Nonlinear impacts of climatic variability on the density dependent regulation of an insect vector of disease

Abstract

Aedes aegypti is one of the most common urban tropical mosquito species and an important vector of dengue, chikungunya, and yellow fever viruses. It is also an organism with a complex life history where larval stages are aquatic and adults are terrestrial. This ontogenetic niche shift could shape the density-dependent regulation of this and other mosquito species, because events that occur during the larval stages impact adult densities. Herein, we present results from simple density-dependent mathematical models fitted using maximum likelihood methods to weekly time series data from Puerto Rico and Thailand. Density-dependent regulation was strong in both populations. Analysis of climatic forcing indicated that populations were more sensitive to climatic variables with low kurtosis, i.e., climatic factors highly variable around the median, rainfall in Puerto Rico, and temperature in Thailand. Changes in environmental variability appear to drive sharp changes in the abundance of mosquitoes. The identification of den sity-independent (i.e., exogenous) variables forcing sharp changes in disease vector populations using the exogenous factors statistical properties, such as kurtosis, could be useful to assess the impacts of changing climate patterns on the transmission of vector-borne diseases.

El Aedes aegypti es una de las especies de mosquitos tropicales urbanos más comunes y un importante vector del dengue chikungunya y la fiebre amarilla. También es un organismo con un complejo ciclo vital en el que las fases larvarias son acuáticas y los adultos son terrestres. Este cambio de nicho ontogénico podría dar forma a la regulación dependiente de la densidad de esta y otras especies de mosquitos, ya que los acontecimientos que se producen durante las fases larvarias afectan a las densidades de los adultos. En este artículo, presentamos los resultados de modelos matemáticos simples dependientes de la densidad, ajustados mediante métodos de máxima verosimilitud a datos de series temporales semanales de Puerto Rico y Tailandia. La regulación dependiente de la densidad fue fuerte en ambas poblaciones. El análisis del forzamiento climático indicó que las poblaciones eran más sensibles a las variables climáticas con baja curtosis, es decir, factores climáticos muy variables en torno a la mediana, las precipitaciones en Puerto Rico y la temperatura en Tailandia. Los cambios en la variabilidad ambiental parecen impulsar cambios bruscos en la abundancia de mosquitos. La identificación de las variables independientes de la densidad (es decir, exógenas) que forzan los cambios bruscos en las poblaciones de vectores de enfermedades utilizando los factores exógenos, como la curtosis, podría ser útil para evaluar el impacto de los cambios climáticos en la transmisión de enfermedades transmitidas por vectores.