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Aljoscha Kreß

• Es wird davon ausgegangen, dass das ehemalige Larven-Mikrohabitat der Asiatische Tigermücke Aedes albopictus (synonym: Stegomyia albopicta) die Phytotelmata in den Waldgebieten von Südostasien darstellte. In den letzten vier Jahrzehnten adaptierte sich die Art jedoch an urbanere Regionen und ihre Antrotelmata. Dank ihrer Eigenschaft, Eier mit einer gewissen Trocken- und Kältetoleranz zu produzieren, verbreitete sich die Art zusammen mit den international gehandelten Waren weltweit. Zudem ist Ae. albopictus ein theoretischer Vektor für mindestens 27 Viren sowie Parasiten und spielt eine Hauptrolle bei der Übertragung von Dengue-Viren und Chikungunya-Viren und Zika-Vieren. Daher wird die Art als große Gefahr für die öffentliche Gesundheit betrachtet. Die vorliegende Arbeit thematisiert drei Untersuchungen zum Anpassungs- und Etablierungs-potential der invasiven Asiatischen Tigermücke. In einem ersten Ansatz wurde das Problem behandelt, dass es lediglich zwei standardisierte toxikologische Testverfahren für Culicidae gab. Daher wurde ein Dosis-Wirkungs-Testsystem entwickelt, das den Weg für weitere biologische Endpunkte und ihre integrativen Parameter freimachte und dadurch ein besseres Verständnis für die Wirkweisen von Insektiziden ermöglicht. Hierdurch konnte nun der Frage nachgegangen werden, ob es Unterschiede in der ökotoxikologischen Reaktion zwischen der invasiven tropisch-subtropischen Asiatischen Tigermücke und der einheimischen nördlichen Hausstechmücke Culex pipiens auf das Insektizid λ-Cyhalothrin gibt. Weiter wurde der Einfluss von Temperatur und die Verfügbarkeit von Nahrung auf die Insektizidsensitivitäten der Arten getestet. Schließlich konnte in einer Risikobewertung festgestellt werden, dass bei falsch angewendeten Bekämpfungsmaßnahmen höhere Temperaturen sowie der Ausfall von aquatischen Top-Prädatoren zu Fitnessvorteilen für die Art führen können. In einer zweiten Untersuchung wurde der Mechanismus der Kältetoleranz der Eier (Kälteakklimatisierung und Diapause) näher untersucht, da dieser für die erfolgreiche Invasion in gemäßigten Breitengraden verantwortlich gemacht wird. Nachdem eine lang vorherrschende Hypothese verworfen wurde, dass die Einlagerung von Polyolen die Frosttoleranz bewirken würde, war der aktuelle Stand der Wissenschaft, dass eine Verdickung der Wachsschicht des Chorions dafür verantwortlich sei. Jedoch lag keine detaillierte Evaluierung von Stechmücken-Eihüllen vor. Mittels einer transmissionselektronenmikroskopischen Studie konnte gezeigt werden, dass nicht nur die Wachsschicht nicht in der Serosa-Cuticula zu verorten ist, sondern im Endochorion und sie zudem im Zuge der Diapause in der Mächtigkeit schrumpft. Daher wird auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse auf eine Kompaktierung der Schicht geschlossen. Die dritte Untersuchung schließlich hatte das hohe Adaptationspotential in gemäßigten Breiten zum Gegenstand. Eine Adaptation auf genetischen Level gilt als unwahrscheinlich, da Gründerpopulationen in den neu besiedelten Gebieten eine niedrige genetische Diversität aufwiesen und ein regelmäßiger Neueintrag von Allelen unwahrscheinlich ist. Jedoch bietet das Konzept der epigenetischen Temperatur-Adaptation einen Erklärungsansatz für dieses Phänomen. Daher wurde die Frage gestellt, ob es möglich ist, eine vererbbare Diversifizierung dieses kältetoleranten Phänotyps nach einer randomisierten epigenetischen Behandlung der DNA zu detektieren. Es wurde eine transgenerationale Untersuchung der Effekte von zwei epigenetischen Agenzien (und einem Lösemittel) auf die Kältetoleranz der Eier durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten ein Korrelationsmuster, das den durch die Agenzien veränderten Methylierungsgrad der DNA mit der Forsttoleranz verband, was die gestellte Hypothese unterstützte. In Folge dieser drei Untersuchungen wurde festgestellt, dass Ae. albopictus ein hohes Potential hat, in weiteren Ländern – vor allem in gemäßigten Breiten – ein Gesundheitsrisiko darzustellen. Da die Art einerseits Fitnessvorteile durch falsche Bekämpfungsmaßnahmen und andererseits möglicherweise eine hohes epigenetisches Adaptationspotential besitzt, kann zusammenfassend empfohlen werden, dass der Fokus für weitere Forschung maßgeblich auf der Entwicklung von Impfstoffen für die übertragenen Viren und Pathogene liegen sollte. Dadurch kann die Bevölkerung geschützt werden, ohne Ökosysteme und ihre Dienstleistungen zu gefährden, und dies wäre zudem ökonomisch gesehen die effektivere Lösung.
• The former (breeding) macrohabitat of Asian tiger mosquito, Aedes albopictus (synonym: Stegomyia albopicta)has been described as phytotelmata in the forested areas of Southeast Asia, however, this has changed in the last four decades as it has adapted to more urban areas and antrotelmata. Capable of producing eggs with a certain dry resistance as well as cold hardiness, populations of Ae. albopictus became distributed around the globe by the international trade of used tires and other preferred breeding places of this species. The invasion of the Ae. albopictus is thought to be the most rapid spread of any insect species in the last four decades. In addition, Ae. albopictus is a potential vector for at least 27 viruses as well as for several parasites and plays a major role in the global transmission of dengue virus and chikungunya virus and zika virus. Therefore, this species is considered a serious threat to public health worldwide. This work broaches the issue of three investigations about the potential to adapt and establish stabile populations of the invasive Asian tiger mosquito Ae. albopictus. In a first approach, we focused on the problem of there being only two toxicological test systems for culicidae available to date. Therefore, we developed a dose-response bioassay that paves the way for many biological endpoints and their integrative parameters in order to provide a better understanding of the toxicological mode of actions of insecticides. By doing so, we were able to ask whether there was a difference in the ecotoxicological response of the invasive tropic/subtropic Ae. albopictus and the temperate European counterpart – the northern house mosquito Culex pipiens – to the insecticide λ-cyhalothrin. We also were able to investigate the impact of higher temperatures on the ecotoxicological response to λ-cyhalothrin and how different nutrition supply regimens alter the effect of this insecticide. Finally, we conducted a risk assessment of the consequences of our findings for a possible mosquito control measurement, which revealed possible fitness advantages for this species, e.g. the fact higher temperatures decrease the insecticide sensitivity of the mosquitoes or that aquatic predator species have a higher sensitivity to the insecticide used than the mosquitoes. In a second approach, we focused on the mechanism of the cold hardiness of the eggs of Ae. albopictus (cold adaptation and diapause), which is thought to be one of the key traits of this species allowing for its successful establishment in temperate habitats all over the world. After a log lasting hypothesis that polyols decrease the super cooling point and thus increase the cold hardiness was falsified, the current state of scientific knowledge suggested an increase in the wax layer that is located in the chorion of the egg. However, no detailed evaluation of the chorion of mosquitoes had been conducted yet. We therefore investigated the chorion layers with an electron scanning microscope in order to reveal the mechanism of wax accumulation induced by diapause and cold acclimation of the egg. We were then able to reveal that the location of the wax layer was not in the outer serosal cuticle, as it had been hypothesized, but more likely in the dark endochorion of the egg shell. In addition, as the wax layer decreased in size due to diapause and we thus hypothesised a compaction of this layer. In a third approach, we focused on the adaptation potential of the species. The founder populations in freshly invaded areas have a relatively low genetic diversity and it is unlikely that they have a constant influx of alleles in order to adapt on a genetic level. The concept of epigenetic adaptation may give an explanation to this phenomenon. We therefore asked, whether it is possible to detect a heritable diversification in low-temperature phenotype after random epigenetic alteration of the DNA. Given this, we investigated the transgenerational effects of two epigenetic agents (and a solvent) on the cold hardiness of the eggs of the phenotypes. We revealed a correlation pattern that links the level of methylation of the agent with the cold hardiness of the egg. As a result, we saw hints of the possible mechanism of epigenetic temperature adaptation of this species. As a result of these investigations, a high potential for this species to become a threat to public health in many more countries, especially in temperate climatic zones, can be seen. Due to the fact on the one hand that Ae. albopictus can gain fitness advantages due to misapplied vector control measures and on the other hand of the high epigenetically adaptation potential, it is in summary recommended to focus further research on the development of vaccinations for viruses and other pathogens. By doing so, citizens will be protected without putting ecosystems and their services in danger and it is the even more economic solution.