Modeling the spatial distribution of Culex and Stegomyia mosquitoes collected in the Taita Hills, Kenya in 2016, with notes on other genera

Hyttyset ovat yksi taloudellisesti ja sosiaalisesti merkittävimmistä eläinlajeista planeetallamme, sillä ne kykenevät välittämään taudinaiheuttajia, kuten loisia tai viruksia, eläimistä ihmisiin ja ihmisistä toisiin. Hyttysten levittämät taudit syntyvät yhden tai useamman hyttysen levittämän viruksen tai loisen aiheuttamana tartuntana. Tällaisia tartuntatauteja ovat dengue virus (DENV), chikungunya virus (CHIKV), Zika virus (ZIKV), malaria, Länsi-Niilin virus ja keltakuume, jotka ovat aiheuttaneet vuosittain yli miljoona kuolemaa maailmanlaajuisesti (WHO 2016). Hyttysten levittämät sairaudet syntyvät, kun tartunnan saanut hyttynen siirtää yhden tai useamman taudinaiheuttajan isännästä toiseen veren imemisen aikana. Kolme hyttyssukua; Anopheles, Culex ja Stegomyia (Aedes), toimivat merkittävimpinä taudinaiheuttajien välittäjinä synnyttäen ongelmallisimman tilanteen erityisesti Aasian, Etelä-Amerikan ja Afrikan trooppisilla ja subtrooppisilla alueilla (WHO 2016). Vektorien välittämistä taudeista, hyttysten levittämät taudit ovat läheisimmin yhteydessä ihmistoimintaan liittyviin tekijöihin sekä ympäristötekijöihin. Ympäristötekijöillä on joko suora tai epäsuora vaikutus hyttysten esiintymiseen, sillä hyttyset ovat riippuvaisia suotuisasta elinympäristöstä. Tämä tutkimus hyödyntää lajilevinneisyysmallinnusta hyttyshavaintojen, ympäristömuuttujien ja ihmistoimintaan liittyvien muuttujien välisten suhteiden tarkastelussa. Tämä tutkimus on osa prof. Olli Vapalahden luotsaamaa Villieläinten seulonta-projektia, jonka tavoitteena on löytää uusia lajeja ja etsiä mahdollisia viruksia jyrsijöistä, lepakoista ja hyttysistä Keniassa. Hyttyslajien maantieteelliseen levinneisyyteen ja elinympäristöyhteyksiin liittyvien aiempien tutkimusten puuttuminen vahvistaa tarvetta lisätutkimukselle Taita Hillsin alueella Kaakkois-Keniassa. Tutkimuksella on kolme päätavoitetta: 1) tutkia, mitä hyttyssukuja Taita Hillsin alueella esiintyy, ja miten kerättyjen hyttyssukujen levinneisyys sijoittuu alueellisesti 2) tarkastella, mitkä tekijät selittävät parhaiten Culex ja Stegomyia hyttysten levinneisyyttä, 3) antaa vastaus hypoteesiin; voiko jokin tilastollinen malli ennustaa uskottavasti Culex ja Stegomyia hyttysten levinneisyyttä. Mahdollisten luotettavien mallien avulla on lisäksi tarkoitus ennustaa hyttyslajien levinneisyyttä ennustekartoin. Tässä tutkimuksessa yhdistettiin biologisia, tilastollisia, ja paikkatietojärjestelmiin perustuvia tutkimusmetodeita. Tutkimusaineisto sisältää havaintoaineiston, ympäristöaineiston, ihmistoimintaan ja etäisyyksiin perustuvan aineiston sekä biologisen aineiston. Näytteitä kerättiin yhteensä 122 sijainnista Taita Hillsin alueella tammi-maaliskuussa 2016. Ympäristöaineisto sekä ihmistoimintaan ja etäisyyksiin perustuvat aineistot saatiin satelliitti- ja ilmakuvista, ja ne tuotettiin ja muokattiin ArcMap- ohjelmassa. Analyysissä käytettiin biomod2- ohjelmapakettia, joka on lajilevinneisyyden ennustamiseen tarkoitettu alusta R-ohjelmointiympäristössä. Selittävien muuttujien eli ennustemuuttujien korrelaatioiden testauksen jälkeen parhaiten ennustavat muuttujat valittiin lopulliseen malliin. Parhaiten Culexin levinneisyyttä ennustavia tekijöitä olivat rinnekaltevuus, asukastiheys, NDVI, etäisyys tiehen sekä korkeus. Tämä tuotti 6 luotettavaa ennustemallia korkeilla ennustearvoilla. Multivariate adaptive regression splines (MARS) tuotti AUC(Area under curve)-arvon 0.806, ja perinteinen yleistetty lineaarinen malli(GLM) tuotti AUC-arvon 0.730 tilastollisesti merkitsevillä arvoilla. Kumpikin malli sai hyvän mallin sovittamisen ylittävän AUC-arvon (AUC ≥ 0.7), ja tuotti näin luotettavan ennusteen Culex ja Stegomyia hyttysten lajilevinneisyydelle. Stegomyia- hyttysten levinneisyyttä ennusti parhaiten viisi ennustemuuttujaa mukaan lukien keskisäteily, asukastiheys, NDVI, etäisyys tiehen sekä keskilämpötila. Näillä muuttujilla, korkeimmat AUC-arvot tuotti yleistetty luokittelupuumenetelmä (GBM) ja satumetsä(RF), AUC-arvoilla 0.708. Kummallekin hyttyssuvulle, Culexille ja Stegomyialle syntyi luotettavia levinneisyysennusteita, jotka esitetään todennäköisyyskarttoina Results-osiossa. Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää terveysviranomaisten ohjenuorana hyttysperäisiä tauteja levittävien Culex ja Stegomyia hyttysten suotuisten elinympäristöjen kartoittamisessa, sekä niiden esiintymiseen ja tautien ehkäisyyn liittyvien strategioiden tukena Taita Hillsin alueella.