Analysis of Biotic and Abiotic Factors on the Life History Traits of Anopheles Mosquitoes

Abstract

Einer der ausschlaggebenden Faktoren für das Übertragungspotenzial von Malaria ist die Häufigkeit ihres Überträgers, der Anopheles-Mücke. Da diese Insekten besonders empfindlich auf ihre Umgebung reagieren, wurde in vielen Laborexperimenten das Verhältnis zwischen Umweltfaktoren und Malaria untersucht. In natürlichen Umgebungen ist über diesen Zusammenhang wenig bekannt. Untersuchungsgegenstand dieser Arbeit mit multidisziplinärem Ansatz ist die Beziehung zwischen verschiedenen Umwelteinflüssen und der Häufigkeit von Anopheles-Mücken in natürlicher Umgebung sowie die möglichen diesem Prozess zugrundeliegenden Mechanismen. Zunächst lässt sich anhand von Feldstudien und empirischen dynamischen Modellen eine verzögerte Auswirkung der Umwelt auf die Mückenhäufigkeit feststellen, was wiederum einen Einfluss auf die Entwicklung der Larvenstadien bedeuten könnte. Im Anschluss werden mögliche Hintergründe untersucht mit Hilfe eines kontrollierten Versuchsaufbaus, in dem Anopheles-coluzzii-Larven und Erwachsenentiere auf Umweltbedingungen reagieren. Dabei lässt sich feststellen, dass Temperatur und Besatzdichte vielschichtige Auswirkungen auf Larvenentwicklung und -sterblichkeit haben. Darüber hinaus gibt es Übertragungseffekte auf die Alterung und Fruchtbarkeit der Erwachsenentiere. Abschließend zeigt sich durch die Entwicklung eines vollständigen Modells für den Lebenszyklus von Anopheles-Mücken, dass die ermittelten Umwelteinflüsse auf Larven und erwachsene Mücken einen komplexen Einfluss auf die Größe der Mückenpopulation haben. Anhand mehrere mathematischer Methoden werden in dieser Arbeit Informationen aus Feldsammlungen und Versuchsdaten erfolgreich kombiniert. Dies unterstreicht die Bedeutung multidisziplinärer Ansätze für das Verständnis der komplexen Dynamik zwischen Mücken und der Umwelt. So entsteht ein detailliertes Bild der Lebensmerkmale der Mücken, die von der Umwelt beeinflusst werden, und deren Auswirkungen auf die Populationsdynamik.

One of the main determinants of malaria transmission is the abundance of its vector, the Anopheles mosquito. As these insects are susceptible to the environment in which they live, many laboratory experiments have explored the connection between environmental factors and the abundance of mosquitoes. However, little is known about this relationship in natural settings. In this work, I used a multidisciplinary approach to determine the relationship between environmental drivers and Anopheles abundance and the possible mechanisms that characterise these relationships. First, using field study data and an empirical dynamic modelling approach, I identified a delayed effect of the environment on mosquito abundance, suggesting an impact on the development of larval stages. Second, I explored the possible mechanisms behind this process using a controlled experimental setup in which Anopheles coluzzii larvae and adults responded to the environmental conditions. I identified a complex response to temperature and rearing density of larval development and mortality, as well as carry-over effects on adult ageing and fecundity. Finally, by developing a full model for the life cycle of Anopheles mosquitoes, I determined that the identified environmental impacts on larvae and adult mosquitoes have a complex impact on the mosquito population size. Taken together, this work combined the information from field collections and experimental data successfully using multiple mathematical methods, highlighting the importance of multidisciplinary approaches in understanding the complex dynamics between mosquitoes and the environment. With this approach, we obtained a detailed picture of the mosquito life traits that are impacted by the environment and its effects on mosquito population dynamics.