Caracterización demográfica, genética y reproductiva de jaguares (Panthera onca) en cautiverio en parques zoológicos de Colombia

Abstract

El objetivo principal de ésta tesis fue realizar un análisis demográfico, genético y reproductivo de la población de jaguares (Panthera onca) cautivos en Colombia. En el análisis demográfico se realizó la construcción del Studbook Regional para Jaguares (Panthera onca) (n=38), se obtuvo el censo de los animales que han estado presentes en las colecciones zoológicas de Colombia desde el año de 1970 hasta el año 2009. Se estableció la distribución de los ejemplares vivos en la actualidad por clases de edades. Se obtuvieron las características demográficas para las poblaciones actuales y poblaciones modelos de jaguares machos y hembras; también se construyó la tabla de vida para machos y hembras. En el análisis genético, a partir de los registros, se calcularon las estadísticas poblacionales. Se encontró que en la población se encuentran 2 nuevos posibles fundadores potenciales (n=2). Se realizaron las proyecciones reproductivas para un tiempo de 5, 10, 15 y 20 años con el fin de incrementar la pobalción de 25 individuos a 40. Se realizó la selección de apareamientos empleando el valor de la media de parentesco MK, y la ubicación geográfica. Se realizó una propuesta de meta poblacional para los jaguares en Colombia de conservar el 90% de la diversidad genética durante un periodo de 100 años, teniendo en cuenta las siguientes variables: Tiempo generacional (T =12), Tasa de crecimiento poblacional (λ= 1.02), Tamaño poblacional actual (N =25), Número efectivo poblacional actual (Ne =6.5), Relación Ne/N (0.26), Diversidad genética actual (GD =0.78), Población máxima permitida (n=40), Población requerida para alcanzar metas (n=37), FGE reclutado por cada nuevo fundador (FGE =0.4). El plan de manejo poblacional para el jaguar en parques zoológicos de Colombia fue propuesto estableciendo metas de manejo poblacional para los siguientes 100 años. También se realizó un análisis genético de la población de jaguares cautivos en parques zoológicos de Colombia mediante el análisis tanto de registros del Studbook Regional para Jaguares como de muestras de ADN obtenidas de 20 animales vivos (n=20), con el cual se construyó el pedigrí para la población empleando 9 microsatélites. Las paternidades y maternidades fueron asignadas por el programa CERVUS y las relaciones de parentesco fueron obtenidas por el programa KINSHIP. El análisis del Studbook se realizó por medio del programa PM2000 en donde se obtuvo el valor de la diversidad genética (GD) actual de la población (GD=0.7832), el valor de diversidad genética potencial (GDp=0.9113), valor génico (GV=0.7846), el valor del equivalente del genoma fundador actual (FGE=2.31) y potencial (FGEp=5.64), el valor del genoma fundador sobreviviente actual (FGS=3.14) y potencial (FGSp=5.64), el coeficiente medio de consanguinidad (F=0.0179), el número efectivo poblacional (Ne=5.26), al igual que la relación (Ne/N =0.2667) y la media de parentesco MK (Mean KINSHIP) para cada individuo. En el análisis de los microsatélites se calcularon las frecuencias alélicas por cada microsatélite y se encontró un promedio de alelos por locus de 5.67. El promedio de la heterocigocidad observada general fue de 0,687 y el de la heterocigocidad esperada 0,684. Se encontró que todos los locus se encuentran en equilibrio Hardy–Weinberg. Para esta población se encontró un exceso de heterocigotos en los locus FCA075, FCA043, FCA736, FCA220 y FCA391 y exceso de homocigotos solo para los locus FCA 441, FCA 008, FCA 224 mediante los estimados de Fis de Weir y Cockerham's (W and C), y Robertson y Hill's (R and H). El promedio de Fis para la población fue (Fis W and C= -0,0157) y (Fis R and H=-0,0109) indicando que la población se encuentra en exogamia. No se encontraron diferencias significativas para la prueba de desequilibrio por ligamiento. Los análisis de verosimilitud obtenidos en CERVUS resultaron con asignaciones de la maternidad y de paternidad. Los asignamientos se realizaron según el logaritmo natural de la tasa de verosimilitud (LOD). Se obtuvieron las probabilidades de relación y parentesco asignadas por KINSHIP de las simulaciones y se encontraron relaciones significativas (p0.05) en 6 parejas de jaguares, (p0.01) para 3 parejas y (p0.001) para 11 parejas. Con este estudio se logró establecer la relación entre individuos y se logró construir el pedigrí de la población de jaguares cautivos en parques zoológicos de Colombia como base fundamental para el establecimiento de un plan de conservación ex situ para el Jaguar en parques zoológicos de Colombia. Por último se realizó la caracterización reproductiva de un grupo de jaguares cautivos (n=6) en las instalaciones de la Fundación Zoológico Santa Cruz en Cundinamarca, Colombia, mediante un análisis longitudinal no invasivo de estradiol y progesterona en hembras y testosterona en machos. En un periodo de un 1 año dividido en cuatro épocas climatológicas las hembras confinadas en solitario fueron evaluadas con el objetivo de caracterizar la actividad ovárica y determinar la presentación de ovulaciones espontáneas. En los machos la actividad testicular. En las hembras se realizó un segundo seguimiento después de la aplicación de un protocolo convencional de gonadotropinas. La hormonas fueron extraídas de muestras de materia fecal de tres hembras (n=3) y dos machos (n=2). La medición de estradiol se realizó por medio de radioinmunoanálisis (RIA) y la medición de progesterona y testosterona por medio de ensayo por inmunoabsorción ligado a enzimas (ELISA). El modelo lineal de regresión de efectos mixtos encontró diferencias significativas en las concentraciones de estadiol en las diferentes estaciones (Chi square = 15.97, DF = 3, p 0.01). Las comparaciones de medias estacionales se realizó mediante el método de la diferencia significativa honesta de Tukey (DSH), revelando diferencias significativas entre las estaciones: Sequía 1 vs. Lluvias 2 (p 0.01), Lluvias 1 vs. Lluvias 2 (p 0.05), y Sequía 2 vs. Lluvias 2 (p 0.05). En las tres jaguares hembras se encontraron elevaciones de progesterona compatibles con ovulaciones expontáneas y el modelo lineal de regresión de efectos mixtos también encontró diferencias significativas en las concentraciones de progesterona en las diferentes estaciones (Chi square = 28.56, DF = 3, p 0.01). El DSH mostró diferencias significativas solo entre las estaciones: Sequía 2 vs.Lluvias 2 (p 0.01). La estación con el nivel promedio más bajo fue lluvias 2 (Octubre, Noviembre, y Diciembre). Durante esta estación periodos de anestro fueron registrados entre 31 y 83 días. Las tres hembra mostraron picos de estradiol después de la administración de gonadotropina coriónica equina (eCG). El análisis longitudinal no invasivo para los machos (Macho 1 y Macho 2) no mostró diferencias significativas en el curso del año de análisis. El análisis seminal de los tres machos adultos (n = 3) fue realizado por medio de electroeyaculación bajo anestesia general (Macho 1 and 2) y por lavado epididmal post mortem (Macho 3). La concentración media de espermatozoides encontrada fue 5.7 x 106 ± 1.1 x 106 espermatozoides/ml. La motilidad progresiva promedio fue de 80 %. El porcentaje de espermatozoides normales obtenidos por electro eyaculación + desviación estandar (DS) fue 80 ± 2.8%, y las anormalidades más frecuentemente encontradas fueron defectos de cabeza (7 ± 1.4%). El fluido obtenido en el lavado epididimal mostró 35 ± 1.4% de espermatozoides normales, y la anormalidad más frecuente fueron las gotas citoplasmáticas distales (39 ± 11.3%).

Abstract. The objective of this thesis was to analyze the demographic, genetic and reproductive status of captive jaguars in Colombia. In the demographic analysis the Regional Studbook for Jaguars (Panthera onca) (n=38) was constructed using the software SPARKS. The studbook data were analyzed by the software population management 2000 (PM2000). The census of the animals that had been present in the zoological collections of Colombia from the year of 1970 until the year 2009 was obtained. The distribution of the living animals by age classes was established and the demographic characteristics were obtained for the current population and model population of male and female jaguars, as well as the life table for males and females. The reproductive projections were obtained for 5, 10, 15 and 20 years in order to increase the captive population from 25 individuals to 40. The selection of matings was based on the Mean KINSHIP (MK) value, and the geographical location. It is presented the population goals for the jaguars in Colombia to conserve 90% of the genetic diversity during a 100 year period, for the variables: Generational Time (T =12), populational growth rate (λ = 1.02), current populational size (N =25), current populational effective Number (Ne =6.5), Relationship (Ne/N =0.26), current genetic Diversity (GD =0.78), allowed maximum Population (n=40), required Population to reach goals (n=37), FGE recruited by each new founder (FGE =0.4). The population management plan for the Jaguar (Panthera onca) in Colombia was proposed for the Colombian Zoological Parks establishing population management goals for the next 100 years. Also, a genetic analysis for the captive population of jaguars (Panthera onca) was done in zoological parks of Colombia based upon the Colombian Regional Studbook for Jaguars and from DNA obtained form 20 living animals (n=20) in order to establish the pedigree for the captive population using 9 microsatellites. The assignments for paternities and maternities were done with for the program CERVUS and the relationship between animals were established with the KINSHIP program. The analysis of the Studbook was done with the PM2000 program generating the following values: genetic diversity for the population (GD=0.7832), potential genetic diversity (GD=0.9113), genic value (GV=0.7846), current founder genome equivalent (FGE=2.31) and potential p(FGE=5.64), current and potential founder genome survivor (FGS=3.14; pFGS=5.64 respectively). Other values calculated were, mean coefficient of consanguinity (F=0.0179), population effective number (Ne=5.26) and the Mean KINSHIP (MK) for each individual. With the microsatellites analysis, the allelic frequencies were calculated for each locus with an average of alleles per loci of 5.67. The averages of the observed and expected heterozigocity were 0.687 and 0.684 respectively. It was found that all loci are in Hardy-Weinberg equilibrium. For this population an excess of heterozygous was found for the locus FCA075, FCA043, FCA736, FCA220 and FCA391 and an excess of homozygous for the locus FCA 441, FCA 008, FCA 224 by Fis of Weir and Cockerham's (W and C), and Robertson and Hill's (R and H). The average of Fis for the population was (Fis W and C = -0.0157) and (Fis R and H=-0.0109) indicating that the population is in exogamy. No significant differences were found for the linkage disequilibrium test. The likelihood analyses obtained in CERVUS assigned maternities and paternities. The assignments were done according to the value Pair Top LOD. The relationship probabilities were obtained by KINSHIP. In the simulations, a significant relationship (p 0.05) were found in 6 pairs of jaguars, (p 0.01) in three pairs and (p 0.001) for 11 pairs. With this study the relationships between animals was established and the pedigree of the captive population of jaguars was built in order to develop an ex situ conservation plan for the species in the Colombian zoological parks. In the last part of the study a reproductive analysis of a captive group of jaguars (n = 6) at the Santacruz Zoological Foundation in Cundinamarca, Colombia, was conducted by performing a longitudinal, noninvasive, hormonal analysis of estradiol and progestogens in females and of androgens in males. During four seasons, female jaguars confined in solitary were evaluated for ovarian activity and spontaneous ovulation, male jaguars for testicular activity. A second hormonal follow-up was conducted in the females after administration of gonadotropins. Hormones were extracted from fecal samples of three females (n = 3) and two males (n = 2). Estradiol measurements were obtained by radioimmunoassay (RIA) and progestogens by enzyme immunoassay (EIA). The linear mixed-effect regression (LMER) showed that there was a significant effect of seasons in the concentrations of estradiol (Chi square = 15.97, DF = 3, p 0.01). Post hoc comparisons of all pairs of seasonal means were conducted according to Tukey’s honest significant difference (HSD), revealing significant differences between seasons: Dry 1 vs. Rains 2 (p 0.01), Rains 1 vs. Rains 2 (p 0.05), and Dry 2 vs. Rains 2 (p 0.05). Elevations of progestogens compatible with spontaneous ovulation occurred in three jaguars and the LMER showed that there was also a significant effect of seasons (Chi square = 28.56, DF = 3, p 0.01). Post hoc comparisons showed significant differences only between seasons: Dry 2 vs. Rains 2 (p 0.01). The season with the lowest average concentration was Rains 2 (October, November, and December). During this season, periods of anestrous were registered that lasted between 31 and 83 days. The three females presented estradiol peaks after the administration of eCG. A noninvasive longitudinal analysis for androgens was also made (Males 1 and 2) over the course of one year, and no significant differences were found between the different seasons. A seminal analysis of three adult male jaguars (Panthera onca) (n = 3) was also performed after electro-ejaculation under general anesthesia (Male 1 and 2) and by a postmortem epididymal wash (Male 3). The mean concentration of spermatozoids was 5.7 x 106 ± 1.1 x 106 spermatozoa/ml. The progressive motility + SD averaged 80 %. The percentage of normal spermatozoids obtained by electro-ejaculation was 80 ± 2.8%, and the abnormalities found more frequently were head defects (7 ± 1.4%). The seminal fluid obtained by epididymal flush contained 35 ± 1.4% normal spermatozoids, and the most frequent abnormalities found corresponded to distal cytoplasmic droplets (39 ± 11.3%).