توفر طرق التربية المفصلة هنا إطارًا مباشرًا وقابلًا للتكرار للحفاظ على المجموعات المختبرية من C. morosus. وعلى الرغم من أن C. morosus قد تم الاحتفاظ بها لفترة طويلة في المختبرات أو كحيوانات أليفة، إلا أن بروتوكولات التربية في الأبحاث المختبرية قد تباينت عبر الدراسات6,9,10,11,12. إن ضمان اتساق الظروف البيئية وممارسات التغذية أمر ضروري لجعل C. morosus كائنًا نموذجيًا مختبريًا موثوقًا للأبحاث التنموية والفسيولوجية والتطورية.
التوقيت النمائي في C. morosus مقارنة بالحشرات النموذجية الأخرى
بالمقارنة مع الحشرات كاملة الاستحالة مثل ذبابة الفاكهة Drosophila melanogaster، تُظهر C. morosus معدلات نمو أبطأ ومرحلة يافعة أكثر طولاً. فبينما تُكمل D. melanogaster عملية تكوين الجنين في غضون ~24 h وتصل إلى النضج التكاثري خلال 10–12 days عند 25 °C13، تتطلب C. morosus في ظل ظروف التربية الخاصة بنا 74–80 days لتكوين الجنين وحوالي 135–139 days بعد الفقس للوصول إلى النضج التكاثري، وهو ما يعادل حوالي 200 days من وضع البيض حتى النضج التكاثري عند 23 °C (البيانات غير معروضة). ويعكس هذا الجدول الزمني الممتد اختلافات فسيولوجية وتطورية جوهرية بين الحشرات ناقصة الاستحالة والحشرات كاملة الاستحالة14,15، وهو أمر يتكرر في رتبة Phasmatodea16,17,18. وبينما تُكمل حشرات ناقصة الاستحالة أخرى، مثل صرصار الحقل Gryllus bimaculatus، تكوين الجنين وتصل إلى النضج الجنسي في إطار زمني أقصر (عشرة أيام وستة أسابيع، على التوالي، عند 29 °C19)، فإن النمو البطيء لـ C. morosus يوفر فرصة فريدة لإجراء أبحاث قابلة للتكرار ودراسات طولية مفصلة لتكوين الجنين والنمو في المرحلة اليافعة.
مصدر المجموع الخضري وممارسات التغذية
نستعرض في هذا البروتوكول استخدام اللبلاب (Hedera helix) كمصدر غذائي أساسي لمستعمرة C. morosus الخاصة بنا، حيث تم جمع الأوراق من موقع ثابت داخل الحرم الجامعي على مدار العام. وعلى الرغم من أن اللبلاب قد لا يكون متاحاً لجميع المختبرات، فقد تم الإبلاغ عن ملاءمة عدة مصادر غذائية نباتية بديلة للحفاظ على مستعمرات C. morosus، بما في ذلك العليق (Rubus spp)، والبربيس (Ligustrum spp.)، والبيركانثا (Pyracantha spp.)، والورد (Rosa spp.)، والزعرور (Crataegus monogyna)، والبلوط (Quercus spp)، والبندق (Corylus spp.)20. ومن الاعتبارات الهامة عند استخدام الأوراق التي يتم جمعها من مصادر خارجية أن المحتوى الغذائي يكون أقل تحكماً مقارنة بالأنظمة المختبرية التي تعتمد على أنظمة غذائية موحدة (على سبيل المثال، Drosophila melanogaster)، مما قد يؤدي إلى إدخال تباين غذائي. وللمساعدة في الحد من ذلك، استخدمنا نفس نوع النبات من نفس الموقع طوال جميع الفصول، ووفرنا الأوراق لجميع الأقفاص مرة واحدة في الأسبوع أثناء الصيانة الدورية للأقفاص. وكانت أغصان اللبلاب المستخدمة في التغذية تحتوي عادةً على مزيج من الأوراق النابتة والناضجة؛ ولم نقم باختيار الأغصان بناءً على مرحلة نمو معينة للأوراق. كما غُسلت جميع الأوراق قبل إضافتها إلى الأقفاص. وقد تم تطبيق جدول الاستبدال الأسبوعي الخاص بنا، والذي يتضمن إزالة جميع الأوراق واستبدالها في نفس اليوم، لضمان الاتساق وإدارة حجم المستعمرة. وحُفظت أوراق اللبلاب المقطوعة في أوعية مملوءة بالماء داخل الأقفاص للحفاظ على رطوبتها طوال الأسبوع. وفي معظم الحالات، ظلت الأوراق في حالة جيدة طوال الأسبوع، على الرغم من احتمال حدوث جفاف أو استهلاك جزئي أحياناً، وفي هذه الحالة كنا نستبدل الأوراق في فترة أقل من 1 week.
حجم المستعمرة ومعدلات البقاء على قيد الحياة وتكاثر البالغين
كان التأسيس السليم للمستعمرة والإدارة الدقيقة لكثافة عدد السكان أمرين أساسيين للحفاظ على صحة المخزونات. وقد ساعد الحفاظ على حد أقصى يبلغ حوالي 500 من صغار الفقس أو 50 بالغاً لكل وحدة حجز بأبعاد 61 cm x 61 cm x 91.5 cm في دعم استقرار الظروف، وصيانة المستعمرة، وضمان إمكانية تكرار الملاحظات النمائية.
مقارنة متوسط الوفيات اليومية بعدد البالغين المؤسسين في القفص (الشكل 4أ و الجدول 1لم تكشف عن وجود علاقة يمكن التنبؤ بها بين هذين المعلمتين. وبالمثل، لم تكن هناك علاقة تنبؤية قوية بين العدد الإجمالي للبالغين المؤسسين وإجمالي إنتاج البيض (الشكل 4B, الجدول 1، و جدول ٢). وبدلاً من ذلك، أظهرت الأقفاص التي سجلت متوسط معدل وفيات يومي أقل للبالغين ميلاً طفيفاً نحو تحقيق متوسط إنتاج يومي أعلى من البيض (الشكل 4ج). ومع ذلك، تشير الاختلافات بين الأقفاص إلى أن إنتاج البيض قد تباين بين البالغين (جدول 1 و الجدول ٢)، مما قد يعني أن هناك عوامل أخرى غير بقاء البالغين تساهم في أنماط الخصوبة، وأن الإناث قد تختلف أيضاً فيما بينها من حيث عدد البيض الذي تضعه كل واحدة يومياً.
انخفض إنتاج البيض بشكل عام في جميع الأقفاص التي تمت مراقبتها على مدار التجربة (الشكل 2). وقد سجلت معظم الأقفاص أعلى معدلات وضع البيض اليومية في بداية الفترة التناسلية (أول 50 يوماً)، وبعد ذلك تراجع الإنتاج تدريجياً (الشكل 2). ويتسق هذا النمط مع ملاحظتنا بأن الأفراد يصلون عادةً إلى النضج الجنسي ويبدأون في وضع البيض بعد حوالي 135 يوماً من الفقس، وأن الوفيات تبدأ بعد ذلك بنحو 90 يوماً (~225 يوماً بعد الفقس؛ البيانات غير معروضة).
توقيت وديناميكيات الفقس
عبر دفعات البيض التي تمت مراقبتها، حدث معظم الفقس خلال فترة ثابتة مدتها 12 يوماً تلت بدء الظهور (الشكل 3D). وبالمثل، لم يكن هناك ارتباط بين حجم الدفعة وتوقيت اكتمال فقس 90% من البيض (الشكل 3A)، ووصلت معظم الدفعات إلى اكتمال فقس 90% بين اليومين 10 و14 بعد ظهور أول فقس (الشكل 3B). تعد فترة الفقس المتوقعة هذه ميزة مفيدة في إدارة مستعمرات C. morosus لأنها تسمح بتجميع المواليد في مجموعات ذات أعمار متقاربة، مما يحسن تحديد مراحل النمو ويقلل من التباين التجريبي. كما أن معرفة موعد حدوث الفقس الجماعي تسمح بتخطيط أفضل لتدوير الحظائر وتخصيص الموارد، بما في ذلك التجهيز في الوقت المناسب للحظائر والمجموعات الورقية ومواد التتبع، وهو أمر مهم بشكل خاص للدراسات واسعة النطاق أو طويلة الأمد. وعلى الرغم من دراسة أنواع من Phasmatodea تتكاثر جنسياً وعن طريق التكاثر العذري، إلا أننا لا نعرف أي دليل على أن نمط التكاثر وحده هو الذي يسبب الاختلافات في توقيت تكوين الجنين. وبدلاً من ذلك، تم الإبلاغ عن أن التباين في النمو يكون خاصاً بكل نوع ويتأثر بالظروف البيئية2.
التعامل مع البيوض واعتبارات الركيزة
تتضمن طريقتنا في التعامل مع البيض جمع البيض مباشرة من أرضية الحظيرة وتحضينه في أطباق بتري المهواة. تجعل هذه الطريقة البيض سهل الملاحظة، على عكس أنظمة صرصور الليل التي تجمع البيض في ركائز مثل ألياف جوز الهند أو فتائل القطن21. يوفر الغشاء الخارجي الصلب (exochorion) لبيض C. morosus الحماية أثناء التعامل ومنع الجفاف، مما يسمح بالتحضين الآمن في أطباق بتري دون الحاجة إلى ركيزة إضافية تحت ظروف الزرع المتبعة لدينا. وبجمع هذه الإجراءات الموحدة معاً، فإنها توفر نهجاً منظماً للحفاظ على مجتمعات صحية من C. morosus لإجراء أبحاث نمائية أو سلوكية أو جينية أو فسيولوجية قابلة للتكرار. إن الضوابط البيئية المتسقة (23 °C، 70% RH، 12:12 LD)، والصيانة الدورية للحظيرة، والجداول الزمنية النمائية المتوقعة، تجعل من C. morosus نظاماً نموذجياً متاحاً ومنخفض التكلفة. ومن المهم الإشارة إلى أنه على عكس بعض أنظمة صرصور الليل حيث يمكن للاكتظاظ أو الافتراس أو الحمل الممرض أن يزعزع استقرار المستعمرات بسرعة22، فإن C. morosus سهل التربية، مما يجعله مناسباً للتجارب واسعة النطاق والدراسات التي تمتد عبر أجيال متعددة. ومع زيادة اعتماد C. morosus كنوع نموذجي نصف متحول (hemimetabolous)، فإن استخدام الأساليب الموحدة من شأنه أن يعزز إمكانية التكرار والمقارنة بين الدراسات في مجالات متعددة من بيولوجيا الحشرات.
البقاء على قيد الحياة من الفقس حتى مرحلة البلوغ
إن نسبة البقاء على قيد الحياة من مرحلة الفقس إلى مرحلة البلوغ في دراستنا (نحو 13%) أقل بكثير من تلك التي أبلغت عنها دراسة كمية أخرى لـ *C. morosus* بقاء الحوريات على قيد الحياة في ظل ظروف مختبرية محكومة، حيث نجا 68% من الأفراد حتى مرحلة البلوغ في ظل التقييد السعري، وما يصل إلى 87% تحت بقدر ما يشاء (ad libitum) تغذية23نحن نفترض أن انخفاض معدل البقاء الذي لاحظناه في مستعمرتنا (حوالي 13%) مقارنة بالتقرير السابق يعود إلى الاختلافات في كيفية تربية الحيوانات، والتي تعكس بدورها الأهداف المختلفة لعملية الاستزراع لدينا وتلك الخاصة بالدراسة السابقة. فقد صُمم البروتوكول الخاص بنا للحفاظ على مستعمرات كبيرة تتكاثر باستمرار، بدلاً من زيادة معدل بقاء المجموعات الفردية إلى الحد الأقصى. وبناءً على ذلك، أبقينا الحيوانات بكثافات عالية نسبياً، على عكس الدراسة السابقة التي قامت بتربية حيوانات معزولة من مرحلة البيضة حتى البلوغ في أقفاص فردية.23نحن نفترض أن طريقة الاستزراع عالية الكثافة الموصوفة هنا قد تزيد من معدلات النفوق مقارنة بالتربية في عزل، لا سيما خلال المراحل الحورية المبكرة، حيث قد تكون الأفراد أكثر حساسية للتزاحم أو التنافس. وفي أقفاصنا الأكبر حجماً، قد يكون التباين في جودة النبات قد لعب دوراً أيضاً، مقارنة بنهج التربية الفردية الذي اعتمد على تغذية الأفراد بـأقراص ذات حجم محدد مقطوعة من أوراق النبات.23ومع ذلك، وعلى الرغم من انخفاض معدل البقاء على قيد الحياة نسبياً، فقد أنتجت المستعمرة لدينا باستمرار أعداداً كبيرة من البيوض وظلت مستقرة بمرور الوقت (الشكل 1, الشكل 3, جدول 1، و جدول ٢). وهذا يشير إلى أن النهج الذي نصفه هنا فعال في الحفاظ على مستنبت مختبري طويل الأمد.
العوامل المؤثرة على البقاء ومحددات البروتوكول
من المرجح أن تؤثر عدة عوامل في هذا البروتوكول على معدلات البقاء، لذا يجب التحكم فيها بدقة. وتعد الكثافة السكانية معلماً هاماً، حيث قد يؤدي الازدحام إلى تقليل فرص البقاء، خاصة خلال مراحل الأعمار اليرقية المبكرة. وهناك معلم آخر يؤثر على البقاء وهو الترطيب الكافي، لا سيما في مراحل الأعمار اليرقية المبكرة. تعتمد جميع الإجراءات والتوقيتات الموصوفة في البروتوكول على الظروف البيئية المحددة المستخدمة في هذه الدراسة. ومع ذلك، فإن التغيرات في الرطوبة أو درجة الحرارة أو تدفق الهواء أو نوع النبات قد تؤثر على وتيرة رذاذ الماء، ومدى تكرار الحاجة لاستبدال أوراق الشجر، ووقت فقس البيض، ومعدل البقاء العام. فعلى سبيل المثال، في ظروف الاستزراع الأكثر جفافاً، قد تكون هناك حاجة إلى رذاذ ماء واستبدال للنباتات بشكل أكثر تكراراً للحفاظ على الترطيب. كما قد تؤثر أنواع النباتات المختلفة على التغذية والنمو. ويجب تعديل هذه العوامل بناءً على ظروف التربية والأهداف التجريبية. وبالنسبة للتطبيقات التي تتطلب معدلات بقاء عالية لليافعين، أو تتبعاً فردياً، أو اختبارات سلوكية، فقد يكون من الأفضل استخدام كثافات بدئية أقل.