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Publicação
eDNA is a useful tool to evaluate the sucess of the eradication program of Xenopus laevis in Portugal
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
As invasões biológicas são amplamente reconhecidas como uma das principais causas da perda de biodiversidade. A resposta mais eficiente e económica para o controlo de espécies invasoras é a erradicação enquanto o número de indivíduos é limitado. Deste modo, é possível prevenir possíveis impactos e evitar os custos de repetição do controlo. No entanto, apresenta um desafio duplo: em primeiro lugar, é difícil reduzir uma população até à erradicação e em segundo, devido à deteção ser imperfeita, é difícil saber se esta foi alcançada. Os riscos de assumir erroneamente o sucesso podem ser altos: a população pode recuperar e tornar a tentativa de erradicação inútil ou pode mesmo escapar da área delimitada. A deteção de espécies invasoras em baixas densidades é, portanto, um aspeto importante para o sucesso de um programa de erradicação. A deteção e a gestão de espécies e comunidades em habitats aquáticos podem ser facilitadas por novas técnicas moleculares. O ADN ambiental (eDNA) é baseado na amplificação de fragmentos de ADN provenientes da pele, pelo, muco ou gâmetas libertados por organismos na água, solo ou ar. Este método não invasivo tem sido aplicado em programas de gestão e erradicação de espécies invasoras de vários taxa, nomeadamente, em anfíbios. As invasões biológicas por anfíbios têm sido, principalmente, não intencionais em todo o mundo e ao longo da história humana, mas têm vindo a aumentar nos últimos anos. Atualmente, a nível global, as populações de anfíbios estão a diminuir e as espécies de anfíbios invasores são parcialmente causadoras destes declínios através de competição, hibridização e introdução de novos organismos patogénicos. Xenopus laevis é um anfíbio nativo da região afro-tropical e a sua distribuição abrange biomas temperados e subtropicais. Esta espécie ocupa, principalmente, águas estagnadas ou de corrente fraca numa variedade de corpos de água naturais e artificiais. Xenopus laevis tem sido usado mundialmente em laboratórios para testes de gravidez e como modelo em estudos de fisiologia e biologia do desenvolvimento. Deste modo, foi introduzida em vários países e populações invasoras estabeleceram-se na Ásia, América do Sul, América do Norte e Europa. Esta espécie possui um conjunto notável de características que a tornam uma invasora muito eficaz: longevidade; capacidade de colonizar uma variedade de ambientes aquáticos; migrações terrestres; alta tolerância à água salgada e condições anóxicas; capacidade de sobreviver à seca enterrando-se; sobreviver sem alimento até 12 meses; a sua reprodução permite o rápido aumento das populações locais. Os seus principais impactos são a transmissão de doenças, com petição e predação de espécies nativas. Houve algumas tentativas de erradicação de populações de X. laevis em vários países, mas a maioria não foi bem-sucedida. A erradicação desta espécie em regiões de clima mediterrânico é mais difícil e atualmente apenas uma operação de gestão e controlo está em vigor. Em Portugal, a espécie foi detetada pela primeira vez em março de 2006 na ribeira da Laje e em fevereiro de 2008 na ribeira de Barcarena, em ambos os casos no concelho de Oeiras. Embora grande parte do país seja climaticamente adequado para X. laevis, pensa-se que a sua distribuição foi limitada às duas ribeiras por quase 40 anos, tornando esta população uma candidata ideal para um programa de erradicação. Assim, desde 2010, os cursos de água e outros habitats em risco de invasão, quase exclusivamente no concelho de Oeiras, estão a ser monitorizados e a remoção desta rã está em curso. Após dez anos de ações de controlo, X. laevis está restrita às áreas a montante das bacias da Laje e Barcarena. A redução da distribuição da espécie e a sua baixa abundância em ambas as ribeiras sugerem eficácia das ações de controlo, embora a erradicação total ainda não tenha sido alcançada. Nesta fase do programa de erradicação, a identificação dos últimos locais onde X. laevis ainda existe é essencial para remoção de todos os espécimes e, consequentemente, uma erradicação bem-sucedida. Assim, este projeto surge da necessidade de comprovar o sucesso das intervenções e ações de controlo do programa de erradicação. Os principais objetivos deste estudo foram identificar os últimos locais onde X. laevis ainda está presente e verificar se o ADN ambiental é uma ferramenta viável para avaliar o sucesso do programa de erradicação de X. laevis em Portugal. Este estudo tem também objetivos secundários: comparar o sucesso das intervenções em habitats lóticos e lênticos com base nos resultados do eDNA; verificar a influência do micro-habitat lótico (pegos ou rápidos) na deteção e concentração de eDNA; avaliar como algumas variáveis ambientais e o histórico de invasão de cada local podem afetar a quantidade de eDNA recolhido. Foram amostrados quinze locais, maioritariamente, no concelho de Oeiras e alguns nos concelhos de Sintra e Cascais. Os locais foram escolhidos de acordo com dois critérios: a importância para a avaliação do programa de erradicação de X. laevis em Portugal e o tipo de habitat aquático. Para a análise de ADN ambiental em cada local, foi bombeada água (100 a 1850 mL) através de filtros de 0.45 µm usando uma bomba peristáltica. Foram também realizados controlos negativos ao filtrar 100 mL de água engarrafada. Após a filtragem, foram recolhidas as seguintes variáveis: temperatura, salinidade, pH, profundidade e velocidade da corrente no ponto de amostragem. Cada local foi também amostrado usando pesca elétrica em dois momentos distintos: após a recolha de água e, mais tarde, já informado pelos resultados obtidos com o ADN ambiental, durante a campanha de erradicação de 2020. As análises laboratoriais foram realizadas no CIBIO-InBIO, Campus de Vairão (Porto, Portugal). A extração do ADN dos filtros foi realizada seguindo um protocolo previamente testado. A técnica de PCR quantitativa em Tempo Real (qPCR) foi utilizada para a amplificação do ADN, seguindo um protocolo e primers já testados com sucesso para detetar ADN ambiental de X. laevis. A especificidade dos primers foi validada no contexto português realizando esta análise com ADN de todas as espécies potencialmente simpátricas de anfíbios. Foram também realizados controlos negativos durante a extração do ADN e qPCR. Dos quinze locais amostrados, cinco tiveram resultados positivos para o ADN ambiental de X. laevis: quatro locais lóticos e um local lêntico. O sucesso das ações de erradicação foi confirmado principalmente em habitas lênticos, mas também foram identificados 3 casos de insucesso. Num desses últimos locais uma amostragem posterior com pesca elétrica confirmou a presença de girinos, uma indicação da importância do ADN ambiental para a identificação dos últimos locais onde a espécie está presente. A deteção e a concentração de ADN ambiental de X. laevis não diferiram entre pegos e rápidos, mas variaram com outros fatores históricos (a abundância da espécie no local entre 2014 e 2019). A velocidade da corrente e a salinidade foram as variáveis que melhor explicaram a concentração de ADN ambiental de X. laevis obtido nos locais positivos. Os nossos resultados corroboram os estudos que recomendam a utilização do ADN ambiental como uma amostragem complementar a outros métodos tradicionais, assim como os que indicam a sua particular adequação na deteção de anfíbios invasores. São listados alguns dos locais onde deverão ser intensificadas as futuras ações de controlo. Para o sucesso do programa de controlo e erradicação de X. laevis em Portugal é importante aumentar a colaboração entre os Concelhos que abrangem as bacias das ribeiras da Laje e de Barcarena.
Biological invasions are widely recognized as a major driver of global biodiversity loss. The most cost effective answer is often population eradication, while the number of individuals is still limited. The detection of the invasive species at low densities is essential for eradication success, which can be difficult using traditional methods. Environmental DNA (eDNA) can facilitate the detection and monitoring of invasive aquatic species at low densities and can be more sensitive than traditional sampling. The African clawed frog (Xenopus laevis) is a highly invasive species and has been recorded in several European countries. Some of its main impacts are disease transmission, competition and predation. In Portugal, the species was discovered in 2006 and since 2010, streams of the Lisbon area, suspected or at risk of invasion, are being monitored and removal is ongoing. This program so far succeeded in containing the spread and reduced frog abundance, although total eradication has not yet been accomplished. To evaluate the success of this program, we collected water samples from fifteen sites. We filtered the samples, extracted DNA from filters, and assayed the extracted DNA for X. laevis DNA using quantitative polymerase chain reaction (qPCR). None of the field and laboratory negative controls was positive. From the fifteen sites sampled, five had positive results for X. laevis eDNA: four lotic sites and one lentic site. Local eradication success was evident mainly in lentic habitats, and three potential failures were also identified. Finding X. laevis at one of these sites only after X. laevis eDNA detection was an important contribution of this technique for the success of the control and eradication program. Previous (2014-2019) abundance is related with X. laevis eDNA detection and concentration, but lotic microhabitat (pool or riffle) was not. Velocity and salinity affected the concentration of X. laevis eDNA captured. Our results corroborate other studies that recommend eDNA as a complementary sampling approach to other traditional methods and add to a growing literature that increasingly suggests its suitability as a tool for the detection of invasive amphibians. We list some of the sites where future actions should be intensified. In the future, the success of the control and eradication program will depend on an enhanced cooperation between the counties that comprise the two river basins.
Biological invasions are widely recognized as a major driver of global biodiversity loss. The most cost effective answer is often population eradication, while the number of individuals is still limited. The detection of the invasive species at low densities is essential for eradication success, which can be difficult using traditional methods. Environmental DNA (eDNA) can facilitate the detection and monitoring of invasive aquatic species at low densities and can be more sensitive than traditional sampling. The African clawed frog (Xenopus laevis) is a highly invasive species and has been recorded in several European countries. Some of its main impacts are disease transmission, competition and predation. In Portugal, the species was discovered in 2006 and since 2010, streams of the Lisbon area, suspected or at risk of invasion, are being monitored and removal is ongoing. This program so far succeeded in containing the spread and reduced frog abundance, although total eradication has not yet been accomplished. To evaluate the success of this program, we collected water samples from fifteen sites. We filtered the samples, extracted DNA from filters, and assayed the extracted DNA for X. laevis DNA using quantitative polymerase chain reaction (qPCR). None of the field and laboratory negative controls was positive. From the fifteen sites sampled, five had positive results for X. laevis eDNA: four lotic sites and one lentic site. Local eradication success was evident mainly in lentic habitats, and three potential failures were also identified. Finding X. laevis at one of these sites only after X. laevis eDNA detection was an important contribution of this technique for the success of the control and eradication program. Previous (2014-2019) abundance is related with X. laevis eDNA detection and concentration, but lotic microhabitat (pool or riffle) was not. Velocity and salinity affected the concentration of X. laevis eDNA captured. Our results corroborate other studies that recommend eDNA as a complementary sampling approach to other traditional methods and add to a growing literature that increasingly suggests its suitability as a tool for the detection of invasive amphibians. We list some of the sites where future actions should be intensified. In the future, the success of the control and eradication program will depend on an enhanced cooperation between the counties that comprise the two river basins.
Descrição
Tese de mestrado em Biologia da Conservação, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2021
Palavras-chave
Xenopus laevis Espécie invasora Erradicação Deteção de espécies ADN ambiental Teses de mestrado - 2021