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Previous issue date: 2013 / Background: The contemporary genetic diversity of species and populations is a product of climatic oscillations over deeper timescales and/or anthropogenic factors over recent times. These forces caused alterations in the effective population size of fauna and flora, thus affecting not only their evolutionary potential but also species spatial distributions. Consequently, a need exists for assessing the historical demography of species at different population levels. The origin of the contemporary genetic diversity of cheetahs is thought to be the result of a severe decline around the Last Glacium Maximum (8,000 - 20,000 years ago, ya), followed by an expansion around the mid-Holocene ( 5,000 years) and a subsequent bottleneck within the past century due to a combination of anthropogenic factors and weather variability. Alternative hypotheses include that of a metapopulation structure and the persistence at a low effective size due to a high reproductive variance associated with a polygynous mating system. However, these three remain largely untested despite advances in molecular analytical tools over the past decades. Likewise, the effects of anthropogenic factors on population viability merit quantification as well as trends in abundance and density using robust surveying techniques. This study aims to contribute novel information on these aspects; information deemed of high significance for comprehensive conservation measures that do not underestimate the true risk of extinction the species is facing. First, we explored the historical demography of the largest free-ranging cheetah population over the past 60,000 years. Second, we assessed the population’s genetic viability and its sensitivity to perturbations on vital rates and uncertainties on current population size and carrying capacity estimates. Lastly, we assessed trends in density, abundance, and behavioural ecology aspects of cheetahs. Methods: To explore the historical demography, we stratified periods during the last 60,000 years and contrasted evolutionary models assuming stability, decline and expansion using approximate Bayesian computation methods. We estimated the population’s contemporary effective size using four genetic estimators and population viability analysis (PVA). Sensitivity analyses of the susceptibility of viability estimates to perturbations were also performed using a PVA approach. To estimate density and abundance, we used a combination of Bayesian spatial capture, recapture and non-spatial methods. Results: First, demographic scenarios indicated that the population has a complex demographic history, characterised by periods of decline intercalated with periods of stability with no signal of expansion contrived during the past 60,000 ya. The population seems to have been stable over the past 300 years. Additionally, scenarios modeled on abrupt reductions had low levels of support in relation to models assuming gradual reductions. Second, we found the present population to be viable, although susceptible to perturbations such as the proportion of breeding females, adult female survival rates, and uncertainties in current abundance estimates and on carrying capacity. These parameters also influenced the total population size. However, the direction of the impact was related to perturbation levels. Lastly, and mostly applicable for males, we observed density estimates of 5 to 20 km-3 that were largely similar across most of the six multi-year surveys. Furthermore, male cheetahs showed high site fidelity, utilising scent-marking locations for up to four consecutive years with possible temporal avoidance. Overall individuals displayed a nocturnal activity pattern. Discussion: First, the study shows that the population’s contemporary genetic diversity (and possibly that of other populations to which our population is genetically connected) is the result of a gradual decline, likely caused by fluctuations and reductions of suitable habitat due to Pleistocene and Holocene climatic oscillations, as well as recent increases in aridification in Namibia. Second, that the population viability is largely dependent on aspects related to females, and that threshold values seem to exist beyond which certain conservation actions may have a negative influence on viability. Lastly, male density seems to be regulated by home range dynamics, as density remained similar across surveys except during periods of social instability caused by vacant home ranges. The instability caused by removals may lead to higher reproductive variance. Conclusions: Overall, the study shows that a realistic estimate of the risk of extinction faced by this population requires an integration of results obtained with several analytical approached, and that long-term conservation plans should incorporate such a body of information. The observation that viability is susceptible to different biological and social factors highlights the relevance of this assessment, which is integrated to the other themes investigated in this study. In a broader context, the results presented here are potentially relevant for assessments targeting other species facing similar threats of extinction. / Contexto: A diversidade genética contemporânea de espécies e populações é resultante da interação entre aspectos ecológicos e biológicos das mesmas em relação aos efeitos de processos históricos naturais, bem como ao efeito atual dos humanos. Essas forças causaram alterações no tamanho efetivo da população de muitos elementos da fauna e flora, afetando não só os seus potenciais evolutivos, mas também suas distribuições geográficas. Conseqüentemente, existe uma necessidade de caracterizar a história demografica de espécies em diferentes níveis. A baixa diversidade genética contemporânea de guepardos é usualmente considerada como o resultado de um severo gargalo genético em torno do Último Máximo Glacial (8. 000 - 20. 000 anos atrás), seguido por endogamia, uma expansão em meados do Holoceno (5. 000 anos) e finalmente um gargalo durante o ultimo século devido a a uma combinação de fatores humanos e variações climáticas. Hipóteses alternativas incluem uma estrutura de metapopulação e persistência de tamanho efetivo baixo, devido à ocorrência de poliginia, gerando uma alta variância reprodutiva. Apesar dos avanços em ferramentas moleculares nas últimas décadas, estas hipóteses permanecem ainda largamente inexploradas. Da mesma forma, os efeitos de fatores humanos sobre a viabilidade da população, precisam ser quantificados, assim como é necessário determinar as tendências temporais em abundância e densidade utilizando robustas abordagens sistemáticas. Neste contexto, o objetivo primário deste estudo foi obter novas informações sobre estes aspectos, as quais são consideradas significantes para que medidas de conservação abrangentes sejam colocadas em prática. Especificamente, exploramos a historia demografica da maior população de guepardos ao longo dos últimos 60 mil anos. Segundo, avaliamos a viabilidade genética desta população e sua sensibilidade a perturbações e incertezas sobre o tamanho da população atual, bem como estimativas da sua capacidade suporte. Por fim, avaliamos as tendências em densidade e abundância, assim como certos aspectos ecológicos comportamentais de uma população local. Ferramentas: Métodos Bayesianos foram aplicados para avaliar e contrastar cenários evolutivos de estabilidade, declínio e de expansão em diferentes períodos nos últimos 60 mil anos. Para estimar o tamanho efetivo contemporâneo da população, foram utilizadas quatro estimativas genéticas e uma baseada em simulações de viabilidade. Simulações foram realizadas para avaliar a sensibilidade da estimativa de tamanho efectivo a perturbações nas taxas vitais, incertezas no tamanho da população e capacidade suporte. Por fim, o tamanho populacional de censo e a densidade populacional foram estimados através de métodos espaciais e não espaciais de captura-recaptura. Resultados: Primeiro, os cenários demográficos indicaram que a população tem uma história demográfica complexa, caracterizada por períodos de declínio populacional, intercalados por períodos de estabilidade, sem sinal de expansão detectado desde 60. 000 mil anos. Um sinal de estabilidade foi detetado para os ultimos 300 anos. Adicionalmente, cenários modelados que assumiram reduções abruptas tiveram taxas baixas de suporte em relação a modelos de redução gradual. Segundo, estimativas de tamanho efetivo baseadas em simulações indicaram que a população é viável, porém suscetível a perturbações como a proporção de fêmeas reprodutoras, as taxas de sobrevivência de adultos do sexo feminino, e incertezas em estimativas de abundância e de capacidade de suporte. O tamanho de censo da população também foi influenciado por estes parâmetros. No entanto, a influência em ambos os parâmetros é condicionada aos níveis de perturbações. Terceiro, as estimativas de densidade, principalmente de machos adultos, variaram entre 5 - 20 km-3 e foram semelhantes entre os levantamentos realizados no decorrer dos seis anos de amostragem. Os guepardos machos mostraram uma fidelidade de até quatro anos de uso consecutivo de sítios de marcação (scent-marking sites) dentro de suas áreas próprias, evidenciando também um padrão de atividade predominantemente noturno. Discussão: Primeiro, o estudo mostra que a diversidade genética contemporânea da população (e possivelmente de outras populações com as quais está geneticamente ligada) é resultante de um declínio gradual, provavelmente causado por flutuações e reduções de habitat adequado devidas a oscilações climáticas no Pleistoceno e Holoceno, bem como aumentos no nivel de aridez em tempos mais recentes na Namíbia. Segundo, que a viabilidade da população é em grande parte dependente de aspectos relacionados com fêmeas, e que parecem existir valores limiares além dos quais certas perturbações podem ter uma influência negativa sobre a viabilidade. Por último, a densidade de machos parece ser resultado da dinâmica das áreas de vida, visto que a densidade permaneceu semelhante, exceto durante os períodos de instabilidade social causada por áreas vagas. A instabilidade causada por remoções antropogênicas pode, portanto, levar a maior variância reprodutiva. Conclusões: O estudo indica que uma estimativa realista do risco de extinção desta população requer a integração de resultados obtidos por diversas abordagens analíticas, e que planos de conservação de longo prazo devem incluir tal conjunto de informações. A observação de que a viabilidade é sensível a diferentes fatores biológicos e sociais ressalta a importância desta avaliação, a qual se integra aos demais temas investigados neste estudo. De forma mais ampla, os resultados aqui apresentados são potencialmente relevantes para diversas outras espécies que enfrentam ameaças de extinção semelhantes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_PUC_RS:oai:meriva.pucrs.br:10923/5588 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Fabiano, Ezequiel Chimbioputo |
| Contributors | Eizirik, Eduardo |
| Publisher | Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da PUC_RS, instname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, instacron:PUC_RS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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