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Sexual dimorphism in the wing geometry of Musca domestica L. (Diptera: Muscidae) from Colombia PDF

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Artículo Article www.biotaxa.org/RSEA. ISSN 1851-7471 (online) Revista de la Sociedad Entomológica Argentina 80(1): 81-88, 2021 Dimorfismo sexual en la geometría alar de Musca domestica L. (Diptera: Muscidae) de Colombia CORTÉS-SUAREZ, Leidy, DURANGO, Yesica S. & GÓMEZ, Giovan F.* Semillero de Investigación en Morfometría y Genética, Grupo Bioforense, Tecnológico de Antioquia - Institución Universitaria. Antioquia, Colombia. * E-mail: [email protected] Received 30 - IV - 2020 | Accepted 04 - II - 2021 | Published 29 - III - 2021 https://doi.org/10.25085/rsea.800109 Sexual dimorphism in the wing geometry ofMusca domesticaL. (Diptera: Muscidae) from Colombia ABSTRACT. Sexual dimorphism in flies has been evidenced in classical morphological characters, but little is known about the differentiation in wing geometry, a multivariate character highly controlled at the genetic level that influences the flight and impacts its life history and can be analyzed through geometric morphometrics. Here, we evaluated sexual dimorphism in the wing geometry ofMuscadomesticaL., a cosmopolitan synanthropic fly. SpecimensfromColombiawereusedforwingmounting,photography,andlandmark-based geometricmorphometricanalysis.Wefoundsignificantdifferencesbetweenmaleandfemale specimensinwingsizeandshape.Particularly,cross-validatedclassificationbasedonwing shaperesultedinhighscores(90%)ofcorrectsexattribution.Theinfluenceofwinggeometry differences on the flight performance and life history in this species remains unknown. KEYWORDS.Centroid size.Fly.Geometric morphometrics.Morphological variability.Wing shape. RESUMEN.Eldimorfismosexualenmoscassehaevidenciadoencaracteresmorfológicos clásicos, pero poco se conoce de la diferenciación en la geometría alar, un carácter multivariado altamente controlado a nivel genético que influye en el vuelo e impacta su historia de vida, y que puede ser analizado mediante morfometría geométrica. Este trabajo evaluó el dimorfismo sexual en la geometría alar de Musca domestica L., una mosca sinantrópica de amplia distribución geográfica. Se realizó el montaje, fotografía y digitalizacióndealasdelosespecímenesrecolectadosenColombiayseanalizólageometría alar con morfometría geométrica basada en puntos de referencia. La comparación del tamaño centroide y la conformación alar entre machos y hembras evidenció diferencias estadísticamentesignificativas.Enparticular,laclasificaciónvalidadautilizandolasvariables deconformaciónalarpermitióasignarcorrectamentemásdel90%delosespecímenesasu respectivosexo.Así,esteestudioevidenciaunfuertedimorfismosexualenlageometriaalar deM.domestica. Las implicancias de esta variación sobre la aerodinámica del vuelo y su historia de vida aún se desconocen. PALABRAS CLAVE.Conformación alar.Morfometría geométrica.Mosca.Tamaño centroide. Variabilidad morfológica. INTRODUCCIÓN orgánica animal y vegetal, además como vectores directos o indirectos de bacterias, hongos, parásitos Los insectos, y en especial algunas moscas, juegan y virus de importancia en salud humana y animal un papel relevante en la descomposición de la materia (Khamesipour et al., 2018). Sus formas inmaduras Copyright CORTÉS-SUAREZ, L. et al.- This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Licence (CC BY 4.0) 81 Revista de la Sociedad Entomológica Argentina 80(1): 81-88, 2021 (larvas) pueden causar miasis en el humano y otros animales vivos, pero también pueden hallarse en cadáveres en diferentes estados de descomposición, convirtiéndose en indicadores de importancia forense. Entre las principales familias de moscas carroñeras se encuentran Calliphoridae, Sarcophagidae, Muscidae, Fanniidae y Phoridae (Byrd & Castner, 2009). Particularmente, en la familia Muscidae se encuentra la especie Musca domestica L., la cual tiene una amplia distribución geográfica y es reconocida por su importancia médico-legal (Carvalho et al., 2005). El dimorfismo sexual, o la diferencia en la fisionomía externa de machos y hembras, existe en la mayoría Fig. 1. Puntos de referencia utilizados para el análisis de especies del reino animal, y ha sido explicado morfométrico en el ala derecha deMusca domestica. principalmente como un mecanismo de selección sexual (Hedrick & Temeles, 1989; Fairbairn et al., 2007). aproximadamente 250 gramos de una mezcla de Tradicionalmente, en moscas se han detectado vísceras de pollo y cabezas de pescado en diferencias en caracteres morfológicos clásicos tales descomposición siguiendo los protocolos como los órganos sexuales o incluso el tamaño estandarizados (Amat-García et al., 2018), como parte corporal. Sin embargo, poco se conoce de la de salidas de campo realizadas por miembros del grupo diferenciación en la geometría alar, un carácter de investigación Bioforense. Este trabajo recibió altamente controlado a nivel genético que influye en el aprobación del Comité de Bioética del Tecnológico de vuelo e impacta su historia de vida, y que puede ser Antioquia (Acta Nro. 4 de 2017) y cumplió con los analizado mediante morfometría geométrica (Benítez, requerimientos legales y permisos necesarios para la 2013). recolección del material en campo (Resolución 0839 del La morfometría geométrica permite analizar la forma 25 de Julio de 2014). Los especímenes se identificaron de cualquier estructura, y estudiar su covariación con a nivel de especie y sexo, con claves taxonómicas otros factores, así como responder a diversas preguntas especializadas o descripciones morfológicas (Carvalho ecológicas y evolutivas (Klingenberg, 2010). A partir et al., 2005; Barros de Carvalho & de Mello-Patiu, 2008). de la asignación de puntos de referencia o landmarks Se cortó el ala derecha de cada espécimen y se realizó sobre imágenes de la estructura de interés, es posible el montaje lámina-laminilla. Posteriormente, se tomaron analizar su conformación o shape, definida como un fotografías de las alas en vista dorsal utilizando una atributo que no esta afectado por la escala, la rotación cámara óptica OPTIKAM Pro 3, la cual posee una oeltamaño(Bookstein,1991),yquepermitesuestudio resolución de 3,2 megapíxeles, y que fue adaptada a un multidimensional. Lo anterior representa una diferencia estereomicroscopio Nikon modelo SMZ745T. fundamental con la morfometría tradicional, la cuál no Se digitalizaron 15 puntos de referencia homólogos estudialaformadelobjetoensentidoestricto,sinoque en el ala derecha que cubren la estructura (Fig. 1) basa sus análisis en datos unidimensionales (Rohlf & utilizando el módulo COO del paquete CLIC (Dujardin, Marcus, 1993). A nivel biológico, específicamente en 2008). La localización de los puntos de referencia se dípteros, la morfometría geométrica ha permitido el encuentra descrita en la Tabla I, siguiendo la estudio de la diversidad de la forma entre y dentro de nomenclatura de venación alar propuesta por Cumming especies, así como el efecto de variables ambientales & Wood (2009). El índice de repetibilidad (R), que sobre este atributo (Rodríguez-Zabala et al., 2016; evalúa el error en la digitalización de los puntos de Gómez&Correa,2017;Chuetal.,2019;Jiménez-Martín referencia, fue estimado siguiendo la metodología et al., 2020). propuesta por Arnqvist & Martensson (1998). El objetivo de este estudio fue evaluar el dimorfismo Se recuperó la variable tamaño centroide, dato sexualenlageometríaalardeM.domesticay,explorar correlacionado con el tamaño alar (Morales Vargas et la variabilidad del tamaño y la conformación alar, al., 2010), y posteriormente, se procedió a obtener las aspectosclaveparareconocersudiversidadfenotípica. variables de conformación mediante la superposición de Procrustes, la cuál elimina las variaciones en MATERIAL Y MÉTODOS posición, orientación y escala de las alas. Para la Los especímenes utilizados en este estudio hacen variable tamaño centroide, se incluyeron parte de la Colección Entomológica Tecnológico de comparaciones entre la mediana y la varianza de Antioquia, CETdeA. Se seleccionaron especímenes machos y hembras (prueba U de Mann-Whitney) provenientesdelosdepartamentosdeAntioquiayMeta, (Zelditch et al., 2004), mientras que con las variables los cuales fueron recolectados con trampas Van de conformación se procedió a realizar i) un análisis de Someren-Rydon modificadas y cebadas con componentes principales, para explorar su variación, ii) 82 CORTÉS-SUAREZ, L. et al. Dimorfismo sexual enMusca domestica Tabla I. Localización anatómica de los puntos de referencia utilizados para este estudio siguiendo la nomenclatura propuesta porCumming & Wood (2009). un análisis de las distancias de Mahalanobis entre los del tamaño para explicar las diferencias en la grupos analizados y su significancia, y iii) un análisis conformación alar fue despreciable (5,7%); aún así, discriminante para evaluar el potencial de la pudo ser corregido (lambda de Wilks = 0,66; p = 0,96) conformación alar para separar sexos. El efecto para las comparaciones posteriores. Por su parte, alométrico, es decir, el impacto del tamaño sobre las cuando el efecto alométrico se analizó separando los variaciones de la conformación, se analizó mediante sexos, no se encontró un efecto alométrico significativo una regresión multivariada con 1.000 permutaciones (p > 0,05), y el tamaño explicó sólo el 1,82% y 3,79% de (Good, 1994). Adicionalmente, el modelo de pendientes la variación de la conformación alar en hembras y alométricas comunes se evaluó mediante un análisis machos, respectivamente. multivariado de la covarianza. Los análisis La comparación del promedio de la conformación morfométricos se realizaron en el paquete CLIC alar reveló diferencias significativas (distancia de (Dujardin, 2008), el programa MorphoJ (Klingenberg, Mahalanobis = 6,42; p < 0,0001) entre machos y 2011) y el programa PAST (Hammer et al., 2001). Las hembras, mientras que no se evidenciaron diferencias figuras fueron ajustadas utilizando la web https://plot.ly/. en la varianza de la conformación alar (p = 0,42; 1.000 réplicas). El análisis discriminante validado permitió RESULTADOS clasificar correctamente el 96% de las hembras y el 92% de los machos a partir de las variables de Se incluyeron 54 especímenes en total, 27 de cada conformación (Fig. 3). Los especímenes que se sexo. La información de los especímenes se encuentra clasificaron incorrectamente correspondieron a tres en la Tabla II. El índice de repetibilidad fue alto, con un individuos, una hembra y un macho de Cola del Zorro, valor de 0,99 para el tamaño centroide y superior al 90% Medellín, Antioquia, y un macho de Ankon, para los seis primeros componentes principales que Copacabana, Antioquia. representan el 82% de la variación en la conformación Las mayores diferencias en la geometría alar se alar. presentaron en la margen posterior del ala en los Se encontraron diferencias significativas en la puntos de referencia 11 [intersección entre la vena comparación de medianas del tamaño centroide (p = basal-medial (bm) y la ramificación anterior de la vena 0,01; prueba Mann-Whitney U) (Fig. 2), mientras que no cubital (CuA)] y el punto de referencia 14 [intersección se evidenciaron diferencias significativas en su varianza entre la ramificación anterior de la vena cubital (CuA) y (p = 0,07; prueba de Fisher). Las hembras fueron más la vena CuA+CuP (CuA + ramificación posterior de la grandes (Me = 6,2 ± 0,4 mm) que los machos (Me = 5,8 vena cubital)], mientras que la arquitectura alar fue más ± 0,1 mm). A pesar de existir un efecto alométrico conservada hacia la base del ala (Fig. 4). En general, significativo cuando se evaluaron todos los especímenes las alas de los machos fueron más alargadas y (p = 0,007; regresión multivariada) la contribución estrechas que las alas de las hembras. 83 Revista de la Sociedad Entomológica Argentina 80(1): 81-88, 2021 DISCUSIÓN Liria, 2017). La variación encontrada en el tamaño de cada sexo de M. domestica en este estudio podría Este estudio evidencia el dimorfismo sexual en el explicarseporfactoresabióticos.Sehademostradoque tamaño y la conformación alar en especímenes de el tamaño corporal de poblaciones de M.domestica campo de M. domestica de Colombia. El tamaño de las incrementa con la latitud y altitud (Bryant, 1977; Alves alas de las moscas se ha correlacionado con el tamaño & Bélo, 2002). Por su parte, Baleba et al. (2019) bajo y peso corporal en dípteros (Celis & Diaz-Benjumea, condiciones de laboratorio controladas demostraron el 2003; Petersen et al., 2016). Particularmente, este impactodeotrasvariablescomoladensidaddelarvas estudio evidenció un mayor tamaño alar en hembras y el tipo de sustrato en el tamaño de los adultos de que en machos de M. domestica. Este hallazgo es Stomoxys calcitrans L., otra especie de la familia consistente con lo reportado previamente con otras Muscidae. moscas necrófagas (Diptera: Calyptratae) de la familia Es bien conocido el papel relevante de factores Calliphoridae como Calliphora vicina Robineau- abióticos, particularmente de la temperatura, en la Desvoidy (Limsopatham et al., 2018), Lucilia cuprina dinámica poblacional, el tiempo de desarrollo, la (Wiedemann), Chrysomya megacephala (Fabricius) y supervivencia e incluso el tamaño de los dípteros Chrysomya albiceps (Wiedemann) (Nuñez-Rodríguez & (Phanitchat et al., 2019). Un estudio realizado en M. Fig. 2. Comparación de la distribución del tamaño centroide (en milímetros) entre machos y hembras de Musca domestica. Cada punto representa un dato de un espécimen. El diagrama de cajas representa el dato de la mediana en el centro, el rango intercuartílico Q1 y Q3 en los bordes y, el límite inferior y superior hacia los extremos para cada grupo. Fig. 3. Histograma de frecuencias del análisis discriminante validado entre machos y hembras deMusca domestica. 84 CORTÉS-SUAREZ, L. et al. Dimorfismo sexual enMusca domestica En la conformación alar se encontró un fuerte dimorfismo sexual en M. domestica. Las alas de los machos fueron más estrechas en la margen posterior del ala que las hembras; mientras que las alas de los machos fueron un poco más alargadas en el extremo. Estos resultados fueron similares a lo reportado por Siomava et al. (2017) en una población de Italia de la Fig.4.Diferenciasdelpromediodelaconformaciónalar misma especie. Aunque la temperatura se ha entre machos (color azul) y hembras (color rojo). relacionado en estudios morfométricos como una variable que puede impactar también la conformación domestica no encontró un efecto significativo de la alar (Gómez et al., 2014), su efecto en M. domestica temperatura en el tamaño alar en ninguno de los sexos parece ser dependiente del sexo, afectando más a los en una colonia joven de laboratorio de especímenes machos que a las hembras. En el mismo estudio, se colectados en Italia (Siomava et al., 2016), evidenció que la densidad de larvas de M. domestica probablemente explicado por un bajo número de durante la cría resulta en cambios similares en la grupos experimentales y de temperaturas probadas. En conformación alar en machos y hembras (Siomava et contraste, algunos datos recientes han sugerido una al., 2017). El dimorfismo sexual alar ha sido también respuesta adaptativa diferencial en respuesta a la evidente en otras tres especies de múscidos del género temperatura de poblaciones europeas de M. domestica Stomoxys en Tailandia (Changbunjong et al., 2016). (Kjærsgaard et al., 2015). Dado que los especímenes Dado que la forma alar impacta la efectividad del analizados en este estudio se colectaron como adultos apareamiento de los insectos (Guerra, 2011), se en el campo, no es posible conocer el impacto de hipotetiza que el marcado dimorfismo sexual en la variables ambientales específicas durante su desarrollo conformación alar de M. domestica podría estar bajo sobre el tamaño alar. Sin embargo, la mayoría de los selección para optimizar el rendimiento del vuelo. Es especímenes provienen de municipios con una conocido que en M. domestica el cortejo y temperatura ambiente similar, por lo que se hipotetiza apareamiento se inicia durante el vuelo por un ataque que otros factores abióticos diferentes a la temperatura de un macho contra el dorso de una hembra; un "golpe potencialmente explicarían los datos observados. de apareamiento" exitoso generalmente resulta en el Razones relacionadas principalmente con la eficacia aterrizaje inmediato y el inicio de la cópula (Colwell & biológica se han propuesto para explicar la tendencia Shorey, 1975). Estudios previos han mostrado que el general del dimorfismo sexual en el tamaño de los rendimiento del vuelo de los machos es facilitado por insectos, entre las que se encuentran mayor fecundidad alas largas y estrechas (Young et al., 2009), como la (Reigada & Godoy, 2005; David et al., 2006; Bradshaw geometría alar descrita en los machos en este estudio. & McMahon, 2008) y mayor supervivencia (Aspi & Aunque los sexos de M. domestica pueden ser Hoikkala, 1995) en hembras de insectos más grandes. diagnosticados con la observación de caracteres El éxito en el apareamiento también se ha relacionado morfológicos clásicos a través del estereomicroscopio con el tamaño, sin embargo, esta relación ha sido (Barros de Carvalho & de Mello-Patiu, 2008), requiere contrastante en diferentes poblaciones de M. domestica un entrenamiento previo que no está al alcance de de Estados Unidos (Baldwin & Bryant, 1981). inexpertos. En este sentido, el diagnóstico del sexo Adicionalmente, el presente estudio resalta la únicamente basado en la estructura alar provee una importancia de separar los sexos en los análisis de línea de evidencia adicional altamente informativa que diferenciación de conformación alar de M. domestica, podría ser potencialmente útil, y una estrategia de bajo dado que sus trayectorias alométricas difieren y pueden costo. impactar los resultados morfométricos. Hallazgos contrastantes fueron reportados para poblaciones de campo de M. domestica de Italia, donde detectaron alometría estática en machos, pero no en hembras (Siomava et al., 2017). 85 Revista de la Sociedad Entomológica Argentina 80(1): 81-88, 2021 Tabla II. Información de colección de los especímenes deMusca domestica.*M = macho, H = hembra. 86 CORTÉS-SUAREZ, L. et al. Dimorfismo sexual enMusca domestica AGRADECIMIENTOS Celis, J.F. de, & Diaz-Benjumea, F.J. (2003) Developmental basis for vein pattern variations in insect wings. The Se agradece a miembros del grupo Bioforense, en InternationalJournalofDevelopmentalBiology,4477,653-663. especial a Luz M. Gómez por apoyar la idea de Changbunjong, T., Sumruayphol, S., Weluwanarak, T., investigación, así como a los estudiantes del Semillero Ruangsittichai, J., & Dujardin, J.-P. (2016) Landmark and de Investigación en Morfometría y Genética (SIMG) por outline-based geometric morphometrics analysis of three su apoyo durante el trabajo de laboratorio. Este trabajo Stomoxysflies(Diptera:Muscidae).FoliaParasitologica,6633, 1-9. recibió financiación en el marco de la convocatoria interna de proyectos de investigación del Comité para Chu, V.M., Sallum, M.A.M., Moore, T.E., Lainhart, W., Schlichting,C.D.,&Conn,J.E.(2019)Regionalvariationin el Desarrollo de la Investigación (CODEI) del life history traits and plastic responses to temperature of Tecnológico de Antioquia - Institución Universitaria. the major malaria vector Nyssorhynchusdarlingiin Brazil. 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