Tesis (Zoología)

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Herramientas de gestión para la regeneración de la biodiversidad marina autóctona en litorales urbanizados
(2024-07-10) Ostalé Valriberas, Enrique; Espinosa Torre, Free; García Gómez, José Carlos; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
La destrucción de hábitat se cuenta entre los cinco principales impactos que causan la pérdida de la biodiversidad en la naturaleza. En el entorno marino, esto se atribuye a la construcción de estructuras artificiales en la costa debido al desarrollo y a las necesidades de seguridad del ser humano. Esta tendencia está ganando velocidad debido al crecimiento de la población humana, así como por las oportunidades económicas que brindan las áreas costeras. Numerosos trabajos precedentes, han demostrado que las comunidades biológicas que se constituyen en estructuras artificiales son menos complejas y diversas que las del medio natural aledañas a éstas. Dichas estructuras artificiales afectan a la distribución de especies, la estructura de la comunidad y el funcionamiento de los ecosistemas. La presente tesis propone y justifica diversas herramientas de gestión que reducen el impacto producido en ciertos aspectos ecológicos causado por la construcción de defensas artificiales en los ecosistemas costeros. Entre los diversos estudios realizados, se ha constatado que también en el área del estrecho de Gibraltar en general y en la Ciudad de Ceuta en particular, la comunidad biológica del intermareal y submareal es notablemente menos diversa en estructuras artificiales en comparación con el entorno natural adyacente. Entre las diferentes medidas para mitigar esta situación, se ha comprobado que la creación de pozas intermareales en estructuras artificiales genera un microhábitat que atenúa las condiciones extremas del ambiente, lo que ha propiciado el aumento de la diversidad de especies y nichos ecológicos, e incluso ha favorecido el asentamiento de individuos de taxones que anteriormente no se encontraban en la estructura. Dado que la construcción de este tipo de diques tiene la finalidad de desarrollar y proteger los intereses humanos, suelen estar permanentemente custodiados. Este hecho ha provocado una situación paradójica, al asentarse en ellas poblaciones reproductoras de la lapa ferruginosa (Patella ferruginea) catalogada por la legislación vigente como ¨en peligro de extinción¨. Para favorecer los puentes genéticos entre poblaciones y el aumento de éstas en su área natural de distribución en el Mediterráneo Occidental, se ha propuesto y verificado la eficiencia de crear una ¨Red de Microrreservas Marinas Artificiales¨. Así mismo, se ha estudiado como la macro y micro rugosidad y la superficie del intermareal beneficia a la talla y densidad de adultos de esta especie, mientras que la inclinación vertical de la costa e impacto antrópico lo perjudica.
Coastal sprawl and the ecological effects of artificial structures design and substratum type on macrobenthic assemblages
(2024-02-27) Sempere Valverde, Juan; Espinosa Torre, Free; García Gómez, José Carlos; Guerra García, José Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
Los ecosistemas costeros proporcionan servicios ecosistémicos esenciales que contribuyen a diversas necesidades humanas y a la estabilidad del medio ambiente. Sin embargo, estos ecosistemas se ven cada vez más amenazados por la acción humana, que ha modificado más del 25% de las superficies costeras en todo el mundo, afectando la distribución de especies, la estructura de las comunidades y el funcionamiento global del ecosistema. La presente tesis se enfoca en el análisis del desarrollo costero, investigando el impacto físico y ecológico de las estructuras de defensa costeras, con una atención especial en los materiales utilizados. Se ha realizado una estimación global de la abundancia de costas artificiales y se ha examinado el impacto del tipo de sustrato en la colonización, diversidad, morfología y estructura de las poblaciones y comunidades bentónicas. Esto abarca tanto las áreas intermareales y submareales en zonas expuestas, como las estructuras flotantes en puertos deportivos, conocidas por su impacto ecológico. En estas últimas, la comparación entre sustratos se realizó dando especial relevancia a las especies exóticas y el efecto del embolsamiento de aguas dentro del puerto deportivo (cuerpos de agua muy modificados). Concluimos que el impacto de las estructuras artificiales es muy importante, abarcando casi el 20% de las costas del mundo, y se concentran en áreas geográficamente sensibles, como lagunas, estuarios, bahías, islas y regiones con alta densidad de población. Estos ecosistemas enfrentan presiones humanas elevadas, lo que exige una priorización inmediata de su protección. Además, tanto el tipo de sustrato como su rugosidad intervienen en el desarrollo de las comunidades y poblaciones, afectando factores como la estructura y diversidad de la comunidad sésil, la morfología de poblaciones de lapas, y la abundancia de especies exóticas. Aunque estos efectos pueden tener una relevancia ecológica limitada, los resultados subrayan la importancia de considerar el tipo de sustrato en la gestión sostenible de los ecosistemas costeros artificiales. En general, es complicado predecir el impacto de un tipo de estructura concreta en el momento de su construcción, dificultando el establecimiento de medidas de eco-ingeniería a nivel global. Debido a ello, los resultados de esta tesis aportan información en este campo de estudio, lo que puede ser de utilidad para futuras investigaciones y la gestión de proyectos e iniciativas de restauración ecológica y eco-ingeniería.
Chromosomal inversions and common quail diversification in Macaronesian archipelagos and the mainland
(2023-09-21) Ravagni, Sara; Vilá Arbones, Carles; Sánchez-Donoso, Inés; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
Both intrinsic and extrinsic factors contribute to the origin of biodiversity. In this thesis we investigate how chromosomal rearrangements and geographical fragmentation (islands) contribute to the diversification of a bird lineage. Specifically, we focus on the role of chromosomal inversions in maintaining polymorphisms within the highly mobile common quail (Coturnix coturnix), and the impact these structural changes have on the population fragmentation, species diversification and on its genome evolution. Since the assessment of the gene flow between populations is a key element to understand how differentiation progresses, our initial step was to assess the performance of an analytical software frequently used to evaluate population structure and the degree of introgression. We then used morphological, stable isotope, immunofluorescence and genomic data to characterize a large chromosomal inversion that is associated with the persistence of quails with different phenotypic traits and migratory behaviors in a geographically restricted portion of the quail distribution range. The presence of the inversion in the Macaronesian archipelagos could explain the presence of different subspecies. Therefore, we characterized the common quail population in the Azores, the most geographically remote of these archipelagos, where this avian lineage has been evolving in isolation for a long time. Lastly, we generated a de novo common quail genome to characterize additional inversions and investigate whether selective forces act differently on chromosomal inversions and the rest of the genome. Our findings highlight the important role of chromosomal inversions in the evolution of the common quail genome and in driving evolutionary processes. Despite extensive gene flow and admixture within the collinear genome, the presence of genomic rearrangements favors local differentiation in Macaronesian island populations and the mainland.
Filogenia, biología y distribución de las plumas de mar (Octocorallia, Pennatulacea)
(2022-09-28) García Cárdenas, Francisco J.; López González, Pablo José; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
La presente tesis trata de abordar diferentes aspectos sobre la biología y evolución de los pennatuláceos o plumas de mar (Octocorallia, Pennatulacea). Los pennatuláceos son un componente importante de las comunidades bentónicas marinas generalmente relacionados con fondos blandos. A pesar de su importante papel ecológico, como parte fundamental de estos ecosistemas coralinos, la información sobre la biología de estas especies es aún escasa. Nuestra investigación se centra en el estudio de estos organismos, desde diferentes perspectivas: se realizó una reconstrucción filogenética del Orden Pennatulacea basada en una combinación de marcadores mitocondriales y nuclear más recientes, y cuyos resultados cuestionan la actual clasificación basada en la morfología (cap. 1); se resuelve una incongruencia filogenética dentro del género-tipo Pennatula, con la resurrección de un género ya olvidado y la descripción de una nueva especie (cap. 2); se realiza un estudio de variabilidad subindividual aplicando técnicas hasta ahora solo usadas en plantas, y que pone de manifiesto ciertos paralelismos entre ambos reinos (cap.3); se obtiene información sobre la biología reproductiva de una especie mediterránea (cap. 4); se estudia la biología reproductiva asociada al crecimiento de una especie de aguas profundas de Islandia (cap. 5); y finalmente, se realizó un estudio biogeográfico a nivel global, donde se exploran las afinidades faunísticas entre las especies, su distribución batimétrica, así como los endemismos y cosmopolitismos en el Orden Pennatulacea (cap. 6).
Amenazas actuales de los felinos neotropicales: la ganadería en el punto de mira
(2022-10-07) Villalva Aguilar, Pablo; Palomares Fernández, Francisco; Zanin Gregorini, Marina; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
Resumen: Jaguares (Panthera onca) y pumas (Puma concolor) son los mayores depredadores del Neotropico y comparten rasgos de su biología, historia evolutiva, modos de vida y conflictos con el ser humano. Sin embargo, el nivel de amenaza entre ambas especies difiere. La distribución actual del jaguar se encuentra profundamente reducida y se categoriza como especie cercana a la extinción (Near Threaten), mientras que el puma, ampliamente distribuido por el Neotropico, se categoriza como de preocupación menor (Least Concern). En esta tesis doctoral estudio los mecanismos que subyacen a estas diferencias, profundizando en la interacción entre la ecología de las especies y las relaciones con el ser humano con la motivación de comprender el efecto que la presión antrópica ejerce sobre estas especies. En el primer capítulo analizamos cómo los patrones climáticos pasados y presentes han afectado a las poblaciones de grandes felinos de manera dispar. Los pumas responden a paisajes climáticos antiguos mientras que los jaguares responden tanto a paisajes climáticos antiguos como modernos, mostrando una mayor vulnerabilidad al cambio climático. Mediante el uso de predicciones climáticas evaluamos distintos escenarios sobre cada especie, obteniendo una aproximación del efecto potencial del cambio climático sobre cada especie en el futuro próximo. En el segundo capítulo usamos el jaguar como modelo de estudio. A través de un modelado ecológico a escala continental comprobamos si las causas de extinción se relacionan con características intrínsecas (e.g. distancia al borde de la distribución) o extrínsecas (e.g. presiones humanas) a la especie. Observamos que el patrón de extinción de la especie es una combinación de ambas causas, destacando la ganadería como la principal de ellas. Una vez establecida la ganadería como impulsor de extinción de los jaguares, en el tercer capítulo estudiamos cómo la presión humana muestra un profundo efecto, no sólo sobre las especies de felino de forma aislada, sino sobre sus relaciones de dominancia. Encontramos que las relaciones intragremiales naturales se ven moduladas por la presión humana y se discute cómo la comunidad de carnívoros neotropical está siendo desestabilizada por la mayor tolerancia de los pumas a las presiones humanas. Se muestra el efecto en cascada de las distintas presiones sobre la comunidad de carnívoros y en última instancia sobre el ecosistema completo. En el capítulo cuarto nos aproximamos al conflicto ganadero a través de una perspectiva socioecológica. A través de entrevistas a ganaderos de la Chiquitanía y del Pantanal bolivianos estudiamos la magnitud del conflicto y la percepción local hacia los felinos en estas dos ecoregiones. Encontramos que el conflicto ganadero está ampliamente extendido, aunque las pérdidas ganaderas se encuentran dentro de los límites de depredación de ganado establecidos para otros grandes carnívoros. La percepción local de estas especies es generalmente negativa y su persecución está generalizada afectando directamente al declive de sus poblaciones. En el quinto capítulo nos aproximamos a la emergente amenaza que supone el uso de felinos como sustitutos del tigre (Panthera tigris). A través de una revisión bibliográfica explicamos cómo la demanda de productos derivados del tigre, usados en medicina tradicional asiática, supone una amenaza a las poblaciones de grandes felinos de todo el mundo, incluyendo a los felinos neotropicales que habitan a miles de kilómetros. Los resultados de esta tesis nos permiten comprender mejor las amenazas a las que se encuentran sometidas las especies de felinos neotropicales, en muchos casos aplicable a la generalidad de grandes carnívoros. Destacamos el profundo efecto que la ganadería extensiva ejerce sobre sus poblaciones y recalcamos la importancia de la coexistencia con el ser humano para la conservación de los grandes carnívoros, que son piezas clave en el mantenimiento del equilibrio del ecosistema.
Impact of Noise on Early Development and Hearing in Zebrafish (Danio rerio)
(2021-11-09) Ayala Lara, Rafael; Beltrán Gala, Juan Francisco; Freire Vasconcelos, Raquel; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
Fishes are highly specialized in extracting ecologically relevant information from their diverse acoustic habitats since early developmental stages. The zebrafish (Danio rerio) is a valuable and well-stablished vertebrate model for investigating hearing functioning and disorders, development of the inner ear in vertebrates including humans, drug discovery, ecotoxicology assessments and behavioral research. Although the acoustic environment is known to shape the structure and sensitivity of auditory systems, there is no information on the natural soundscape of this species. Zebrafish are typically reared in large-scale artificial housing systems, which acoustic properties and potential effects on hearing remain largely unknown. Even though elevated levels of noise are widely present in most aquatic soundscapes and to an even greater extent in artificial environments, very limited information is known on how this important environmental stressor impacts species’ development and physiology, hearing capabilities and inner ear morphology, and behaviour. Considering that noise pollution is rapidly increasing in aquatic ecosystems, causing detrimental effects on survivability and growth and altering physiology and behaviour of organisms, it is of paramount importance to assess how this stressor affects wildlife, especially in early ontogeny, a critical period for development and establishment of phenotypic traits. For this thesis I aimed to 1) characterize the soundscape of both zebrafish natural habitats and laboratory captive conditions, and discuss possible impact on auditory sensitivity. Sound recordings were conducted in five distinct zebrafish habitats (Southwest India), from quieter stagnant environments with diverse biological/abiotic sounds to louder watercourses characterized by current and moving substrate, while artificial environmental characterization was conducted on three typical zebrafish housing systems. In order to assess the impact of noise exposure on early development, my next goal was to 2) perform a split-brood experiment to test the effects of chronic noise exposure to increasing levels (130 and 150 dB re 1 μPa, continuous white noise) and different temporal regimes (mimicking shipping activity) on larval zebrafish in regards to general development, physiological stress, and behavioural patterns. Finally, the last objective consisted on 3) testing the effects of chronic noise exposure on auditory sensitivity measured based on inner ear saccular microphonics and acoustic-evoked startle responses (prepulse inhibition paradigm) in larval zebrafish, as well as evaluating whether sensitivity changes were paralleled by altered inner ear morphology. Based on bioacoustics methods, my first study found that zebrafish natural soundscape varied between 98 and 126 dB re 1 lPa in sound pressure levels. Sound spectra presented most energy below 3000 Hz and quieter noise windows were found in the noisiest habitats matching the species best hearing range. Contrastingly, recordings from zebrafish housing systems revealed higher sound levels (122–143 dB) and most energy below 1000Hz with more spectral peaks, which might cause significant impact such as auditory masking or even hearing loss. In my second research work, the acoustic treatments did not affect general development or hatching but increased noise levels led to a significant increase in mortality of larval zebrafish. The cardiac rate, yolk sac consumption and cortisol levels increased significantly with increasing noise level at both 3 and 5 dpf (days post fertilization). Variations in noise time presentations (different random noise periods similar to shipping activity) suggested that the presence of longer silent intervals is important to down-regulate physiological stress. Moreover, 5 dpf larvae exposed to 150 dB continuous noise regimes displayed increased dark avoidance in an anxiety-related dark/light preference test and displayed a significant impairment in spontaneous alternation behaviour (SAB) a memory and sensorimotor related behaviour. Finally, in the last thesis goal, I found that noise-exposed specimens displayed significantly lower hair cell number and saccular epithelial area. This change in sensory morphology was paralleled by a significant decrease in inner ear saccular sensitivity at lower frequencies (100 to 200 Hz) in 5 dpf larvae. Sensorimotor hearing assessment revealed a hypersensitisation effect in noise-exposed group that displayed higher startle swimming velocity, but also significant decrease in sensitivity at 200 Hz. Altogether, this thesis provides an important ground for future research on the adaptation of zebrafish auditory system to the natural soundscapes, and highlights the importance of controlling noise conditions in captivity systems. Furthermore, results provide first evidence of noise-induced physiological stress, anxiety-driven behaviours and memory impairment in larval zebrafish larvae, showing that both noise amplitude and timing may negatively impact key physiological and behavioural endpoints in early ontogeny. The thesis also reports new findings on how acoustic stress may impact the structure and function of the inner ear in larval fish, which was followed by decreased sensitivity in sensorimotor responses to acoustic stimuli. My research highlights the importance of investigating how altered soundscapes and associated physiological and behavioural stress may affect important sensitive windows in development and impose new evolutionary challenges under a scenario of global change.
Hacia una gestión preventiva de las invasiones marinas asociadas a la navegación de recreo: evaluación del vector, monitoreo, y percepción social
(2022-02-18) Martínez Laiz, Gemma; Guerra García, José Manuel; Ros Clemente, Macarena; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
Las invasiones biológicas siguen constituyendo una de las mayores amenazas a la biodiversidad. Generan un daño en las comunidades nativas, su hábitat y sus servicios ecosistémicos, impactan en todos los segmentos de la sociedad y acarrean pérdidas económicas de billones de dólares/año. En el medio marino, la incidencia de introducciones ha aumentado exponencialmente en las últimas décadas; y los modelos predictivos sugieren la misma tendencia en el futuro si no se implementan medidas de gestión efectivas. Se sabe que la navegación es la principal vía de propagación y que el vector biofouling es responsable del 60-70% de la especies introducidas y establecidas a nivel mundial. Mientras que la gestión del agua de lastre ha sido recientemente implementada a nivel internacional, sólo jurisdicciones puntuales (Nueva Zelanda, Australia y el estado de California) han adoptado medidas obligatorias para el biofouling de embarcaciones. Concretamente, el sector de la navegación de recreo pasó inadvertido durante mucho tiempo, a pesar de suponer un alto riesgo de propagación secundaria y de infección de áreas vulnerables/protegidas. Los expertos coinciden en que las soluciones de gestión deben nacer de un principio de precaución, ya que se ha demostrado que la prevención y la detección temprana (atajando las fases tempranas del proceso de invasión) son las estratégicas con mejor coste-beneficio. Para lograr este enfoque es necesario focalizar esfuerzos en varios pilares: una regulación que obligue al control de vectores; información de base acompañada de monitorización; y la participación y concienciación de los agentes implicados. El objetivo de esta tesis es contribuir a estos tres pilares para una gestión preventiva de las invasiones marinas asociadas a la navegación de recreo. Como modelo de estudio se han usado los crustáceos peracáridos, un componente principal de la epifauna móvil del fouling; y la mayor parte de la tesis tiene lugar en la Península Ibérica y el Mar Mediterráneo, puntos calientes para el turismo náutico y las invasiones marinas a escala global donde falta implementación. En primer lugar, se aporta evidencia de que la navegación de recreo está actuando como un vector de alto riesgo en el Mar Mediterráneo, y que los hábitos de los propietarios influyen en la probabilidad de transportar invasores potenciales en el casco de la embarcación. Esto justifica la integración de medidas de gestión para el control de las invasiones marinas dentro del marco de regulación de la navegación de recreo. Por otra parte, simulaciones en laboratorio probaron empíricamente que los basibiontes sésiles del fouling actúan como refugio para la epifauna móvil invasora durante el transporte en barco. También se observó que la especie modelo invasora mostró mayor tendencia exploratoria que la nativa; lo cual implica un riesgo durante el transporte, pero una ventaja en otras fases del proceso de invasión. Esto apoya la idea de que un nivel de biofouling mayor que la capa de verdina (microfouling) supone un riesgo para la bioseguridad; y que la limpieza de este macrofouling – especialmente de las áreas nicho – antes del inicio del viaje en barco sería una buena práctica de mantenimiento. En segundo lugar, se llevaron a cabo varios esfuerzos de muestreo en puertos deportivos para levantar información sobre casos de hidden-invaders (taxones de pequeño tamaño y alta complejidad taxonómica que suelen pasar desapercibidos); obteniéndose un aumento sustancial de los rangos de introducción conocidos hasta ahora. De esta última tarea se obtuvieron varias lecciones para minimizar los tiempos de detección de los hidden-invaders: 1) la base taxonómica es primordial y se debe promover; 2) la voluntad de grupos expertos en comunicarse e intercambiar nuevas citas para alertar de introducciones es fundamental; y 3) se necesita una metodología estandarizada de monitoreo para la epifauna móvil de puertos comerciales y deportivos. Junto a ello, el uso de herramientas moleculares demostró ser útil para el monitoreo temporal de la fase de post-establecimiento del proceso de invasión, identificando poblaciones fuentes que suponen un riesgo de aporte de propágulos; y detectando ventanas de vulnerabilidad (períodos de baja diversidad, tamaño poblacional o conectividad) de las poblaciones introducidas. Los resultados señalan una vez más la urgencia de controlar el vector, ya que reducir la presión de propágulos es determinante para debilitar a estas poblaciones naturalmente fluctuantes de puertos deportivos. En tercer lugar, la percepción social de los agentes implicados en España se investigó y comparó, por primera vez, con la de los dos únicos países que cuentan con regulaciones a nivel nacional (Australia y Nueva Zelanda). Los resultados preliminares indican que en nuestra región existe un exceso de confianza en comparación con los otros dos países; y que la percepción de riesgo es significativamente más baja, estando asociada a reconocer o no la responsabilidad de buenas prácticas de mantenimiento. El conocimiento de base, el sentimiento de conexión con el medio marino, y la percepción de riesgo fueron los principales factores determinantes de las opiniones sobre regulación. Existe un apoyo potencial a las recomendaciones de la Organización Marítima Internacional para el control del biofouling en embarcaciones de recreo, pero los dueños de los barcos respondieron de forma ambigua cuando se les preguntó sobre sus prácticas de limpieza. Dado que todo esto justifica la implementación de estrategias de educación ambiental al respecto, se proporcionan algunas recomendaciones preliminares para orientar mejor dichas campañas. Finalmente, en base a la investigación desarrollada en esta tesis, se identifican algunas direcciones futuras basadas en las siguientes ideas: 1) mapeo del riesgo de invasión en el territorio español y monitorización a largo plazo en áreas/polígonos de interés; 2) viabilidad de medidas potenciales de gestión, desde una perspectiva tanto ecológica (e.g. evaluación de riesgo ambiental de nuevas tecnologías para la limpieza de barcos dentro del agua) como social (e.g. investigación de la acogida potencial de ciertas medidas por parte de los agentes implicados, así como del nivel de cumplimiento/curva de aprendizaje a posteriori); y 3) aumento de la concienciación pública mediante campañas de divulgación y puesta a punto de iniciativas de ciencia ciudadana.
An integrative approach to the evolution of melaninbased traits in birds
(2022-01-10) Rodríguez Martínez, María Sol; Galván Macías, Ismael; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
Organisms can respond to changes in environmental conditions by modulating gene expression through the action of epigenetic modifications to maintain cellular homeostasis. This adaptive response can lead to phenotypic plasticity and thus avoid the oxidative stress that environmental changes may induce. In that sense, the evolution of phenotypic traits may be mediated by environmental oxidative stress. Pigmentation phenotypes, in particular, are regulated by genes whose expression may be modulated by environmental conditions, helping organisms to deal with stressful environments. Therefore, understanding environmental influences on gene expression that may be adaptive is key to obtain a comprehensive view of pigmentation phenotype evolution. Melanin is the most common pigment in animals. The synthesis of melanin is a physiological process intimately related to oxidative stress. Particularly, the synthesis of the yellow-reddish form of the melanin is dependent on the concentration of the main antioxidant in the cell, glutathione. Therefore, the consumption of a valuable antioxidant makes pheomelanin synthesis a constraining process when antioxidants are required for other vital processes. However, in the absence of environmental oxidative stress, pheomelanin synthesis may contribute to cysteine homeostasis, which is toxic if in excess. In that sense, it seems that pheomelanin synthesis is a physiological mechanism intimately related to oxidative stress that may help organisms to adapt to stressful environments. If the genes that regulate pheomelanin synthesis are susceptible to epigenetic modifications, their expression, and that of the associated pigmentation phenotype, may be modified according to environmental conditions and thus drive adaptive responses. Here I used a multidisciplinary and integrative approach to get a better understanding of the evolution of melanin-based traits. In particular, the aim of this thesis is to determine if the synthesis of melanin is susceptible to epigenetic modifications that provide birds phenotypic plasticity to adjust pigmentation phenotypes to the prevailing environmental conditions (Section 1) and thus obtain a comprehensive view of plumage diversity evolution (Section 2). To determine if birds adjust the pigmentation phenotype to the prevailing environmental conditions, experiments in captivity and natural populations under varying environmental conditions were conducted (Section 1). Environmental conditions that induce oxidative stress modulated the expression of genes involved in pheomelanin synthesis (Chapter III) through the action of epigenetic modifications (Chapters I and II), and this avoided the expected oxidative damage. Phenotypes resulting from a genetic predisposition to produce large amounts of pheomelanin creates weak physiological conditions but also more lability in pigment production, making pheomelanin-based coloration phenotypically plastic (Chapter IV). Thus, it seems that although pheomelanin synthesis induces chronic oxidative damage in birds with plumage profusely covered by this pigment, its plastic regulation under stress can even decrease damage levels. Dealing with stressful environments can then have consequences for both physiology and the pigmentation phenotype. To avoid changes in the pigmentation phenotype, however, the expression of the main gene involved in pheomelanin synthesis can be reversed after stress disappearance (Chapter V). This makes the regulation of pheomelanin synthesis an adaptive strategy to avoid the evolutionary consequences of external phenotypic changes, as mating preferences can be based on the intensity of pheomelanin-based plumage coloration (Chapter VI). Therefore, pheomelanin synthesis seems to represent an adaptive physiological mechanism that allows animals (birds) to deal with environmental stress and maintain cellular homeostasis, which may or may not result in a modification of the pigmentation phenotype. A comprehensive view of the evolution of melanin-based plumage was obtained by developing phylogenetic analyses (Section 2). At an interspecific level, a negative association between color heterogeneity and the level of expression of different melanin forms seems to provide a physiological solution to obtain diverse plumage coloration (Chapter VII). This is because producing several forms of melanin, which is required to generate several colors, is more physiologically constraining than producing a single or few melanin forms. However, differences in plumage coloration do not only occur between species of birds, but also through different life stages within the same species. In particular, during juvenile stages, organisms suffer less relative physiological stress than adults and are more prone to experience systemic excess cysteine, as they may have lower requirements for antioxidant protection. Thus, juvenile pheomelanin-based plumage coloration has evolved more frequently in birds with strictly carnivorous diets, which may make them more susceptible to experience excess cysteine, likely as a detoxifying strategy (Chapter VIII). Pheomelanin pigmentation is not only favored under certain physiological conditions, but also under exposure to certain environmental factors. The exposure to high levels of elemental sulfur in the soil favors the production of pheomelanin in the plumage of different species of birds, likely by an influence of increased intracellular thiols during plumage development, at least in areas with high volcanic activity such as Iceland (Chapter IX). Together, these three final chapters provide novel views of melanin-based pigmentation in a phylogenetic context, thus helping to understand how bird phenotypic diversity has evolved. In sum, this thesis provides an integrative approach to the evolution of melanin-based traits. In particular, pheomelanin synthesis seems to have evolved as a physiological mechanism that provides phenotypic plasticity to birds and allows them to adjust the pigmentation phenotype to environmental conditions, which can be mediated by epigenetic modifications. This thesis thus contributes to a better understanding of bird phenotypic diversity by adopting a multidisciplinary approach that integrates phylogenetic analyses and experimental procedures conducted in natural and experimental populations.
The evolutionary dynamics of laying date in the pied flycatcher Ficedula hypoleuca
(2021-12-17) Le Vaillant, Justine; Martínez Padilla, Jesús; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
Current global warming is unequivocally impacting biodiversity at an unprecedent rates. Such negative impact can be quantified on species distribution and diversity, but understanding biodiversity loss can only be fully achieved by considering the capacity of populations to track prevailing environmental conditions. Thus, an evolutionary approach is inevitable to comprehend how populations of species adapt under a scenario of climate change. This PhD follows a research agenda to quantify the variation of the timing of breeding laying date and the relative role of environmental variation on phenotypic selection along the evolutionary mechanisms that may explain local adaptation. Taking advantage of a long-term monitored population of pied flycatchers Ficedula hypoleuca, I detected a lack of temporal trend of laying date over 29 years despite highly variable environmental conditions during the same time period. A lack of repeatability of the date of breeding, suggesting a high variability among individuals in laying date and explaining variance of laying date. The intensity of phenotypic selection on laying date was strongest when environmental conditions were poor, specifically when minimum temperatures in April were lowest and May were highest. Despite negative selection on laying date, there was no evolutionary response at genetic level, suggesting that non-genetic mechanism may explain local adaptation. Accordingly, we found individual-by-environment interactions explaining phenological variation that can be partially explained by genotype-by-environmental interaction. This PhD stresses first, the crucial role that multiple environmental factors may play on the evolutionary dynamics of life-history traits and, second, that evolutionary mechanisms that do not involve genetic changes, namely genotype-by- environmental interactions, may play a pivotal role on local adaptation.
Spatio-temporal dynamic of the early life stages of fishassemblagesin the Guadalquivir estuary. Responses to anthropic and natural disturbances
(2021-11-18) Miró Recio-Mensaque, Juan Miguel; García Gómez, José Carlos; Megina Martínez, César; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
Estuarine environments are regions at the interface of riverine and marine systems and are critical habitats for many resident and migratory species. They may support high abundances of organisms due to their high productivity, playing an essential role in the nursery function of many species, especially for marine fishes. However, due to the increase of urban and agricultural development, they are among the most disturbed and threatened aquatic systems. Therefore, the aim of this thesis was to increase the knowledge of recruitment ecology processes for early life stages of fish in estuaries, in addition to observe the responses of these ecosystems to different natural and anthropic disturbances. For that, we used the Guadalquivir estuary asthe mainstudy area, and also it was compared to surrounding zones and other estuaries.In this research, we monitoredthe composition, abundance and structure of its early life stages of fish assemblages and werelatedthem with multiple environmental variables in its estuarine and nearshore zones during three consecutive years. Much higher abundances were found in the estuarine zone, where the poly and mesohaline waters showed more productivity and biodiversity. Temporal fluctuations in the freshwater inputs influenced in the water physiochemical characteristics and, consequently, in the shift of assemblages. Also, we performed a study to determine the mechanismsfor horizontal movements inside of the estuary in the most abundantfish species, Engraulis encrasicolusand Pomatoschistusspp.Selective tidal-stream transport, in combination with verticalmigrations,is one of the mechanisms more used by invertebrates and small fishes in estuaries. However, no evidence of vertical migrations was found for thesespecies. The benthic gobies were mostly found in the bottom, while the pelagic anchovies were in the surface layer, regardless to the tidal condition (ebb or flood). Hence, they appliedalternative strategies. During the monitoring program, three different freshet events that occurred after heavy rainfallwere analysed in short-term. All of them compressed the salinity gradient downstream, increased the turbidity levels and caused river plumes, at the same time that reduced it nursery area. Depending on the species, they could be displaced downstream, flushed out the estuary or even predated in nearshore areas. In general, estuarine species (e.g. gobies) coped better with these disturbances than the marine organisms (e.g. anchovies). Contrary effects were observed in the macrofauna during a maintenance dredging operation, where the gobies and decapods tended to decrease slightly, and most pelagic organisms did not show alterations. Still, scarce disturbances were detected in the physiochemical variables of the water column as well as most of the macrofauna groups. In fact, the possible effects of this disturbance were of the same order or less than natural ones (e.g. freshet events registered), therefore, macrofauna organisms could be well-adapted to cope with them. Finally, we compared the Guadalquivir estuary with other important estuaries in the Gulf of Cádiz. Estuaries with no transitional salinity gradients as Odiel-Tinto and Cádiz Bay showed similar biotic and abiotic characteristics than surrounding areas. Therefore, they cannot be considered to have an important nursery function. Instead, estuaries with well-developed salinity gradients, as Guadalquivir and Guadiana, presented different early fish assemblages and higher abundances than their nearshore zones, considering them important nursery grounds in the region. Still, some distinctive features arose between them, which made the Guadalquivir estuary much more productive.
Moroccan Seagrass Ecosystems: Multi-proxy Analysis and Conservation Implications
(2021-11-23) Boutahar, Loubna; Espinosa Torre, Free; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
Seagrasses are valuable ecosystem service providers playing a major role in the structure and functioning of costal and marine environments. They support fisheries production, aquatic biodiversity refuge, climate change mitigation, erosion limitation, water oxygenation, and nutrient and pollutants load moderation. Yet, their accelerating loss rates due to direct and indirect human activities suggest a global crisis compromising the bundle of their vital benefits. There is strong incentive within the conservation movement to flatten the curve of seagrass decline and protect this keystone component of coastal environments throughout the world. Primary challenges for seagrass conservation consist in informing on their status and increase recognition of their importance. Although understanding of the functioning of seagrass ecosystems, their services and the way they respond to stressors has improved over the last years, they are unknown and underappreciated in Morocco with an overlooked status within the conservation plans. The present thesis global objective was, (i) to investigate the potential use of Zostera noltei Hornemann and Cymodocea nodosa (Ucria) Ascherson in the Moroccan costal monitoring programs of trace element contamination, and (ii) to provide the first in-depth characterization of C. nodosa at Al Hoceima National Park and Zostera marina Linnaeus at Jbel Moussa with an insight into proactive measures for seagrass management and conservation. The assessment of Z. noltei seagrass leaves accumulation capacity of 23 trace elements along the Atlantic latitudinal climatic gradient (Moulay Bousselham lagoon, Sidi Moussa lagoon, Oualidia lagoon, Khnifiss lagoon and Dakhla bay) revealed that Z. noltei leaves are a useful bioindicator of Cd, Mo, Sb, Ag, Zn, U, Al, Fe, Mn, Ba and Hg contamination in sediments. From Marchica lagoon, the only lagoon on the Mediterranean coast, C. nodosa leaves and roots performed equally as good bioindicators of Cu and Cd in sediment whereas leaves are considered as the best bioindicator for Zn contamination and roots for Pb load. The structural development and the population dynamics of C. nodosa in Al Hoceima National Park detected a net regression of the meadows that were at the last rang values of growth parameters recorded elsewhere. At Jbel Moussa, the status of the deepest Z. marina meadows in the Mediterranean (lower limit at -17 m in depth with patches extending up to -20 m), shifted over only four years, from the good physiological, morphological and biochemical state to a dramatically total destruction by the combined effect of warming, trawling, and invasion by Rugulopteryx okamurae (E.Y. Dawson) I.K. Hwang, W.J. Lee and H.S. Kim. This habitat change induced a significant extinction of soft bottom amphipods communities up to 70% of the total variation. The present work provide a proof of evidence of seagrass meadows fundamental role in supporting the costal environment health, and strengthen their widespread degradation and loss. It represents an essential synthesis to create awareness among the national managers, policymakers and the public about the importance of seagrasses to include them in the conservation agenda and management plans before that they disappear without even to be reported in our coast.
Impact of landscape anthropization on pathogen transmission dynamics and wild birds health
(2021-10-22) Jiménez Peñuela, Jessica; Ferragutti, Martina; Figuerola Borras, Jordi; Martínez de la Puente, Josué; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
La intensificación de la agricultura, la ganadería y la expansión de las ciudades ha provocado cambios en las condiciones ambientales, reducido la biodiversidad y alterado las interacciones entre organismos afectando a muchos procesos ecológicos, incluyendo la transmisión de enfermedades. Además, se han detectado efectos perjudiciales de la antropización del hábitat en la historia de vida de diferentes especies de aves, incluyendo especies que aparentemente prosperan en áreas urbanas. La urbanización no solo afecta la historia de vida, abundancia y composición de las comunidades de vertebrados, sino también de los insectos hematófagos que viven en estas áreas y, en consecuencia, los patógenos transmitidos por estos vectores. La urbanización puede alterar la incidencia y distribución de parásitos transmitidos por vectores, así como la susceptibilidad de los vertebrados a enfermedades infecciosas a través de sus efectos sobre la inmunocompetencia del huésped. En esta tesis, utilicé un enfoque multidisciplinario para determinar cómo la dinámica de los parásitos transmitidos por vectores se ve afectada por la antropización del hábitat, y cómo los efectos conjuntos de la antropización y las infecciones por parásitos impactan en la salud de las aves silvestres. Con este propósito, me centro en los parásitos transmitidos por vectores del género Plasmodium, comúnmente conocidos como parásitos de la malaria aviar, y los géneros relacionados Haemoproteus y Leucocytozoon, que fueron identificados molecularmente. Además, utilicé el gorrión común (Passer domesticus), uno de los mejores ejemplos de ave urbanita asociado históricamente con los asentamientos humanos como ave modelo de estudio. Desde la década de 1970, esta especie está experimentando un descenso dramático en toda Europa, especialmente en ciudades, siendo las actividades humanas y las enfermedades infecciosas señaladas como factores principales. Utilizando un extenso conjunto de datos de aves muestreadas en localidades del sur de España, primero determiné cómo la antropización del hábitat afecta la dinámica de los parásitos transmitidos por vectores (Sección 1). Para ello, comparé la variación de la prevalencia y la riqueza de los tres géneros de parásitos sanguíneos durante dos años en 15 poblaciones de gorriones silvestres que incluyeron hábitats urbanos, rurales y naturales (Cap. 1). La prevalencia de los parásitos Haemoproteus y Leucocytozoon difirió y a su vez se correlacionó entre años, mientras que no se encontraron diferencias significativas para los parásitos Plasmodium. La variación en los requisitos ambientales entre grupos de vectores, las características del hábitat y la variabilidad climática determinaron fuertemente la estabilidad y la actividad de las poblaciones de vectores, potencialmente afectando la exposición de las aves y, por lo tanto, la prevalencia de parásitos en la población. La riqueza de Haemoproteus y Leucocytozoon también varió con el hábitat y el tiempo. La variación de la composición de las comunidades de vectores y/o aves puede afectar el número y la identidad de los linajes de parásitos que circulan e infectan al gorrión común, pero los factores relacionados con el hospedador y su susceptibilidad también pueden explicar los patrones de infecciones encontrados. En segundo lugar, determiné el impacto de la antropización y las infecciones por parásitos en la salud de los gorriones salvajes (Sección 2). En los tres capítulos incluidos en esta sección, medí tres variables principales que reflejan la salud de las aves, incluyendo la condición corporal (Cap. 2), la composición de los ácidos grasos en el plasma (Cap. 3) y el estado oxidativo (Cap. 4) en relación con el estado de infección por Plasmodium, Haemoproteus y Leucocytozoon e incluyendo poblaciones de gorrión común de hábitats urbanos, rurales y naturales. Los resultados muestran que la urbanización aumenta los niveles de ácidos grasos y el daño oxidativo a los lípidos y afecta negativamente la condición corporal de las aves, lo que a su vez influye en la actividad de las enzimas antioxidantes. Entre otras posibilidades, esto podría deberse a la falta de disponibilidad de alimentos de buena calidad en los hábitats urbanos que evitan que las aves alcancen los requisitos fisiológicos durante el desarrollo, resultando en condición corporal, inmunocompetencia y capacidad antioxidante inferior. Además, los gorriones jóvenes infectados por Plasmodium tenían una menor proporción de ω-6 y más de ω-3 PUFAs, así como una menor actividad de las enzimas antioxidantes (GPx, SOD y GR). Estos resultados podrían reflejar que, debido a la baja actividad antioxidante en las aves infectadas, es probable que sobrevivan exclusivamente aquellas aves con niveles moderados de ácidos grasos proinflamatorios para lidiar contra la infección. Además, los resultados de esta tesis muestran que las aves expuestas a dos fuentes diferentes de estrés, como son la urbanización y las infecciones por parásitos, pueden sufrir efectos deletéreos mayores. Las aves de hábitats naturales infectados por Plasmodium mostraron una relación ω-6/ω-3 más baja y tendieron a tener una proporción más alta de ω-3. Es probable que, ante una disponibilidad diferencial de ω-3 PUFA entre hábitats, solo los gorriones infectados de hábitats naturales promuevan una mayor respuesta inmunitaria antiinflamatoria hacia las infecciones por Plasmodium con por la consumición de alimentos ricos en ω-3 PUFA. Además, una mayor condición corporal de los gorriones juveniles se asoció con infecciones por Plasmodium y Haemoproteus, especialmente en hábitats urbanos. Estos resultados pueden explicarse por una tasa de mortalidad diferencial de aquellas aves con menor condición corporal que no pueden lidiar con la infección, consecuentemente, los individuos infectados que sobreviven a la infección estuvieran en una condición corporal más alta que los no infectados. En resumen, en esta tesis aporto información novedosa sobre la dinámica de los parásitos transmitidos por vectores en ecosistemas antropizados y los efectos negativos conjuntos de la urbanización y las infecciones por parásitos en aves silvestres. Aquí destaco la importancia de incluir, en los estudios de impacto de la urbanización, hábitats con diferentes usos como los hábitats rurales, donde el efecto de las actividades humanas y animales domésticos sobre la vida silvestre puede diferir de las ciudades. Además, los niveles de contaminación, la disponibilidad de espacios verdes o la estabilidad de recursos puede diferir ampliamente entre ciudades, lo cual puede determinar los efectos finales en la salud de la vida silvestre y en la interpretación que los investigadores pueden hacer a partir de ella del impacto de la urbanización. Este trabajo contribuye la creciente área de Ecología Urbana y ayuda a comprender mejor los efectos que tanto la urbanización como los patógenos tienen sobre la ecología y la evolución de la vida silvestre bajo el actual escenario de cambio global.
Population dynamics in voles: characterization and modelling of global spatio-temporal patterns
(2021-07-08) Bernardo Madrid, Rubén; Revilla Sánchez, Eloy; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
Population fluctuations of rodents have always aroused human interest due to their importance in ecosystems and human welfare. However, their scientific study became especially relevant in the late 19th and early 20th centuries when Robert Collet and Charles S. Elton described periodic eruptions of lemmings and voles. Since then, hundreds of theoretical, experimental, and field works have provided a basis for understanding the mechanisms underlying the different population fluctuations observed in nature. However, the generality of these mechanisms across different species and geographic areas remains one of the greatest unknowns in ecology; posing a problem for understanding natural ecosystems, as well as for managing species and their effects on human welfare. This dissertation takes advantage of the vast amount of data and knowledge on vole population dynamics to test the existence of general demographic mechanisms, as well as to identify predictors of events such as plagues to better understand and manage these species. This dissertation compiles nearly 70 years of capture-mark-recapture data from 17 trapping areas with weekly, biweekly and monthly sampling frequency from five populations of four vole species in North America and Europe (M. agrestis = 4 sampling areas or spatiotemporal replicates, M. ochrogaster = 4, M. pennsylvanicus = 5 and M. townsendii = 4); being to date the largest database of rodent demographic data with high temporal resolution (monthly resolution or higher). Subsequently, this dissertation analyses whether part of the inter-annual fluctuations is produced by common demographic mechanisms in different species and geographic areas (e.g. similar variations in survival, reproduction or migration). But to do so, it first overcomes one of the main obstacles in the study of population dynamics of rodents and many other species, the relatively low number of observations to make models sufficiently complex and informative to understand population dynamics. Specifically, this thesis proposes an extension of traditional capture-mark-recapture models, using regularization techniques widely used in different fields of statistics such as in the calculation of random effects, in order to estimate demographic parameters under conditions of relatively low data availability. With this new analysis tool, whose usefulness goes far beyond the study of rodent demography (e.g. elusive species or species with low densities such as some endangered species), this dissertation estimates the abundances and vital rates of the four vole species in the 17 sampling areas at a fine enough temporal scale to study biological models that allow an adequate understanding of their population dynamics. This dissertation uses these estimated demographic parameters to evaluate the existence of common general patterns. The results show not only the existence of such common demographic mechanisms, but also suggest their great relevance; reopening an interesting debate on the relative importance of common and specific factors in the origin of population fluctuations. Furthermore, by testing predictions of the most accepted hypotheses in the scientific community, it showed that feeding and social interactions are more likely underlying these common demographic patterns. Finally, the dissertation shows how theoretical knowledge about population dynamics can be used to solve or mitigate a human welfare problem, such as vole outbreaks. Specifically, this dissertation identifies an early warning signal capable of predicting outbreaks of the common vole (M. arvalis) one year in advance in Castilla y León (Spain). This predictor facilitates farmers and regional government to take preventive measures to mitigate the impact of vole outbreaks in crop fields. Complementarily, this dissertation proposes an approach to solve an important but little discussed problem in applied ecology, which is that erroneous predictions entail costs for users. This dissertation proposes an approach to measure the usefulness of predictors in decision making by considering their hit and error rate (statistical aspect) as well as the expenses, effectiveness, and indirect effects of the treatment to be applied based on the predictions (management aspect). This last contribution aims that scientific researches proposing predictive models explicitly indicate their usefulness for each potential user; which can enhance and improve its use in applied ecology. In general, this dissertation focuses on vole population dynamics from a basic, theoretical, and applied ecology point of view. On the one hand, it provides fundamental theoretical knowledge to understand the generalities of vole population dynamics, as well as vole outbreaks in Mediterranean environments. On the other hand, it provides diverse conceptual and analytical approaches with great multidisciplinary utility. All this together makes the present dissertation an important key piece in future research in various fields of science.
De la genética a la genómica en la conservación del lince ibérico
(2020) Kleinman Ruiz, Daniel; Godoy López, José Antonio; Fernández Martín, Jesús; García-Dorado García, Aurora; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
Nuestro planeta se encuentra inmerso en la crisis de la sexta extinción como consecuencia de la actividad humana. Frente a esta amenaza global, la biología de la conservación emerge con la finalidad de proteger y gestionar la biodiversidad, y estudiar las causas subyacentes a su pérdida. Dado que la erosión genética de las poblaciones, originalmente consecuencia de su declive, puede acabar convirtiéndose en una de estas causas, su estudio resulta una necesidad apremiante. A esta tarea se ha consagrado la genética de la conservación durante las últimas décadas, impulsada por el desarrollo de marcadores moleculares. Hoy en día, la reciente aparición de tecnologías de secuenciación masiva y el desarrollo de la genómica abren nuevas oportunidades para impulsar el conocimiento de las consecuencias genómicas del declive y su aplicación a la preservación de especies. En esta era de incorporación de la genómica a la genética de la conservación, aquellas especies que han sufrido un deterioro genético más intenso, que están siendo objeto de medidas activas de conservación y seguimiento, y que, al mismo tiempo, cuentan con más recursos genómicos a su disposición, están llamadas a convertirse en especies modelo, y a impulsar tanto el cuerpo teórico de la disciplina como su vertiente más aplicada. El lince ibérico (Lynx pardinus), reúne todos los requisitos: el dramático declive poblacional que experimentó durante el siglo XX le valió el distintivo de felino más amenazado del mundo; existe una literatura extensa y creciente acerca del deterioro genético de la especie; en los últimos veinte años ha sido objeto de numerosos programas de preservación que han propiciado una recuperación demográfica ejemplar; y recientemente se ha desarrollado un genoma de referencia para la especie y otros recursos genómicos con un enorme potencial de repercusión en conservación. Con estos antecedentes, la presente tesis pretende integrar la genómica en la genética de la conservación en el caso modélico del lince ibérico. En el capítulo 1 se evalúa el estado genético de la población ex situ, pieza clave en la extraordinaria recuperación demográfica de la especie, a fin de corroborar si su éxito demográfico está respaldado por una gestión genética apropiada y eficaz. Los análisis, basados principalmente en los genotipos de los 36 microsatélites que se utilizan para gestionar genéticamente la población, revelan una elevada representatividad de la diversidad genética de las dos poblaciones remanentes, así como unos niveles de consanguinidad decrecientes con el tiempo, y una heterocigosidad esperada próxima al máximo teórico. En conjunto, estos resultados avalan la selección de fundadores y la gestión genética de la población. Al mismo tiempo, la constatación de la existencia de un grado de parentesco moderado entre los fundadores pone de manifiesto el acierto que ha supuesto incorporar esta información en la gestión. Por último, de este estudio se desprenden algunas recomendaciones prácticas para los gestores del programa. En el capítulo 2 se realiza un cribado de ~1.500 polimorfismos de nucleótido sencillo (SNPs) previamente seleccionados sobre secuencias de genoma completo de 11 individuos de lince ibérico, y genotipados en una muestra ampliada, con el fin de identificar subconjuntos altamente eficientes, es decir, informativos y económicamente rentables, para la conservación de la especie. Con un modesto incremento en el número de marcadores (24-96), estos paneles de SNPs ofrecen mayor poder que los 12-36 microsatélites vigentes a la hora de identificar individuos, asignar paternidades, estimar parentescos o determinar la ascendencia. La condición anidada de muchos de estos subconjuntos, unida a la flexibilidad y automatización que brindan las plataformas microfluídicas, y la idoneidad de los SNPs para el análisis genético de muestras no invasivas, los señalan como la herramienta más indicada para establecer un seguimiento rutinario de individuos y una gestión genética integral de todas las poblaciones. En el capítulo 3 se explota el potencial de los datos de secuencias de genoma completo para caracterizar la variación deletérea del lince ibérico y el lince boreal (Lynx lynx), dos especies hermanas con historias demográficas y áreas de distribución contrastantes, y que en conjunto exhiben un amplio rango de tamaños poblacionales recientes. El análisis comparativo de los recuentos individuales de alelos derivados revela un déficit relativo de carga genómica en el lince ibérico en las categorías putativamente más deletéreas, refrendado por un marco estadístico que da cuenta tanto de la varianza muestral como de la evolutiva. Este patrón es consistente con la historia demográfica de ambas especies y sugiere una mayor prevalencia de la purga genética en el lince ibérico, lo que podría haber contribuido a la persistencia de la especie a pesar de su extremado deterioro genético. Además, este resultado está respaldado por la observación de una menor purga diferencial en regiones genómicas en las que la selección se espera que sea menos eficiente (centrómeros), o en las que la selección contra alelos recesivos es más eficiente con independencia de la demografía (cromosoma X). Dentro de cada especie, la carga genómica no varía entre poblaciones probablemente porque las diferencias en censo son demasiado pequeñas y recientes, pero aquellas con menor tamaño exhiben respecto a las de censo mayor unas distribuciones de frecuencias alélicas más uniformes, una homocigosidad aumentada y una mayor proporción de alelos localmente fijados incluso en categorías deletéreas, lo que apunta a una acumulación de la depresión consanguínea debida a alelos recesivos. Finalmente, este estudio aporta un catálogo a nivel de genoma completo de miles de mutaciones potencialmente deletéreas que supone un valioso recurso de cara a futuros esfuerzos de conservación. En conjunto, los trabajos recogidos en esta tesis permiten validar el principal vehículo de gestión genética del lince ibérico en la actualidad, brindan nuevas herramientas genómicas con el potencial de vertebrar la conservación de la especie a largo plazo, y amplían el conocimiento de las dinámicas del lastre deletéreo en una especie al límite de la extinción, lo que puede resultar fundamental para predecir el destino de sus poblaciones y mejorar la eficacia de las acciones de conservación.
The wolf and the desert: genomics and molecular ecology of the African golden wolf (Canis lupaster)
(2021-05-24) Sarabia Domínguez, Carlos; Leonard, Jennifer A.; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
Life in deserts is an example of resilience and adaptation. There is a plethora of challenges that animals need to endure in these places. These challenges include abiotic stresses such as scarcity of water, low or no forest cover (resulting in constant exposure to UV radiation), strong winds, airborne dust, and oxidative stresses from a variety of sources. But there are also important stresses of biotic origin: competition for meager resources, predation and parasitism, without leaving behind the tremendous impact of human-related activities. Climate change in the past was a major driver of desertification and regreening processes in deserts like Sahara, which dramatically increase the strength of the challenges presented and profoundly impacted animal populations. The strong selective pressures in these environments drive behavioral and physiological adaptation in animals, especially important for carnivores since their predatory diet is connected to larger home ranges and higher metabolic rates. The African golden wolf (Canis lupaster) lives in arid and semi-arid environments in Sahara, Sahel and the northern Mediterranean fringe of Africa and is constantly under these extreme selective pressures. In this dissertation some of their potential trophic and genetic adaptations are explored. We have optimized a field-to-lab pipeline for genetic studies with fecal material from carnivores, decreasing costs threefold and allowing an economic and efficient extraction of noninvasive DNA with highly available biochemical reagents. Using this optimized method, we genetically identified a large assemblage of feces from four carnivores from an arid, food-depleted environment in Sahara and discovered a trophic strategy of niche partitioning with African golden wolves as top predator. we used whole genome sequences from roadkills and museum material to evaluate how climate change in the Pleistocene and Holocene affected different lineages of African golden wolf, discovering a widespread genetic cluster that spans more than 4,500 km from Algeria to Senegal, and a relict lineage from the Atlas Moroccan mountains that has possibly been isolated for more than 18,000 years. Finally, we employed a set of whole genome sequences from African golden wolves to detect regions under introgression from gray wolves of the Middle East and a number of putative sites under selection in genes related to excretion and homeostasis, fat and sugar storage and metabolism, UV damage repair, response to oxidative stress, cardiac muscle, immune system and epidermal structure, and color. Altogether, this dissertation provides evidence for adaptation of African golden wolves to hot and arid environments and informs about the potential existence of different subpopulations and ecotypes of the species. The results of my work increse understanding of the genetic and molecular ecology of a very poorly studied canid that acts as top predator in one of the most threatened ecosystems in the world, the Sahara desert.
Habitat driven diversification in small mammals of tropical east Asia
(2021-05-28) Hinckley Boned, Arlo; Leonard, Jennifer A.; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
Tropical east Asia is a major biodiversity hotspot with a complex geological and climatic history, providing an excellent system to study evolution. In this thesis I combine material collected in the field with genetic samples and morphometric data from museum specimens in order to evaluate the role of geological and environmental changes in the diversification of small mammals in tropical east Asia. In Chapter 1, I assess phenotypic variation across tropical elevational gradients in the mountain treeshrew Tupaia montana, a Borneo endemic. In Chapter 2, I estimate the diversification timing of Sunda squirrels (Sundasciurus), correlate it with paleogeographic and paleoclimatic evidence and review the taxonomy of the Sundasciurus lowii species complex. In Chapter 3, I study the diversity and diversification of Sundaland’s Crocidura shrews, with an emphasis on the species of Borneo. In Chapter 4, I evaluate patterns of genetic and phenotypic divergence across the biogeographic break of the Isthmus of Kra in four small mammals with different life-history traits. My results reveal an important role for ecology in driving diversification in Sundaland, suggest a strong east-west differentiation in Indochina, support Borneo as a centre of in situ diversification, and indicate that the pattern observed in the distributions of so many species -turnover at the Isthmus of Kra s. l.- are mirrored in others at the intraspecific level. Finally, this thesis highlights an important Linnean shortfall in tropical east Asian small mammals and the necessity of additional specimen collection and taxonomic revisions.
Evaluación del impacto de las estructuras de defensa costera sobre la biota marina. Efectos a nivel local, regional y trófico
(2021-02-08) Sedano Vera, Francisco; Espinosa Torre, Free; Guerra García, José Manuel; Navarro Barranco, Carlos; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
El escenario actual de cambio global (ej. aumento del nivel del mar y de los eventos climáticos extremos) y el incremento de la población humana en zonas costeras (con el consecuente aumento en la explotación de recursos costeros) está provocando la introducción de numerosas estructuras artificiales en el medio marino costero. Dichas estructuras proporcionan diferentes servicios como la defensa de la costa o la producción de energía, a expensas de la pérdida de hábitat natural, disminución de la biodiversidad y reducción del valor ecológico de las comunidades marinas entre muchos otros impactos. En la presente tesis hemos estudiado diversas comunidades bentónicas asociadas a distintas estructuras de defensa costera con la finalidad de incrementar el conocimiento de sus impactos sobre dichas comunidades naturales y contribuir al desarrollo de medidas de ecoingeniería. Nos enfocamos principalmente en el Mar de Alborán y la Bahía de Algeciras, incluyendo tres enfoques: 1) el estudio de la biota bentónica a nivel local, 2) el estudio de la biota bentónica a nivel regional y 3) un estudio trófico a nivel de comunidad y de individuo. A nivel local, los resultados obtenidos nos han permitido identificar factores abióticos y bióticos que determinan la biota sésil, macro- y meiobentónica. A nivel regional hemos podido reconocer patrones en el impacto de estas estructuras, identificar qué estructuras presentan mayor o menor valor ecológico, así como valorar los desafíos a los que se enfrenta el campo de la ingeniería ecológica. Finalmente, hemos descrito potenciales impactos a nivel trófico en una comunidad que a menudo juega papeles importantes en las redes tróficas (los anfípodos) y una especie clave del intermareal (la lapa Patella caerulea). Concluimos que las estructuras artificiales están generando una pérdida de biodiversidad a nivel local y regional, determinada por factores abióticos como la composición del sustrato o la rugosidad. Las escolleras de roca natural parecen ofrecer un valor ecológico superior al resto de estructuras artificiales. No obstante, es complicado predecir el impacto de un tipo de estructura concreta, dificultando el establecimiento de medidas de ecoingeniería a nivel global.
Invasion success of the Argentine ant: the role of native communities
(2021-01-15) Castro Cobo, Sara; Angulo Aguado, Elena; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
The Argentine ant (Linepithema humile) is an invasive species that has spread in Mediterranean-climate areas of the world. Once established in a new environment, the Argentine ant displaces the native ant community almost entirely, occupying the space very densely. However, although it has been described as a very successful invasive species, there are also examples of invasion failure. In this dissertation I focus on these unsuccessful invasions, when the Argentine ant is not able to displace the native ant community and its abundance is not high. I focused on both the abiotic components of the environment, which can prevent or facilitate Argentine ant invasion of new localities, and the biotic factors that can influence the invader’s performance or potentiate the effect of the abiotic components to prevent its success. I used observational studies at a local scale (Doñana National Park, Spain; Dawson Los Monos Canyon, USA) and regional scales (coasts of Iberian Peninsula and Mediterranean islands), behavioral experiments (Dawson), long-term surveys (Doñana and Mediterranean islands), and data from literature of species co-occurring with the Argentine ant. My results revealed that unsuccessful invasions are common and are not time-dependent, as the Argentine ant has been present in these localities for decades. This situation did not seem to be caused only by the lack of suitable abiotic conditions for the invader. Although the native ant community may not present biotic resistance in terms of species richness, species diversity, or community structure, I suggest that native ants with some life-history traits related to interspecific competition could be altering the invasion outcome when abiotic conditions are unsuitable for the invader. Field experiments showed that native species with these traits reduced foraging performance of the Argentine ant at baits, and I observed that these species co-occurred with the Argentine ant at a high frequency. Abiotic factors affected the spread of the Argentine ant at both regional and local scales. Besides human transportation, I found evidence that this invader might be using scavenger raptors to disperse at the local scale. At the regional scale probability of invasion was positively related to human presence and proximity to already-invaded areas. Finally, on the coasts of Mediterranean islands, the Main supercolony expanded more than the Catalonian and Corsica supercolonies, which seems to be a result of arrival priority. My dissertation highlights the importance of studying both biotic and abiotic factors in native ecosystems, as well as their interaction, in the longterm to modulate the success of the Argentine ant invasion.
Interactions between non-native parrot species their recipient environments
(2020-12-18) Hernández Brito, Dailos; Tella Escobedo, José Luis; Carrete, Martina; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
Biological invasions are amongst critical causes of biodiversity loss around the world, although interactions between invasive species, native biota and recipient environment are mostly unknown. Their identification may show how certain invasive species are able to establish successfully in novel environments and which potential ecological impacts threaten native biota. However, both interactions and their potential impacts are usually overlooked, especially in first stages of invasion, because they may arise between unexpected interact species as well as their detection depends of long-term studies. Parrots (Order Psittaciformes) are one of the groups most affected by international wildlife trade due to their appraisal as pets, consequently, 16% of parrot species present populations established out of their native range. Between non-native parrots, rose-ringed (Psittacula krameri) and monk (Myiopsitta monachus) parakeets are the most successful to establish and invade novel environments, even though numerous introductions have occurred in more than forty countries worldwide, their biotic interactions and impacts are poorly known. In this thesis, we combine different observations (behavioral, spatial distribution, environmental and population) to assess the role of different biotic interactions and their resultant impacts that arise between a total of X non-native parrot species (mainly rose-ringed and monk parakeets), recipient environment and biota. Our results show that non-native parrot species develop a wide range of biotic interactions (e.g. interspecific competition for nesting sites, facilitation of limiting resources and animal-plant mutualisms) that may threaten or benefit several coexisting species, both native and non-native. Thus, the emergence of adaptive behaviors (e.g. nesting association and innovation) in non-native parrots allows for overcoming barriers from recipient environment, such as biotic resistance and scarcity of limiting resources, or obstacles during their first stages of establishment (e.g. Allee effects). Overall, the wide analysis and study in long-term of biotic interactions here performed shows their importance as one of key mechanisms for success of establishment and invasion process in non-native parrots species. Moreover, their associated ecological impacts are a risk for native species, especially threaten species, hence, the implementation of efficient management plans is urgently necessary to conserve the biodiversity. Key words: Psittaciformes; biological invasions; interspecific competition; biotic resistance; commensalism; behavioral innovation; facilitation; hybridization; Allee effect; animal-plant mutualism; seed dispersal; zoochory; impact; eradication; management plans; population viability
The role of uropygial secretion and birds body odour on their interaction with mosquitoes and parasites
(2020-11-20) Díez Fernández, Alazne; Figuerola Borrás, Jordi; Gangoso de la Colina, Laura; Martínez de la Puente, Josué; Universidad de Sevilla. Departamento de Zoología
Chemical signals are implied in vital proceses such as food acquisition, reproduction, predation avoidance and interspecific interactions. In blood sucking insects such as mosquitoes, chemical signals play a key role by allowing the detection of their vertebrate hosts. Besides interspecific differences, vertebrate host characteristics such as age, sex, size and infection by blood parasites, may affect the chemical signals emitted by hosts, which may in turn affect vector-host interactions and ultimately, the transmission dynamics of vector-borne diseases. Mosquitoes transmit parasites and other pathogens causing important diseases that affect humans, wildlife, and domestic animals. This is the case of malaria parasites, which may largely affect host population dynamics. However, the mechanisms affecting the interactions between mosquitoes, parasites, and vertebrate hosts are not fully understood, especially in the case of wild nonmodel species. The aim of this thesis is to assess the role of different bird chemical cues (uropygial gland secretions and body odour) in mosquito attraction and the effect of host infection by avian malaria parasites on these interactions. To deal with this important question, I used a multidisciplinary approach that combines techniques from different research areas (e.g. molecular parasitology, entomology, and ornithology), and data from field and laboratory experiments under controlled conditions. As study system, I used i) two wild passerines as vertebrate hosts, the common blackbird (Turdus merula) and the house sparrow (Passer domesticus), ii) two species of mosquitoes, namely the common house mosquito (Culex pipiens) and the marshland mosquito (Aedes caspius), and iii) avian haemospodians, including mosquito-borne parasites of the genus Plasmodium. In order to better understand the dynamics of host-vector-pathogen interactions, I tested the host manipulation hypothesis, which argues that parasites may modify certain characteristics of their hosts to increase their transmission success. Thus, malaria infected birds would be more attractive to mosquitoes than uninfected ones, thereby enhancing the contact rates between parasites and insect vectors. However, the mechanisms underlying this differential attraction are still unknown. I studied the potential effect of parasite infections on the odours emitted by birds and how this may in turn affect the interactions with mosquitoes. Secretions of the uropygial gland are considered as one of the main sources of bird odour, so the effects of parasites on bird-vector interactions could be driven by their effects on the composition of these secretions. I performed different studies to determine the potential factors affecting the composition of birds’ uropygial secretions, including parasite infections, and subsequently, I tested the role of secretions and body odour in mosquito attraction. The overall composition of uropygial secretions of wild birds differed between sexes and age classes, while this was not the case for the infection by avian haemosporidian parasites neither the habitat type (forest vs urban areas). Further analyses revealed the presence of the pollutant DDE in uropygial secretions. DDE is mainly derived from the DDT used decades ago. The relative proportion of DDE was higher in older and forest-dwelling birds, and increased with bird´s body mass. Overall these results support the role of both intrinsic and extrinsic factors in between-individuals variation in the composition of uropygial gland secretions. However, these results do not provide support for the potential effect of parasite infections on the composition of bird uropygial secretions.On the basis of the importance of the uropygial gland secretion as a source of bird odour, I evaluated the role of this secretion in the attraction of two species of mosquitoes with differential feeding patterns, namely the ornithophilic Cx. pipiens and the mammophilic Ae. capius. Both species of mosquitoes were similarly attracted to this stimulus (uropygial gland secretions + CO2) than to the control (only CO2) in a dual choice olfactometer, suggesting that the attraction of mosquitoes to avian hosts is not mediated by this chemical cue. Subsequently, I tested the role of Plasmodium infection in the attraction of Cx. pipiens mosquitoes towards both uropygial secretions and bird´s body odours (headspace). Culex pipiens were more attracted towards the headspace of Plasmodium infected than uninfected birds, while no differences were found in the attraction of mosquitoes when the stimulus tested was the uropygial gland secretion. These results suggest that Plasmodium parasite modify bird body odour increasing the attraction of mosquitoes and therefore, increasing its capacity of transmission to new vertebrate hosts. However, these effects are not driven by changes in the volatile fraction of the uropygial gland secretion. In sum, this thesis provides novel evidence into the complex mechanisms that drive the interactions between parasites, vectors, and vertebrates, and highlights the role of chemical cues such as the odour of birds in the attraction of mosquitoes to individuals infected by haemosporidians. These results may have important implications for the epidemiology of Plasmodium parasites in natural environments and open new questions for future studies on the identification of key components of bird´s odours determining mosquito attraction.

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