Fenomena Fly Factor dan Mekanisme Yang Mendasarinya Pada Lalat Rumah Musca domestica

“Faktor lalat” merujuk pada fenomena bahwa makanan yang sebelumnya terpapar dan dimakan oleh lalat cenderung menarik jumlah lalat pencari makanan yang lebih besar dibandingkan dengan makanan yang sama sekali tidak tersentuh oleh lalat.

Barnhart dan Chadwick (1953) pertama kali menjelaskan faktor lalat setelah pengamatan lapangan mereka bahwa partai makanan yang sebelumnya dikenai oleh lalat mengakibatkan lebih banyak lalat pencari makanan daripada partai makanan yang “segar”.

Mereka menghipotesiskan bahwa lalat yang makan menghasilkan dan menyimpan zat yang menarik lalat pencari makanan tetapi pada saat itu tidak berusaha mengidentifikasi zat yang menyebabkan daya tarik makanan yang telah dimakan (Barnhart & Chadwick, 1953).

Menjadi jelas bahwa lalat pencari makanan, bahkan dalam ketiadaan petunjuk visual apapun, lebih memilih sukrosa yang sebelumnya dimakan oleh lalat.

Mereka menghipotesiskan bahwa lalat yang makan menghasilkan dan menyimpan zat yang menarik lalat pencari makanan tetapi pada saat itu tidak berusaha mengidentifikasi zat yang menyebabkan daya tarik makanan yang telah dimakan (Barnhart & Chadwick, 1953).

Menjadi jelas bahwa lalat pencari makanan, bahkan dalam ketiadaan petunjuk visual apapun, lebih memilih sukrosa yang sebelumnya dimakan oleh lalat.

Tujuan dalam penelitian ini adalah untuk dengan jelas menunjukkan bahwa faktor lalat ada dan untuk menentukan mekanisme yang mendasarinya yang menyebabkan atau berkontribusi pada faktor lalat.

METODE

Serangga Eksperimen

Asal: Dibeli dari pemasok atau dari jangkrik yang dikumpulkan di fasilitas produksi ayam lokal.

Pemeliharaan: Insektarium di Universitas Simon Fraser pada suhu 25 °C, kelembapan 60%, dan siklus L16:D8.

Makanan & Minuman: Bubuk susu, gula pasir, dan air ad libitum.

Pemeliharaan Larva: Botol kaca berukuran 4 L yang berisi campuran dedak gandum (2 L), molase (40 mL), air (700 mL), ragi bir kering (20 mL), dan pasta bubuk susu kental (50 mL).

Bioasai: Lalat dewasa berusia 3 hingga 5 hari yang kelaparan selama 16 jam sebelum uji bioasai.

Meskipun lalat yang dibeli dan tipe liar merespons dengan cara yang serupa terhadap stimulus uji yang identik, para peneliti menjalankan sebagian besar eksperimen dengan lalat tipe liar.

Desain Bioassay Umum

Enam arena Plexiglas©R berlapis tiga + lampu berfluoresensi. Terdiri dari: (1) ruang pusat  untuk pelepasan 100 lalat uji (pencari makanan), (2) ruang samping  yang memuat stimulus uji yang ditugaskan secara acak yang disajikan dalam cawan Petri yang dilapisi jala, (3) dinding pembatas + kertas kuning  untuk menyembunyikan petunjuk visual yang terkait dengan stimulus uji, (4) corong jala logam terbalik  memungkinkan lalat masuk, tetapi tidak kembali, dari ruang arena samping.

Untuk setiap replikasi, lalat disedot dingin secara singkat (5 menit) dan diurutkan menjadi kelompok campuran 100 lalat, yang kemudian diberikan waktu 10 menit untuk menghangatkan diri sampai suhu ruangan dan kemudian dilepaskan ke ruang pusat arena.

Lalat-lalat ini, disebut di sini sebagai “lalat pencari makanan” (FFs), diberikan pilihan antara stimulus uji yang ditugaskan secara acak ke ruang samping arena. Stimulus uji bervariasi antar eksperimen. Lalat yang berkontribusi pada stimulus uji disebut di sini sebagai “lalat stimulus” (SFs).

Setelah 2 jam, replikasi eksperimental diakhiri, arena dibekukan (-20 °C) semalam, dan jumlah lalat jantan dan betina FF di setiap ruang samping, serta FF yang tidak merespons di ruang pusat, dihitung keesokan paginya.

Setelah setiap replikasi, arena bioasai dicuci dengan air panas dan sabun, dan kertas kuning yang melapisi diganti.

Tujuan 1 : Membandingkan Daya Tarik Makanan yang sedang Dimakan atau Tidak terhadap Lalat Rumah

Stimulus perlakuan: Cawan Petri yang dilapisi jala yang berisi (i) sumbu kapas lembab, (ii) sukrosa (15 g) yang diberikan makan oleh 50 SF (lalat yang diberikan stimulus) yang telah kelaparan selama 16 jam, dan (iii) cawan Petri kecil yang dilapisi jala (90 × 25 mm) yang berisi sumbu kapas lembab lainnya.

Kontrol: Cawan Petri yang dilapisi jala yang identik berisi (i) sukrosa (15 g) dan (ii) cawan Petri kecil yang dilapisi jala yang berisi 50 SF dengan sumbu kapas lembab tetapi tanpa sukrosa.

Tujuan 2 : Membandingkan Daya Tarik Makanan yang Sudah Dimakan atau Tidak terhadap Lalat Rumah

Stimulus perlakuan: Cawan Petri yang dilapisi jala yang berisi (i) sumbu kapas lembab, (ii) sukrosa (15 g) yang sebelumnya dimakan selama 2 jam oleh 50 SF (lalat yang diberikan stimulus) yang diangkat tepat sebelum dimulainya uji bioasai.

Kontrol: Identik, cawan Petri yang dilapisi jala yang berisi sumbu kapas lembab dan sukrosa (15 g).

Tujuan 3 : Feses dan Muntahan Lalat terhdapa Daya Tarik Makanan

Stimulus perlakuan: Cawan Petri yang dilapisi jala (150 × 25 mm) yang kotor dengan kotoran dan regurgitasi dari 50 SF (lalat yang diberikan stimulus) yang sebelumnya telah diberi makan dengan baik dan telah ditutup dalam cawan Petri tersebut selama 2 jam dengan akses ke sumbu kapas yang lembab namun tidak ke makanan. Sumbu kapas tetap menjadi bagian dari stimulus uji tetapi SF dihapus dari cawan Petri tepat sebelum dimulainya uji bioasai.

Kontrol: Identik dengan stimulus perlakuan kecuali bahwa cawan Petri tidak pernah terpapar SF.

Tujuan 4 : Daya Tarik Feses vs Muntahan terhadap Makanan yang Sudah Dimakan Sebelumnya

Stimulus perlakuan 1: Cawan Petri yang dilapisi jala (150 × 25 mm) yang berisi sumbu kapas lembab dan sukrosa (15 g) yang sebelumnya dimakan selama 2 jam oleh 50 SF (lalat yang diberikan stimulus) yang diangkat tepat sebelum dimulainya uji bioasai. Stimulus perlakuan 2: Cawan Petri yang identik, dilapisi jala, yang kotor dengan kotoran dan regurgitasi dari 50 SF yang sebelumnya telah diberi makan dengan baik dan telah ditutup dalam cawan Petri tersebut selama 2 jam dengan akses ke sumbu kapas yang lembab namun tidak ke makanan.

Tujuan 5 : Menangkap Senyawa Volatil yang Diemisikan oleh Lalat yang Sedang atau Tidak Makan, lalu Menentukan Efeknya terhadap Daya Tarik Makanan

Serangkaian 8 cawan Petri yang dilapisi jala, masing-masing berisi sumbu kapas lembab dan sukrosa (15 g) yang diberikan makan oleh 100 SF (lalat yang diberikan stimulus), yang telah kelaparan selama 16 jam untuk memastikan pemakanan, ditempatkan ke dalam sebuah ruang kaca Pyrex©R. Serangkaian 8 cawan Petri yang identik, dilapisi jala, masing-masing berisi sumbu kapas lembab dan 100 SF tanpa akses ke sukrosa (15 g), ditempatkan ke dalam sebuah ruang kaca Pyrex©R kedua yang memiliki ukuran yang identik. Udara yang difiltrasi arang diambil pada laju 0,4 L/menit selama 2 jam melalui setiap ruang dan tabung kaca yang berisi 6 g Porapak-Q sebagai absorbannya.

Volatil dideorpsi (diekstrak) dari Porapak-Q dengan 2 mL pentana. Proses ini diulang beberapa kali, mengumpulkan volatil dari sekitar 3000 lalat yang entah sedang makan atau tidak makan selama 2 jam.Dengan demikian, masing-masing dari 2 ekstrak volatil Porapak-Q yang dihasilkan mengandung total 6000 setara jam lalat (FHEs) dari emisi volatil (2 FHEs = jumlah volatil yang dikeluarkan dari 1 lalat selama 2 jam makan atau tidak makan). Ekstrak ini dikonsentrasikan menjadi 4 FHE/µL.

Tujuan 6 : Menentukan Luaran Metabolik (Suhu, Kelembapan Relatif, dan CO2) dari Lalat yang sedang Makan dan Tidak Makan, serta Efeknya terhadap Daya Tarik Makanan

Untuk setiap rekaman (N = 8), sebuah cawan Petri yang dilapisi jala (150 × 25 mm) dengan 50 SF (lalat yang diberikan stimulus) yang sedang makan sukrosa (15 g) (N = 4), atau 50 SF yang tidak sedang makan dan tidak dapat mengakses sukrosa (N = 4), ditempatkan ke dalam sebuah ruang samping di dalam arena bioasai. Probe kualitas udara dimasukkan ke dalam ruang melalui lubang yang pas (diameter 20 mm), merekam selama 2 jam secara bersamaan suhu (°C), kelembapan relatif (%), dan konsentrasi CO2 (ppm) di dekat sekelompok lalat. Dengan bukti bahwa produksi CO2 dari SF yang sedang makan secara signifikan lebih tinggi daripada SF yang tidak sedang makan, dan dengan demikian dapat memberikan isyarat bagi FF (lalat pencari makanan), eksperimen 6 dirancang untuk menguji efek CO2 terhadap respons FFs.

Untuk mensimulasikan konsentrasi CO2 yang terkait dengan SF yang sedang makan, jumlah CO2 yang setara (persiapan 1% CO2 dalam udara napas) dipompa dengan lembut pada laju 30 mL/menit melalui pipa tembaga (1,5 m × 2 mm i.d.) yang terhubung dengan pipa aluminium yang mengarahkan campuran gas ke dalam ruang perlakuan di dalam arena bioasai. Udara napas (Praxair) tanpa tambahan CO2 dipompa dengan cara yang serupa ke dalam ruang kontrol.

Kedua ruang perlakuan dan kontrol juga berisi cawan Petri dengan sukrosa yang telah dimakan dan sumbu kapas yang lembab untuk mengatasi kemungkinan bahwa efek CO2 mungkin muncul hanya dalam keberadaan semiochemical yang berasal dari deposit lalat.

HASIL

Proporsi lalat FF yang merespons lalat SF yang sedang makan sukrosa (0,66 ± 0,03) secara signifikan lebih besar daripada proporsi FFs yang merespons SFs yang tidak dapat mengakses sukrosa, menunjukkan bahwa aktivitas makan meningkatkan daya tarik sumber makanan. Proporsi FFs yang merespons sukrosa yang sebelumnya dimakan oleh SFs secara signifikan lebih besar daripada proporsi FFs yang merespons sukrosa yang belum pernah dimakan oleh lalat, menunjukkan bahwa bahkan aktivitas makan sebelumnya oleh SFs pada suatu sumber makanan masih meningkatkan daya tariknya. Proporsi FFs yang merespons sukrosa yang sebelumnya dimakan oleh SFs secara signifikan lebih besar daripada proporsi FFs yang merespons sukrosa yang belum pernah dimakan oleh lalat, menunjukkan bahwa bahkan aktivitas makan sebelumnya oleh SFs pada suatu sumber makanan masih meningkatkan daya tariknya.

Proporsi FFs yang merespons cawan Petri yang kotor dengan kotoran dan regurgitasi lalat tidak berbeda secara statistik dari proporsi FFs yang merespons cawan Petri yang berisi sukrosa yang sebelumnya dimakan oleh SFs, menunjukkan bahwa kedua sumber melepaskan semiochemical yang sama yang menarik FFs, atau bahwa sumber-sumber ini melepaskan semiochemical yang berbeda namun sama-sama menarik FFs. Proporsi FFs yang merespons ekstrak uap ruang (headspace) dari SFs yang sedang makan sukrosa tidak berbeda secara statistik dari proporsi FFs yang merespons ekstrak uap ruang dari SFs yang tidak memiliki akses ke sukrosa. Tidak ada interaksi kovariat antara suhu dari waktu ke waktu dan aktivitas lalat (makan atau tidak makan). Tidak ada juga efek waktu terhadap suhu tanpa memandang apakah lalat makan atau tidak. Terakhir, tidak ada perbedaan suhu antara lalat yang sedang makan dan tidak makan tanpa memandang waktu. Output kelembapan lalat disesuaikan dengan model y = a(1 – be-kx).

Tidak ada perbedaan output kelembapan relatif antara lalat yang sedang makan dan tidak makan dari waktu ke waktu. Namun, terdapat interaksi kovariat yang signifikan antara output CO2 dari waktu ke waktu dan aktivitas lalat (makan atau kelaparan). Proporsi FFs yang memilih ruang samping dengan input CO2 yang ditingkatkan (0,46 ± 0,03) tidak berbeda secara statistik dari proporsi FFs yang memilih ruang samping tanpa input CO2 yang ditingkatkan, menunjukkan bahwa tingkat CO2 yang tinggi yang terkait dengan lalat yang sedang makan tidak menarik FFs, dan oleh karena itu tidak memberikan kontribusi terhadap daya tarik superior lalat yang sedang makan dibandingkan dengan lalat yang tidak makan.

PEMBAHASAN

Pemberian makanan pada lalat menghasilkan kadar CO2 yang signifikan dibandingkan dengan lalat yang tidak diberi makan  Kadar CO2 yang tinggi mungkin menandakan aktivitas makan dan adanya sumber makanan. Namun, uji coba eksperimental terhadap CO2 sebagai isyarat pengejaran bagi lalat tidak mengungkapkan efek modifikasi perilaku. Hasil ini sejalan dengan temuan sebelumnya bahwa lalat rumah tidak tertarik pada CO2 (Richards, 1922; Wieting & Hoskins, 1939). Berdasarkan data kami, kami menyimpulkan bahwa kelembapan relatif, suhu, dan CO2 secara mandiri tidak menyebabkan faktor lalat. Tarikan preferensial lalat rumah terhadap makanan yang telah dimakan, atau terhadap kotoran dan regurgitasi lalat rumah  Lalat merasakan semiochemical yang terbang dari sumber-sumber ini. Namun, para peneliti tidak dapat menangkap semiochemical yang penting dan menunjukkan daya tarik menggunakan Porapak-Q  Semiochemical tersebut diproduksi dalam jumlah yang cukup tinggi untuk dideteksi oleh lalat tetapi terlalu rendah untuk ditangkap, atau tidak hilang selama ekstraksi Porapak-Q.

Cues visual yang terkait dengan stimulus uji kemungkinan tidak memengaruhi respons lalat karena cue ini hampir tidak berbeda antara stimulus uji dan hanya akan terlihat setelah lalat masuk ke corong jala yang mengarah ke ruang stimulus. Semiochemical yang terkait dengan aktivitas makan lalat saat ini atau sebelumnya mungkin dihasilkan oleh mikroba simbiotik  Lalat yang makan dan mengeluarkan tinja menginokulasi sumber daya makan dengan mikroba simbiotik  Saluran pencernaan lalat rumah mendukung komunitas mikroba yang beragam. Selain itu, karena bagian mulut berupa spons lalat mampu menyerap hanya makanan cair atau makanan padat setelah larut dalam regurgitasi berair, mikroba apa pun – jika ada dalam regurgitasi ini – dapat menjadi inokulum untuk sumber daya makan. Kelenjar ludah larva lalat botol baru-baru ini terbukti mengandung bakteri Proteus mirabilis, yang menghasilkan beberapa semiochemical yang terkait dengan daging busuk yang menarik lalat botol yang mencari makan dan bertelur.

Menariknya, P. mirabilis juga telah diisolasi dari usus lalat rumah (Gupta et al., 2012) dan terbukti menghasilkan indol dan dimetiltrisulfida (Tomberlin et al., 2012), yang merupakan penarik lalat rumah dan lalat busuk. Faktor kandungan kelembaban spesifik dari suatu sumber daya mungkin, atau mungkin tidak, cukup untuk mendukung pertumbuhan mikroba yang berkelanjutan dan emisi semiochemical. Kotoran dan regurgitasi lalat cukup lembab  cocok untuk mendukung aktivitas mikroba, setidaknya untuk sementara waktu. Namun, begitu deposit ini mengering, sukrosa menjadi terlalu kering untuk mendukung populasi mikroba, yang mungkin menjelaskan pengamatan Dethier (1955) bahwa deposit lalat menarik hanya untuk periode waktu yang singkat.

Dalam perbandingan, lalat yang aktif makan dan oleh karena itu mengeluarkan tinja dan regurgitasi terus-menerus menambahkan kelembaban pada sumber daya makanan, yang tampaknya menjadi kunci kesejahteraan mikroba, dan kemungkinan untuk produksi semiochemical. Kesimpulan dari penelitian ini adalah bahwa mekanisme yang mendasari penyebab atau kontribusi terhadap faktor lalat mungkin terletak pada adanya semiochemical mikroba yang berfungsi sebagai isyarat pengejaran dan komunikasi antar individu yang dimediasi oleh mikroba.

REFERENSI

Holl, M. V., & Gries, G. (2018). Studying the “fly factor” phenomenon and its underlying mechanisms in house flies Musca domestica. Insect science, 25(1), 137–147. https://doi.org/10.1111/1744-7917.12376