorników wodnych o dużym falowaniu i szybkim
nurcie (Service 2008). Dlatego nie rozwijają się w rzekach i w dużych, otwartych zbiornikach
wodnych. Larwy preferują natomiast rozmaite zbiorniki wody stojącej lub wolno płynącej
(rodzaj Anopheles). Spotykane są w różnorodnych zbiornikach naturalnych, takich jak
rozlewiska, kałuże, rowy, wśród przybrzeżnego pasa roślinności stawów i jezior, czasem
nawet w wypełnionych wodą dziuplach (rys. 4), np. Anopheles plumbeus (Stephens).
5
Ryc. 4. Dziupla, w której mogą rozwijać się larwy i poczwarki komarów (fot. autora).
Również sztuczne zbiorniki wodne są nierzadko miejscem rozwoju larw Culicidae.
Wystarczy niewielka objętość wody opadowej, roztopowej lub kranowej, by stworzyć im
dogodne środowisko do rozwoju. Larwy spotyka się w wiaderkach, beczkach i innych
zbiornikach gromadzących deszczówkę, zapchanych rynnach i zużytych oponach. Cieki
wodne, o wolnym nurcie, są miejscem rozwoju gatunków z rodzaju Anopheles. Tak zwane
gatunki popowodziowe rozwijają się na obszarach okresowo zalewanych przez wody
wezbraniowe rzek lub wody roztopowe. Znaczna liczba tego typu miejsc znajduje się
w dolinach dużych rzek nizinnych (Becker 1989).
Obecnie w zwalczaniu komarów, podobnie jak innych uciążliwych owadów, zarówno
na świecie jak i w kraju przeważają niestety środki chemiczne działające niespecyficznie
(Lonc i Rydzanicz 1999, Lonc i wsp. 2004, Lonc i wsp. 2010). Ich wadą jest przede
wszystkim brak wybiórczości działania, a tym samym szerokie spektrum bujczości. Preparaty
takie oddziałują nie tylko na organizmy, których liczebność chcemy ograniczyć, zabijają
również inne organizmy, często również te pożyteczne. Od chwili odkrycia komarobójczego
szczepu Bacillus thurinigiensis israelensis (Bti) w 1976 r., propaguje się i coraz szerzej
stosuje biologiczne metody kontroli gatunków uciążliwych, a także wektorowych z udziałem
tych mikrobiologicznych preparatów (Rydzanicz i wsp. 2008, 2009 b, c; Rydzanicz i Kiewra
2009 a, Becker i wsp. 2010).
Zjawisko odchodzenia od preparatów chemicznych (szkodliwych dla środowiska i
ludzi) na rzecz metod przyjaznych środowisku ma miejsce także we Wrocławiu. Wrocławski
6
Program Kontroli Liczebności Komarów za cel przewodni stawia sobie minimalizację użycia
preparatów i substancji działających nieselektywnie na rzecz metod wysoce wybiórczych.
Biologiczne metody kontroli „target insects” polegają na ograniczaniu liczebności gatunków
plagowych na danym obszarze, przy użyciu metod biologicznych opartych na interakcjach
drapieżnik–ofiara, czyli wykorzystaniu naturalnych wrogów i patogenów (Krebs 1996).
Obecnie na świecie przeciwko larwom komarów stosuje się szereg różnorodnych formulacji
preparatów mikrobiologicznych (rys. 5, tab. 1).
Rys. 5. Przykłady wybranych formulacji preparatów mikrobiologicznych opartych na
krystalicznych pro toksynach Bti.
7
Tabela 1. Wybrane preparaty dostępne w obrocie komercyjnym wykorzystywane do
ograniczania liczebności komarów i meszek w kraju i za granicą.
Wrocławski Program Kontroli Liczebności Komarów to jedyny w Polsce tego typu
program, działający regularnie i nieprzerwanie od 1998 roku. Jego realizacją zajmuje się
Wydział Środowiska i Rolnictwa Urzędu Miasta Wrocławia. Zadaniem WPKLK jest
ograniczenie uciążliwości komarów na terenach zieleni miejskiej przy użyciu integrowanych
metod, a nie ich całkowite wyeliminowanie. Niezbędne jest dbanie o zachowanie
różnorodności biologicznej zwłaszcza na obszarach miejskich jak i w sąsiedztwie obszarów
cennych przyrodniczo.
W ramach WPKLK nieustannie monitorowanych jest ponad 220 punktów na obszarze
całego miasta (rys. 6). Wydział Środowiska i Rolnictwa zarybia także 55 stałych zbiorników
wodnych, które są wystarczająco duże i głębokie, aby przetrwały w nich ryby. Zarybień
8
dokonuje się rybami karpiowatymi, zawsze w okresie wiosny i jesieni, po uprzedniej
inwentaryzacji liczebności ryb w danym zbiorniku wodnym.
Rys. 6. Punkty monitoringu liczebności komarów we Wrocławiu.
Wrocław ze względu na swoje położenie i hydrologię jest doskonałym miejscem dla
rozwoju komarów. Położenie w naturalnej dolinie rzeki, do której uchodzą inne rzeki i cieki
wodne stwarza dogodne warunki dla rozwoju tychże stawonogów. Często znaczne opady
deszczu także generują powstawanie tymczasowych miejsc rozwoju komarów w różnych
rejonach miasta. Możemy wyróżnić tutaj 3 główne obszary rozwoju komarów w obrębie
miasta (rys. 7), są to pola irygowane na Osobowicach (część północno-zachodnia Wrocławia),
dolina rzeki Bystrzycy (część zachodnia miasta), dolina rzeki Widawy (część północna,
północno-wschodnia).
9
Rys. 7. Główne obszary rozwoju komarów na obszarze miasta Wrocławia; 1 – pola
irygowane, 2 – dolina rzeki Bystrzycy, 3 – dolina rzeki Widawy.
Pola irygowane to oczyszczalnia ścieków skonstruowana w 1890 roku,
wykorzystująca w procesie oczyszczania naturalne procesy występujące podczas infiltracji
gleby. Do czasu budowy autostradowej obwodnicy Wrocławia powierzchnia wynosiła niecałe
1100 ha (2008 r.). Podstawą oczyszczania ścieków jest system osadników (w liczbie 11),
kanałów doprowadzających ścieki (długości 250 km), starorzeczy Odry, polderów
zalewowych oraz podziemny system drenujący, odprowadzający oczyszczone wody do Odry.
Obecnie na pola trafia około 20 tyś m3 ścieków/dobę. W ubiegłych latach było to około
70 tys. m3 ścieków/dobę, a w latach 80., kiedy to przekraczano możliwości konstrukcyjne pól,
trafiało tam nawet ponad 110 tyś m3 ścieków/dobę. Po wielu latach obszar ten wykształcił
specyficzny dla siebie ekosystem. Obecnie jest to miejsce występowania ponad 180 gatunków
ptaków (osiadłych i migrujących), w tym wielu gatunków rzadkich i chronionych.
10
Dolina rzeki Bystrzycy to naturalna dolina rzeki z wykształconym systemem
terasowym i licznymi starorzeczami. Cały ten obszar jest podmokły ze względu na płytko
zalegające wody gruntowe, które reagują bardzo szybko na wszelkie opady lub podniesienie
się poziomu wód w samej rzece. Podobna sytuacja występuje w dolinie rzeki Widawy.
W ramach projektów uniwersytecko-miejskich w latach 2008 – 2013 wykonywano
szereg map z lokalizacją miejsc rozwoju komarów na obszarze pól irygowanych (rys. 8), ale
także doliny Bystrzycy.
Rys. 8. Mapa prezentująca zmapowane Pola Irygowane z naniesioną warstwą typu
gleb i miejsc rozwoju komarów.
Zastosowanie technik GPS/GIS we wrocławskiej walce z komarami pozwala nie tylko
na mapowanie i wskazywanie w ten sposób miejsc rozwoju komarów. Zastosowane tych
11
technik w połączeniu z podstawowymi informacjami o biologii oznaczonych gatunków
komarów, umożliwia również wyznaczanie stref zasięgów uciążliwości różnych gatunków
(rys. 9).
Rys. 9. Potencjalny zasięg uciążliwości różnych gatunków, w tym przypadku
występujących w Dolinie Bystrzycy Cx. p. pipiens – gatunku synantropijnego (1 km), oraz
gatunku popowodziowego Aedes vexans (20 km).
Stosowane techniki GPS/GIS służą także do dokumentacji prac wykonywanych przez
firmy wykonujące opryski. Ślady z urządzeń GPS są dostarczane każdorazowo po wykonaniu
aplikacji preparatów chemicznych czy mikrobiologicznych (rys. 10). WPKLK za cel na
kolejne lata stawia sobie udoskonalanie metod walki z komarami poprzez stałe zmniejszanie
ilości chemicznych środków na korzyść bezpiecznych dla ludzi i środowiska
mikrobiologicznych larwicydów. Udoskonalane będą także metody stosowania technologii
GPS/GIS w rutynowych działaniach.
12
Rys. 10. Mapa dokumentująca przebieg aplikacji przy użyciu metody agrolotniczej
(samolotu).
Piśmiennictwo:
1. Becker N. 1989. Life strategies of mosquitoes as an adaptation to their habitats.
Bulletin of the Society for Vector Ecology 14(1): 6-25.
2. Becker N., Petrić D., Zgomba M., Boase C., Dahl C., Madon M., Kaiser A., 2010.
Mosquitoes and their control. Springer, Berlin, Heidelberg, New York, pp. 579.
3. Krebs Ch. J., 1996. Ekologia (Ecology. The Experimental Analysis of Distribution and
Abundance). The Polish Edition by Wydawnictwa Naukowe PWN Sp. z o.o.
Warszawa.
4. Lonc E., Rydzanicz K., 1999. Wprowadzenie do biologii warunkującej środowiskowe
zwalczanie komarów. Wiadomości parazytologiczne. Polskie Towarzystwo
Parazytologiczne 45(4): 431–448.
5. Lonc E., Rydzanicz K., Gomułkiewicz B., 2004. Monitoring środowiskowy
i zwalczanie miejskich populacji komarów Culicinae (Diptera: Culicidae) we
Wrocławiu. Wiadomości Parazytologiczne 50(3): 571-578 (B).
6. Lonc E., Rydzanicz K., Jawień P., 2010. Ekologiczne aspekty biokontroli komarów
z wykorzystaniem technik GPS/GIS. Wiadomości parazytologiczne. Polskie
13
Towarzystwo Parazytologiczne 56(3): 297–303.
7. Rydzanicz K., Lonc E., Kiewra D., 2008. Organizacja integrowanego programu
zwalczania komarów na terenie wrocławskich Pól Irygowanych. W: Buczek A.,
Błaszak Cz. (red.), Stawonogi. Oddziaływanie na żywiciela. Akapit, Lublin. 281–288.
8. Rydzanicz K., Kiewra D., 2009 a. Różnorodność form i metod aplikacji
mikrobiologicznych insektycydów. Biuletyn Polskiego Stowarzyszenia Pracowników
Dezynfekcji, Dezynsekcji i Deratyzacji 1 (56): 9–13.
9. Rydzanicz K., Lonc E., Becker N., 2009 b. Current procedures of integrated urban
vector-mosquito control as an example in Cotonou (Benin, West-Africa) and Wrocław
area (Poland). Wiadomości Parazytologiczne. Vol. 55(4): 335-340.
10. Rydzanicz K., Lonc E., Kiewra D., DeChant P., Krause S., Becker N., 2009 c.
Evaluation of three microbial formulations against Culex pipiens pipiens larvae in
irrigation fields in Wrocław, Poland. Journal of the American Mosquito Control
Association 25: 140–148.
11. Service M., 2008. Medical entomology for students. Cambridge University Press,
pp. 289.
Tekst wykładu, wygłoszonego w UCBS dnia 22 maja 2014 r.
Niniejszy materiał został opublikowany dzięki dofinansowaniu Narodowego Funduszu
Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Za jego treść odpowiada wyłącznie Uniwersytet
Warszawski.