FAPAS PERFIL GENÉTICO DEL NÚCLEO REPRODUCTOR OSERO DE LA ZONA CENTRAL DE ASTURIAS. M. Victoria Arruga. Investigadora responsable Universidad de Zaragoza Doriana Pando. Responsable base de datos URSUS Encargados de área. o José Ramón Magadán (Proaza, concejos limítrofes) o Alfonso Hartasánchez (Somiedo, concejos limítrofes) o Joaquín Morante (Montaña Palentina) FONDO PARA LA PROTECCIÓN DE LOS ANIMALES SALVAJES Ctra.AS-228, Km. 8,9. TUÑÓN-33115 SANTO ADRIANO-ASTURIAS WWW.FAPAS.ES investigació[email protected] 1 FAPAS INDICE ANTECEDENTES o Introducción ........................ Pág. 3 o Cómo se recogen las muestras ........................ Pág. 4-6 o ¿Qué nos aporta la genética? ........................ Pág. 7 ÁREA DE ESTUDIO ........................ Pág. 7-8 NUESTROS OBJETIVOS ........................ Pág. 9 INTRODUCCIÓN A LA GENÉTICA ........................ Pág. 9-10 MATERIAL, MÉTODO, RESULTADOS ........................ Pág. 11-12 LÍNEAS DE TRABAJO o Ampliación del banco de ADN ........................ Pág. 12 o Sexaje de las muestras ........................ Pág. 12-14 o Perfil genético ........................ Pág. 15-18 APLICACIONES o Identificación genética individual ........................ Pág. 19-20 o Variabilidad genética ........................ Pág. 21-29 o Distancias genéticas ........................ Pág. 29-33 o Genética de poblaciones ........................ Pág. 34-35 RESULTADOS FINALES ........................ Pág. 36-38 DISCUSION o Interpretación de resultados ........................ Pág. 38-40 o Conclusiones ........................ Pág. 41-43 ANEXO ........................ Pág. 43 “Nuestros osos” 2 FAPAS ANTECEDENTES Introducción El patrón social del oso pardo, con ausencia de territorios defendidos y grandes dominios de campeo, hace difícil conocer el número real de ejemplares que se mueven en un determinado territorio, por lo que los estudios genéticos deben ser una de las principales herramientas utilizadas en los Planes de recuperación de la especie, a la hora de definir las líneas de actuación. A través de la genética, podemos conocer la composición y variabilidad de las poblaciones que se manejan, y si éstas han pasado por restricciones de tamaño en su pasado (cuellos de botella), consiguiendo establecer relaciones de parentesco entre sus ejemplares, y en algunos casos, hasta la individualización de los mismos. Por ello, los resultados obtenidos con los estudios genéticos, deben tener la misma importancia en las estrategias de gestión que los condicionantes demográficos, ecológicos o socioeconómicos. El Fondo para la Protección de los Animales Salvajes, en colaboración con el Laboratorio de Citogenética y Genética Molecular de la Universidad de Zaragoza, con María Victoria Arruga Laviña como investigadora responsable, ha llevado a cabo el estudio de 214 muestras de material biológico de oso pardo (pelos y excrementos), recolectadas por los técnicos de FAPAS, entre los años 2007 y 2012, principalmente en el areal osero perteneciente a la zona central de Asturias, y 13 muestras procedentes de otras poblaciones, utilizados como control (figura 36). Figura 1. De las 214 muestras analizadas en Asturias, 168 fueron recogidas en el núcleo reproductor osero del valle del Trubia; una Superficie de unos 484 km2 repartida por los concejos de Proaza, Quirós, Teverga, Santo Adriano y Oviedo. 3 FAPAS CÓMO SE RECOGEN LAS MUESTRAS Las cámaras de disparo automático, permiten la monitorización de la fauna salvaje, sin modificar para nada su comportamiento. Y eso, entre otras cosas, nos ha permitido descubrir la intensa relación que los osos mantienen con algunos árboles, por su localización estratégica en el área de campeo. 4 FAPAS Ya que al no existir territorios defendidos, actúan como puntos de encuentro, o desencuentro entre los osos… en función del sexo, o la época del año en la que se producen las interacciones. Permitiendo la comunicación entre los diferentes individuos que se mueven por el territorio. La vinculación con los árboles, también forma parte del aprendizaje de los oseznos, siendo por ello, un lugar idóneo para la recogida de muestras. 5 FAPAS De igual forma, los alambres de espino utilizados para el cierre de fincas, funcionan como estupendas trampas de pelo sin proponérselo. El principal problema con el que podemos encontrarnos, a la hora de llevar a cabo el estudio genético, son las particulares circunstancias en las que se recogen las muestras: lejos del laboratorio, sometidas a la contaminación ambiental, y con total desconocimiento, al margen de la pericia del recolector, de a qué o a quién pertenecen las mismas. VÍDEO 6 FAPAS ¿QUÉ NOS APORTA LA GENÉTICA? Hasta ahora, el trabajo de FAPAS estaba basado, junto con el trampeo fotográfico, en la realización de una red de itinerarios de muestreo que recorridos de forma sistemática, permiten establecer tendencias poblacionales. Con ello también podemos conocer preferencias de hábitat, diseñar patrones de ocupación del territorio, y obtener información sobre los efectivos reproductores de la población (censo de osas con crías). Pero además, con los estudios genéticos, podemos individualizar ejemplares, realizar el sexaje de cada una de las muestras, y conocer la salud y viabilidad de nuestras poblaciones. ÁREA DE ESTUDIO Para llevar a cabo el estudio genético, hemos elegido la zona central de Asturias (figura 1), con reproducción escasa o nula, entre los años 1997 y 2004. En los grupos zoológicos en los que hay muchos menos óvulos que espermatozoides disponibles (como es el caso de los mamíferos), el número de hembras refleja el lugar que esta especie ocupa en el ecosistema; de ahí la importancia de conocer el número de hembras reproductoras que existen en un determinado territorio, para evaluar la viabilidad de la población. MUNICIPIO 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 PROAZA --1 --1 1 1 3 1 3 2 PROAZA-QUIROS ------1 ------1 ----TEVERGA --------------1 1 --TEVERGA-QUIRÓS ------2 TOTALES 0 1 0 2 1 1 3 3 4 4 Figura 2. Osas reproductoras localizadas en la zona de Proaza, y concejos limítrofes, entre los años 2003 y 2012. 7 FAPAS FAPAS. ESFUERZO DE CAMPEO AÑOS 20042012 2500 146 1800,936 140 1555,68 99 1695,55 71 191 195 172 1141,88 1048,72 0 1627,49 500 921,25 1000 1601,57 1500 132 2017,89 2000 km recorridos salidas de campo 202 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Figura 3. Esfuerzo de campeo realizado en la zona de Proaza y concejos limítrofes, entre los años 2004 y 2012, por los técnicos de FAPAS. INDICES DE ABUNDANCIA RELATIVA 0,35 INDICIOS/KM 0,3 0,25 0,29 0,3 2009 2010 0,26 0,28 0,27 2011 2012 0,2 0,15 0,17 0,1 0,05 0,11 0,08 0,09 0 2004 2005 2006 2007 2008 AÑOS DE MUESTREO Figura 4. La paulatina recuperación de la población asentada en el territorio de Proaza y concejos limítrofes queda reflejada en el aumento de los índices de abundancia relativa, producidos entre el 2004 y el 2012, que además se ve respaldada por una mayor presencia de reproducción (censo oficial de osas con crías), y de avistamientos. 8 FAPAS NUESTROS OBJETIVOS A raíz de la evolución seguida por la población de osos asentada en la zona central de Asturias, en los últimos años (figuras 2 y 4), se nos planteaban serias cuestiones en cuanto a las verdaderas áreas de distribución del oso pardo cantábrico, y sus patrones de ocupación. Si estas zonas se establecen en base a la existencia de grupos reproductores, donde se concentran osas de distintas generaciones emparentadas entre sí (la teoría dice que debido a su comportamiento filopátrico, estas tienden a quedarse donde han nacido, solapando sus áreas de campeo con las de sus madres, lo que dificulta la recolonización de nuevos territorios) ¿De dónde habían salido tantos osos, si entre 1997 y 2004 los censos oficiales daban por perdido este núcleo reproductor? ¿Provendrían todos los ejemplares de una misma hembra que hubiese sobrevivido en el territorio, perdiendo de forma sistemática sus crías? solamente los análisis genéticos podrían dar respuesta a todas esas cuestiones, abriendo nuevas expectativas a la hora de encontrar las claves de la recuperación de la especie que podrían ser aplicadas a nuevas zonas de expansión. INTRODUCCIÓN A LA GENÉTICA “La evolución no busca pero encuentra. Las gloriosas adaptaciones y la perfección del diseño de los seres vivos, incluso la belleza a nuestros ojos, no han aparecido por azar, sino por obra de la selección natural, pero tampoco hay un ingeniero o un artista detrás. Son hallazgos no intencionados, pero al fin y al cabo hallazgos” (J.L. Arsuaga. El primer viaje de nuestra vida). EL ADN ES LA MOLÉCULA RESPONSABLE DE LA HERENCIA BIOLÓGICA El Ácido desoxirribonucleico (más conocido como ADN), lleva codificado en su estructura química, la información necesaria para asegurar la continuidad de las especies, a través de la fabricación de sus proteínas; dicho de otra manera, sería un libro de instrucciones, en idioma universal, con el despiece de cada individuo. El ADN se organiza en un número constante de unidades para cada especie, llamadas CROMOSOMAS que se sitúan en el interior del núcleo de las células. Los osos al igual que los seres humanos son diploides, que quiere decir, ni más ni menos, que sus cromosomas se organizan por parejas (en el oso 2n=74); y que uno de los pares proviene del padre, y otro de la madre. Esta enorme base de datos, podría a su vez subdividirse en pequeñas subunidades de trabajo, llamadas GENES que contienen las instrucciones necesaria para fabricar proteínas concretas, y a cada una de las muchas alternativas que presenta un gen, se le denomina ALELO (podríamos imaginarnos una carta de colores; cada color sería un gen, y todas las tonalidades asociadas a ese color los alelos). El ADN de cada cromosoma está constituido por muchos genes, y secuencias de ADN que no codifican nada, y de las que se desconoce su función. A la ubicación concreta de cada gen en los cromosomas, se la conoce como LOCI. 9 FAPAS LA MEIOSIS ES UNA DE LAS BASES SOBRE LA QUE SE ASIENTA LA SELECCIÓN NATURAL Cuando se renuevan las células del cuerpo (células somáticas), no se producen cambios genéticos; solo división y multiplicación celular. De esta forma las células viejas se recambian por otras nuevas que son verdaderos clones. Otra cosa muy diferente es lo que ocurre en los órganos sexuales. Mediante la MEIOSIS, se fabrican las células sexuales o gametos que son las responsables de generar nuevos individuos, y su característica principal es que poseen la mitad de cromosomas que el resto de las células del cuerpo (en el caso del oso, tendrían 37 cromosomas, y no 37 pares). De esta forma, al juntarse el óvulo y el espermatozoide (que como dijimos antes son haploides), se obtienen las célula huevo o cigoto con un número de cromosomas invariable a lo largo de generaciones (todos los osos tienen 37 pares de cromosomas; o sea 74) Pero algo ha tenido que ocurrir antes, infidelidades aparte, para que los descendientes, aún teniendo el mismo padre, no sean idénticos. Existe un proceso, llamado RECOMBINACIÓN que hace que cada célula sexual sea diferente, produciendo variabilidad entre los organismos. Durante la MEIOSIS, los pares de cromosomas homólogos de nuestras células diploides, procedentes del padre y de la madre, se entrecruzan e intercambian segmentos antes de dividirse, dando lugar a nuevas combinaciones de genes, por eso no existen dos óvulos ni dos espermatozoides iguales, y los hermanos solo se parecen (a no ser que procedan del mismo óvulo y espermatozoide, y por lo tanto sean gemelos). La recombinación y las mutaciones, son el principal factor de variabilidad en los organismos, y la base sobre la que actúa la selección natural. UN RELOJ MOLECULAR BASADO EN EL DNA MITOCONDRIAL Las mitocondrias son los únicos orgánulos de las células animales que poseen su propio material genético. Se trata de un cromosoma circular, más pequeño que los cromosomas nucleares, muy apropiado para llevar a cabo estudios evolutivos por los siguientes motivos: todas las células, incluso las sexuales, poseen mitocondrias ya que su función es energética (son las pilas de la célula), pero cuando un óvulo es fecundado por un espermatozoide, el reparto de estos orgánulos es muy desigual, de forma que prácticamente la totalidad de las mitocondrias presentes en el cigoto proceden del óvulo, y además no sufren procesos de recombinación. Por lo tanto, toda la variabilidad del DNA mitocondrial procede de las mutaciones que además suelen ser neutras, por lo que selección natural no las elimina y se pueden rastrear. De esta forma podemos seguir la ascendencia materna de un cromosoma mitocondrial a través de generaciones, y generaciones, teoría sobre la que se fundamentan los relojes moleculares. 10 FAPAS MATERIAL, METODO Y RESULTADOS En total se han analizado 227 muestras de material biológico de oso pardo, con diferente procedencia, antigüedad, y año de muestreo: 13 muestras de pelo, utilizadas como CONTROL, de diferentes orígenes. 208 muestras de pelo de la población asturiana. 6 excrementos de diferente contenido y antigüedad, procedentes también de Asturias. Exceptuando los 6 excrementos, con resultado negativo para todos ellos, el resto del DNA de la población estudiada proviene de mechones de pelo recogidos de forma arbitraria a lo largo de las salidas de campo, dando prioridad a aquellos más recientes, o que puedan relacionarse con datos biométricos y de fototrampeo. Además de las muestras recogidas en el valle del Trubia, se han analizado muestras procedentes de Somiedo, Belmonte y Tineo que han ayudado a conocer si existe flujo genético entre poblaciones, y a establecer su procedencia. SANTO PROAZA TEVERGA QUIRÓS SOMIEDO BELMONTE TINEO ADRIANO 2007 (35) ---2 2 ---28 2 1 2008 (39) ---38 1 ------------2009 (129) 2 89 25 1 10 2 ---2010 (2) ------1 ---1 ------2011 (6) ---3 2 ---1 ------2012 (3) ---1 1 ---1 ------TOTAL(214) 2 133 32 1 41 4 1 Figura 5. Número total de Muestras (pelo y excrementos) recogidas en ASTURIAS, organizado por localidad y año de muestreo. A estas 214, habría que añadir las 13 muestras de pelo, procedentes de otras poblaciones utilizadas como CONTROL, de las que hablaremos en otro apartado. AÑOS Método. En total, se analizaron 221 muestras de pelo, de las que se extrajo ADN mediante el método descrito por Gutiérrez-Corchero et al., (2003) (recordemos que en los 6 excrementos el resultado fue nulo). El DNA extraído, se amplificó mediante tecnología PCR. En el genotipado y visualización de microsatélites, se utilizó un secuenciador automático ABI. Para llevar a cabo el análisis genético, se utilizaron diferentes programas estadísticos e informáticos (GENEPOP, Genetix, Cervus, Arlequin, Gimlet, Structure, dnaSP, Mega, etc.) que nos han permitido calcular la diversidad genética de la población (equilibrio Hardy-Weinberg, frecuencias genotípicas y alélicas, heterocigosis observada y esperada, Índices de fijación, etc.). 11 FAPAS Resultados. MUESTRAS DE PELO RECOGIDAS EN ASTURIAS 22% MUESTRAS POSITIVAS MUESTRAS NULAS 78% Figura 6. Los resultados negativos obtenidos en 47 muestras de pelo (del total de las 208 muestras recolectadas en Asturias), se debe a la contaminación ambiental a la que se ve expuesto el material biológico, o a la deficiencia de DNA contenido en la muestra, insuficiente para llevar a cabo la amplificación del mismo. LINEAS DE TRABAJO o Ampliación del banco de ADN de la especie Ursus arctos. FAPAS dispone de 221 muestras de pelo, depositadas en el laboratorio de citogenética y genética molecular de la facultad de Veterinaria de Zaragoza. Las muestras de pelo se encuentran perfectamente identificadas. La mayor parte poseen DNA que podría utilizarse para otros muestreos. Se ha elaborado un Banco de datos con la información genética de la totalidad de los animales muestreados. La gran ventaja de los Bancos de ADN, es que permiten conservar muestras genéticas durante tiempo indefinido, de forma repetida y con un mantenimiento sencillo, lo que posibilita la realización de estudios posteriores, con nuevas técnicas y objetivos. o Sexaje de cada una de las muestras La determinación del sexo de los individuos, juega un papel muy importante en los Proyectos de Conservación, ya que el déficit de hembras puede comprometer seriamente el futuro de las poblaciones. Método. Aplicando la tecnología PCR a una región concreta de los cromosomas X e Y, se ha podido conocer el sexo de cada animal. Para ello se utilizó el marcador G1A, específico de oso que amplifica tanto en macho como en hembras, y un fragmento específico de ADN del cromosoma Y (SRY gene), solo presente en los machos. 12 FAPAS Resultados. De las 161 muestras analizadas en Asturias con resultado positivo, 107 pertenecen a machos, y las 55 restantes a hembras, aunque eso no quiere decir que todos sean osos diferentes, ya que muchas muestras pertenecen al mismo individuo con una alta probabilidad. PORCENTAJE DE SEXOS 34% 66% MACHOS HEMBRAS Figura 7. El doble número de localizaciones de machos que de hembras, queda justificado por la mayor movilidad de los primeros que hace que se localicen con mayor facilidad en el territorio. PROPORCIÓN DE SEXOS IDENTIFICADOS SEGÚN AÑOS DE MUESTREO 90 80 26 70 60 HEMBRAS 50 MACHOS 40 30 20 10 0 16 63 10 18 22 2 1 1 2 AÑO 2007 AÑO 2008 AÑO 2009 AÑO 2011 AÑO 2012 Figura 8. El volumen más representativo de muestras analizado, pertenece al 2009; año en el que número de machos identificados supera en más del doble al de las hembras, cumpliéndose los patrones de ocupación del territorio, típicos de la especie. 13 FAPAS PROPORCIÓN DE SEXOS IDENTIFICADOS SEGÚN LOS MESES DE MUESTREO (AÑOS 07-12) 35 30 25 20 15 10 5 0 10 21 12 1 13 8 10 12 5 3 2 HEMBRAS 8 11 12 12 MACHOS 16 2 3 Figura 9. Los mayores dominios de campeo de los machos, permiten que sea más fácil localizarlos en el territorio, aunque la actividad de los dos sexos va a estar condicionada por la época del año en la que se hace la recogida de las muestras. Si agrupamos las muestras en función del mes en el que fueron recolectadas, vemos que la proporción entre los sexos vuelve a quedar justificada por el patrón social y el comportamiento de la especie, perfectamente adaptada a los ritmos de producción del bosque cantábrico. En la Cordillera cantábrica el celo se inicia a últimos de mayo; dura hasta agosto, con un máximo de actividad en el mes de julio (en la gráfica, el número máximo de machos y hembras muestreados coincide con los meses de mayo y julio), lo que implica la existencia de mayores dominios de campeo, en busca de otros ejemplares en celo. Él único mes en el que el número de hembras detectado supera al de los machos, es el de septiembre. Recordemos que en esa época del año, las hembras con sus crías comienzan a dejarse ver, explotando los puntos de alimentación, de forma intensiva, con el resto de los osos. En el invierno, las hembras preñadas encuevan las primeras, seguidas de las hembras con prole, y los individuos solitarios, lo que puede justificar la elevada desproporción entre los sexos a principio y final de la temporada, ya que la salida de la osera se produce de forma inversa (los machos son los primeros en abandonarla). 14 FAPAS o Perfil genético La variabilidad es la materia prima de la evolución. Para que la selección natural pueda actuar sobre un carácter, debe existir más de un ALELO para el gen que lo codifica. Cuantas más posibilidades haya de elección, más probabilidad de que una de las opciones se imponga al resto (se fije). Para llevar a cabo el perfil genético, tanto a nivel individual como de grupo, se han utilizado 2 tipos de MARCADORES MOLECULARES. De esta forma hemos conseguido individualizar ejemplares, estudiar la variabilidad genética, analizar distancias genéticas, y conocer las relaciones filogenéticas entre los individuos que constituyen la población. Marcadores nucleares denominados “microsatélites”. Los microsatélites son secuencias de DNA distribuidas por todo el genoma, en las que un número reducido de pares de bases se repite de manera consecutiva (en tándem). En este caso, los diferentes alelos van a depender del número de repeticiones, y no de la secuencia repetida; y esto unido a su elevada tasa de mutación, hace que sean muy polimórficos dentro de una misma población, llegando a presentar hasta más de 10 alelos distintos. Para realizar el siguiente estudio se han utilizado 8 marcadores nucleares, utilizados habitualmente en los estudios genéticos de oso pardo, tanto por su gran variabilidad, como por el elevado número de alelos que presentan. MU51, MU23, G10X, G1A, G10P, MU10, MU09 y MU05 Marcadores mitocondriales o de herencia materna. Se localizan en el citoplasma, y cada célula posee un elevado número de copias, dependiendo del tejido al que pertenezcan (entre 1.000 y 10.000 copias). Lo más característico del DNA mitocondrial es como se hereda. La madre transmite su genoma mitocondrial a través del citoplasma del óvulo, a todos sus hijos, pero solo las hijas lo transfieren a todos los miembros de la siguiente generación, y así sucesivamente (esto es debido a al elevado número de moléculas de DNA mitocondrial que existe en los óvulos, entre 100.000 y 200.000, en comparación con unos pocos cientos que hay en los espermatozoides). El DNA mitocondrial presenta una tasa de mutación 10 veces superior al DNA nuclear, por lo que la variación de secuencias entre individuos de la misma especie es muy grande. Método. A partir de las muestras de pelo, se extrajo el ADN, y se procedió a su amplificación para los correspondientes marcadores, tanto microsatélites como del ADN mitocondrial, mediante la metodología PCR. A continuación, los miles de datos obtenidos para cada muestra, se procesan por medio de sistemas informáticos que permiten identificar la secuencia de cada marcador, e identificar los alelos presentes en cada oso. 15 FAPAS Figura 10. Localización de la población asturiana muestreada genéticamente. Resultados obtenidos con el ADN nuclear (GENOTIPOS) 44 42 41 Teverga Villarina 40 Proaza Proaza 36 38 37 Tever. Belm39 Proaza Tineo 33 Quirós 32 35 Somiedo30 Proaza Somie. Proaza 28 21 Proaza Proaza 22 20 Somiedo 19 Tever. 17 Teverga 18 16 Teverga 14 Proaza Belm. 13 12 11 Teverga 15 Somiedo Som. Som. Teverga 7 5 Teverga 1 3 Proaza Som. 2 ProazaProaza Proaza S.Adriano Tev. 43 Proaza 1 2 3 4 5 6 7 8 GENOTIPOS EN MACHOS Y HEMBRAS 31 Proaza 34 Somiedo 29 27 Proaza 26 24 25 Proaza Proaza Tev. Proaza Tev. 23 Proaza 10 9 8 Tev., Proaza Proaza 6 Proaza 4 Proaza Proaza 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Figura 11. Después de agrupar todas las muestras que presentan idéntica información genética para sus 8 marcadores nucleares, hemos registrado 19 genotipos diferentes, en las 161 muestras asturianas. Los genotipos que van del 8-12, solo se han localizado en el material utilizado como control. Los números que identifican cada genotipo (eje horizontal), dependen de la ordenación de las muestras, y no de la proximidad genética entre los individuos. En las columnas se disponen todos los ejemplares que comparten genotipo (presentan los mismos alelos para esos 8 marcadores nucleares) identificados por un nº oso/osa, designado según el orden de aparición en el muestreo. 16 FAPAS La explicación por la que algunos genotipos solo están presentes en algunas hembras (serían hijas de machos que no están permanentemente en el territorio) o algunos machos (círculo azul), debe encontrarse en los desplazamientos que los ejemplares hacen durante la época de celo, lo que pone de manifiesto la existencia de flujo genético entre núcleos reproductores. Resultados obtenidos con el ADN mitocondrial (HAPLOTIPOS) HAPLOTIPOS DE MACHOS SEGÚN ZONAS 43, Proaza 22, Somiedo 21, Proaza 20, Teverga 19,Teverga 18, Belmonte 17, Teverga 16, Proaza 15,Teverga 14, Teverga 13, Somiedo 12, Somiedo 11, Somiedo MACHO Nº 10, Teverga Proaza 9, Proaza 8, Proaza 7, Teverga 5, Proaza 3, Proaza 1 6, Proaza 4, Proaza 2, Proaza S. Adriano 1, Som.-ProazaTeverga 2 3 4 5 6 7 Figura 12. En los machos se han registrado 6 linajes maternos, distribuidos de forma diferente según zonas, identificados por los números que aparecen en el eje horizontal. HAPLOTIPOS DE HEMBRAS SEGUN ZONAS 44, Teverga 42, Somiedo 41, Proaza 40, Proaza 39, Quirós 38, Teverga 37, Proaza 36, Tineo 35, Somiedo 34, Somiedo 33, Somiedo 32, Proaza 31, Proaza 30, Proaza 29, Proaza 28, Proaza 27, Proaza 26, Proaza 1 HEMBRA Nº 25, Teverga 24, Proaza Teverga 2 3 23, Proaza 4 5 6 7 Figura 13. En las hembras se han registrado 7 linajes maternos, distribuidos de forma diferente según zonas, identificados por los números que aparecen en el eje horizontal. El haplotipo 4 solo está presente en la única muestra recolectada en Tineo que pertenece a una hembra. 17 FAPAS Conclusiones. Todos los linajes se han localizado tanto en machos como en hembras, exceptuando el haplotipo 4 presente en Tineo que pertenece a una sola hembra (aunque es la única muestra analizada en esa zona). Los haplotipos 1 y 6 solo aparecen en Proaza. El haplotipo 2 solo aparece en Somiedo. El haplotipo 3 está presente en Proaza y Teverga. El haplotipo 5 aparece en todas las zonas, incluido las muestras patrón de Palencia y León. El haplotipo 7 solo aparece en Teverga-Quirós. La presencia de 19 genotipos y 7 haplotipos en la población muestreada, pone de manifiesto la recuperación de la población de Proaza, Teverga y concejos limítrofes a partir de sus propios efectivos y de ejemplares procedentes de poblaciones vecinas. En el territorio no existen barreras geográficas que hayan impedido el flujo genético entre diferentes núcleos reproductores, pero si una elevada mortalidad debido a factores humanos (persecución directa, lazos, veneno, pérdida de calidad de hábitat), que hicieron que el número de osos disminuyese drásticamente en el territorio, hasta llegar prácticamente a su extinción. 18 FAPAS APLICACIONES o IDENTIFICACION GENÉTICA INDIVIDUAL. “Probabilidad de identidad” (PID). Para que la individualización sea fiable, es preciso analizar un número suficiente de loci con diferentes marcadores (microsatélites polimórficos) para que la probabilidad de que dos individuos compartan el mismo perfil genético, sea muy baja (por ejemplo PID < 0.01). Por eso, antes de llevar a cabo cualquier estudio, es necesario calcular la probabilidad de identidad de la batería de marcadores microsatélites seleccionada. En nuestro caso, la probabilidad de identidad total fue de 5,87 x10 -11 y la probabilidad de identificación para hermanos de 4,36 x 10-5 (se espera que por azar tan solo 4,36 animales de cada 100.000 hermanos tengan un mismo genotipo). Por tanto, la PID-sibs se encuentra muy por debajo del umbral de 0.01 necesario para prevenir el efecto sombra (la presencia de dos o más individuos con el mismo genotipo multilocus), lo que significa que los genotipos idénticos observados, corresponden a recapturas del mismo ejemplar, con una alta probabilidad. Pero además, a los genotipos que nos dan los 8 microsatélites estudiados, debemos añadir los valores del sexo que son identificativos al 100%, y los haplotipos obtenidos al analizar el DNA mitocondrial, por lo que la probabilidad de identificación entre hermanos aumenta; y con ello, la fiabilidad en la individualización de ejemplares. Agrupando todas aquellas muestras que presentan idéntica información genética tanto para los marcadores moleculares nucleares (microsatélites), como en su ADN mitocondrial, se ha identificado un mínimo de 44 ejemplares diferentes dentro de la población muestreada. En los machos se han producido 16 recapturas, y 11 en las hembras. Eso no quiere decir (sobre todo los machos) que los 44 individuos estén permanentemente en el territorio. Nº DE RECAPTURAS EN MACHOS Y HEMBRAS 10 7 8 2 1 2 22 3 3 1 4 Nº DE MACHOS 22 5 1 6 11 7 1 8 1 Nº DE HEMBRAS 48 Nº DE RECAPTURAS Figura 14. La gráfica representa la cantidad de hembras y machos individualizados (eje vertical), en función del número de veces que fueron localizados en el territorio (recapturas), reflejado en el eje horizontal. 19 FAPAS Una vez más, el tipo de muestreo ha resultado más efectivo a la hora de localizar a los machos. Hay que tener en cuenta que se da un mayor número de repeticiones, cuando las muestras son recolectadas el mismo día, durante el mismo recorrido, o en áreas muy cercanas, lo que pone de manifiesto la gran movilidad de la especie; sobre todo en territorios tan próximos como estos. Aún así, podemos destacar al macho identificado con el nº 1, que fue localizado 48 veces, entre los años 2007 y 2012, tanto en Somiedo como en Proaza. Entre las hembras, la osa nº 27 es la que presenta mayor número de recapturas, con 6 localizaciones en Proaza, entre los años 2008 y 2009, ya que 3 de las localizaciones de osa nº26 (con 7 recapturas) tuvieron lugar en el mismo recorrido. MACHOS DIFERENTES IDENTIFICADOS SEGÚN AÑOS 2013 2012 1 43 2011 7 2010 2009 1 2 3 2008 1 2 3 4 5 6 7 2007 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 19 20 21 16 11 12 13 18 22 2006 Figura 15. Hay 23 machos diferentes, ya que muchas de las muestras pertenecen al mismo animal con una alta probabilidad. En la figura aparece representado cada ejemplar identificado por su número (eje horizontal), y los años en los que fue localizado en el territorio (eje vertical). HEMBRAS DIFERENTES IDENTIFICADAS SEGÚN AÑOS 2013 2012 44 2011 30 2010 2009 24 2008 2007 26 27 29 30 31 32 37 38 39 40 41 42 26 27 28 29 30 23 24 25 33 34 35 36 2006 Figura 16. Hay 21 hembras diferentes, ya que muchas de las muestras pertenecen al mismo animal con una alta probabilidad. En la figura aparece representado cada ejemplar identificado por su número (eje horizontal), y los años en los que fue localizado en el territorio (eje vertical). 20 FAPAS o ESTIMA DE LA VARIABILIDAD GENÉTICA DE LA POBLACIÓN. Método. Para conocer la variabilidad genética dentro de la población de osos asturianos, se han calculado los siguientes parámetros, para cada uno de los 8 loci estudiados. Nº de muestras analizadas. Nº de alelos por locus Nº de individuos heterocigotos (alelos de diferente longitud procedentes del padre y de la madre para ese microsatélite). Nº de individuos homocigotos (los que han recibido alelos idénticos del padre y de la madre, para ese microsatélite). Frecuencias génicas para cada uno de los alelos de cada locus Un loci es polimórfico si el alelo más común no supera la frecuencia de 0,90. De esta forma, al analizar más individuos podrán encontrarse nuevas variantes, pero la proporción de loci polimórficos no cambiará. Para que una secuencia sea un buen marcador no basta con que existan varios alelos; también es necesario que todas esas variaciones posibles estén bien distribuidas en la población. Si hubiera alelos con una frecuencia muy alta, la probabilidad de que dos individuos puedan presentar la misma forma del gen será también alta. Este hecho está directamente relacionado con la tasa de heterocigosidad. La Heterocigosidad es la medida de la diversidad genética más utilizada. Vendría dada por la proporción de loci heterocigóticos por individuo observada (Ho) y la esperada (He), en una población con cruzamientos al azar. Estos parámetros dependen de de la proporción de alelos polimórficos, el número de alelos por locus, y sus frecuencias alélicas. Una tasa alta de heterocigosidad indica que esa secuencia concreta, posee un alto porcentaje de polimorfismo, y que todas las formas posibles de esa secuencia, o la gran mayoría, presentan frecuencias significativas en esa población. “Coeficiente de endogamia o de FIS”, mide la reducción en la heterocigosidad de un individuo, debido a la existencia de cruzamientos no al azar (déficit de heterocigotos). El valor de Fis oscila entre -1 y 1. Cuando el valor es negativo o muy bajo (< 0,05), no hay consanguinidad porque hay un exceso de individuos heterocigotos y una gran variabilidad genética. El valor de PIC (contenido de información polimórfica), permite evaluar la utilidad del marcador molecular utilizado (en este caso del microsatélite), para analizar esa población. Su valor depende del nº de alelos, y la distribución de sus frecuencias. PIC>0.5 se considera muy informativo, entre 0.25 y 0.5 medianamente informativo, y valores de PIC <0.25 poco informativo. 21 FAPAS Locus MU51 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Alelo 115 0,1512 Frecuencia génica Alelo 119 0,4186 Alelo 121 0,4302 Figura 17. 27 individuos heterocigotos, 16 homocigotos Frecuencia de alelos nulos: -0,0035 Valor de PIC: 0,535. Valores de Fis: -0,0179 Locus MU23 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Frecuencia génica Alelo 151 0,1395 Alelo 153 0,2558 Alelo 159 0,6047 Figura 18. 24 individuos heterocigotos, 19 homocigotos Frecuencia de alelos nulos: 0,0120 Valor de PIC: 0,485 Valores de Fis: -0,0156 22 FAPAS Locus G10X 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Alelo 158 0,0814 Frecuencia génica Alelo 164 0,0814 Alelo 168 0,8372 Figura 19. 14 individuos heterocigotos, 29 homocigotos Frecuencia de alelos nulos: -0,0814 Valor de PIC: 0,267 Valores de Fis: -0,0139 Locus G1A 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Frecuencia génica Alelo 182 0,0116 Alelo 188 0,6279 Alelo 190 0,3605 Figura 20. 28 individuos heterocigotos, 15 homocigotos Frecuencia de alelos nulos: -0,1597 Valor de PIC: 0,373 Valores de Fis: -0,3689 23 FAPAS Locus G10P 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Frecuencia génica Alelo 130 0,814 Alelo 144 0,1163 Alelo 146 0,0698 Figura 21. 16 individuos heterocigotos, 27 homocigotos Frecuencia de alelos nulos: -0,0952 Valor de PIC: 0,295 Valores de Fis: -0,1661 Locus MU10 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Frecuencia génica Alelo 120 0,0732 Alelo 134 0,9268 Figura 22. 6 individuos heterocigotos, 35 homocigotos Frecuencia de alelos nulos: -0,0296 Valor de PIC: 0,126 Valores de Fis: -0,0789 24 FAPAS Locus MU09 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Frecuencia génica Alelo 123 0,1512 Alelo 141 0,4186 Alelo 145 0,4302 Alelo 149 0,2442 Figura 23. 30 individuos heterocigotos, 13 homocigotos Frecuencia de alelos nulos: -0,0694 Valor de PIC: 0,546 Valores de Fis: -0,1663 Locus MU05 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Alelo Alelo Alelo Alelo Alelo 172 174 176 188 190 Frecuencia génica 0,0116 0,3721 0,1163 0,0116 0,4884 Figura 24. 19 individuos heterocigotos, 24 homocigotos Frecuencia de alelos nulos: 0,1808 Valor de PIC: 0,533 Valores de Fis: 0,2746 25 FAPAS PROPORCIÓN DE ALELOS IDENTIFICADOS 1 0,9 FRECUENCIAS ALELICAS 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 MU51 MU23 G10X G1A G10P MU10 MU09 MU05 LOCI ESTUDIADOS Figura 25. En la gráfica están representados el número de alelos identificados para cada LOCI (barras de colores), en función de sus frecuencias alélicas. Tan solo MU10 presenta un alelo con una frecuencia mayor del 90%, lo que indica que ese locus no es polimórfico para la población de osos estudiada. Resultados. Analizando los resultados obtenidos en cada locus, vamos a ver que hay diferencias en cuanto la número de alelos y sus frecuencias, a la proporción de individuos heterocigotos, y a la fiabilidad de cada microsatélite como informador. Antecedentes. Con el fin de saber si los factores de erosión genética achacados a la población oriental (Rey et al., 2000), también estaban presentes en el núcleo occidental, el CSIC en un convenio de colaboración con el Principado de Asturias, emprende un estudio genético para valorar la variabilidad genética de la población, y si ésta es la adecuada para garantizar su conservación (Garitagoitia, Alda Pons, Doadrio, 2004). Para llevar a cabo el mencionado estudio, se colectan 909 muestras biológicas (234 de pelo y 675 de heces) en los concejos de Ibias, Degaña, Allande, Cangas de Narcea, Tineo, Somiedo, Belmonte, Teverga, Grado, Quirós, Morcín, Lena, Yernes y Tameza (1745,5 km2 de territorio, pertenecientes al núcleo occidental), además de Amieva y Ponga en el núcleo oriental, consiguiendo abarcar la práctica totalidad del areal osero comprendida en el Principado de Asturias. Se obtuvo una extracción positiva en 294 de las muestras (% de éxito del 43,5 en heces, y 52,5 en pelo). Se utilizaron 11 microsatélites polimórficos (4 comunes con nuestro estudio), y ninguna secuencia de ADN mitocondrial, identificándose 92 ejemplares diferentes entre los años 2002 y 2003: 87 en el núcleo occidental y 5 en la oriental, siendo la mejor zona estudiada, la perteneciente al concejo de Somiedo, con 16 osos individualizados. Para llevar a cabo el análisis de la variabilidad genética, solo se tuvo en cuenta la población occidental, ya que el escaso tamaño muestral de la oriental, no lo hizo posible. 26 FAPAS En el conjunto de microsatélites estudiados, se obtuvo un valor Probabilidad de identificación Pi de 1,26x10-3 (la probabilidad de que 2 individuos tuvieran el mismo genotipo sería de 1 entre 1000), más favorable que el de estudios anteriores. Para el total de las muestras estudiadas, se encontraron 37 repeticiones, en algún genotipo hallado anteriormente, pertenecientes a 23 ejemplares individualizados en sitios distintos, destacando un oso encontrado en Somiedo (16/06/02), Belmonte (27/11/02), Teverga (15/06/03) y de nuevo en Somiedo (07/07/03). Es importante destacar que en los términos de Teverga y Proaza, se recogieron 23 excrementos (14 y 9 respectivamente), individualizándose un único ejemplar macho en el 2003, que como ya dijimos se había localizado con anterioridad en Somiedo y Belmonte, haciéndose hincapié en la baja densidad existente en estas zonas, y su importancia a la hora de restablecer la conexión entre las dos subpoblaciones (oriental y occidental). PARÁMETROS DE VARIABILIDAD GENÉTICA (Garitagoitia, Alda Pons, Doadrio, 2004) o Nº medio de Alelos por locus (A) 5 o % de Loci polimórficos (P) 100 o Heterocigosidad media observada (Ho) 0,49 o Heterocigosidad media esperada (He) 0.54 o Frecuencia de alelos nulos 0.037 En las muestras analizadas, el locus MU26 resultó ser monomórfico, por lo que fue desechado por los investigadores, mientras que otros loci (MU59, G10C, MU51, MU10 y G1A), presentaron un alelo con una frecuencia superior al 60%, siendo interpretado como un síntoma de fijación alélica. Para dichos autores, el bajo número de alelos encontrados, tomando como referencia otras poblaciones de oso pardo conocidas, también era consecuencia de la baja variabilidad genética existente en la población, que junto con el elevado grado de endogamia, pondría en serio peligro el futuro de los osos cantábricos, si no se llevaban a cabo medidas de conservación destinadas a poner en contacto los dos núcleos poblacionales, favoreciendo así el intercambio genético. Volviendo a nuestro estudio, vemos que las frecuencias genéticas son diferentes para cada alelo, dentro de cada locus. Hay alelos que presentan una frecuencia más alta, ya que prácticamente todos los individuos de la población analizada los poseen, al contrario de otros alelos del mismo locus que aparecen en pocos individuos (Figura 25). 27 FAPAS El locus M51 (figura 16), presenta un valor de Fis negativo, lo que indica que no hay consanguinidad, porque hay un exceso de individuos heterocigotos, y por lo tanto gran variabilidad genética. El valor de PIC es superior a 0.5, lo que hace que sea considerado como un microsatélite muy informativo. Este mismo locus fue analizado por el equipo de investigación de Doadrio, en toda la población occidental, obteniéndose 2 alelos comunes con los osos de Proaza y concejos limítrofes de nuestro estudio (alelos 119 y 121), pero con frecuencias muy diferentes a las nuestras. El valor de Fis para dicho alelo fue mayor de 0.5 (0.0789), por lo que indica menores valores de diversidad genética para el grueso de la población en el 2003. El locus M23 (figura 17) tiene un valor de Fis por debajo de 0 (-0.156), y PIC muy próximo a 0,5 (0,485) por lo que su nivel de información es de tipo medio. Este microsatélite también fue utilizado en nuestro estudio de referencia (Garitagoitia, Alda Pons, Doadrio, 2004), obteniéndose un solo alelo común con la población de Proaza (alelo 151), pero con una frecuencia muy diferente a las nuestras, estando nuevamente sus valores de Fis, por encima de 0,5 (0,0766). El locus G10X (figura 18) fue desechado por el equipo de Doadrio, ya que no consiguieron amplificarlo en la población de estudio. Nosotros obtuvimos 3 alelos diferentes, siendo el alelo 168 el más frecuente, pero sin llegar al 90%. Aún así, el valor de Fis continúa siendo negativo (-0,0139) y el de PIC por encima de 0,25 (0,267), lo que quiere decir que no hay consanguinidad para ese locus, y que el Microsatélite es medianamente informativo. El locus GA1 (figura 19) fue utilizado en ambos estudios, pero los 3 alelos obtenidos no son comunes. Nuestro valor de Fis continúa siendo negativo (-0,3689), frente al de ellos que está por encima de 0,5 (0,0954). La información ofrecida por este microsatélite también es de tipo medio. El locus G10P (figura 20) posee 3 alelos (el alelo 130 es el más abundante, pero no llega al 90%). El microsatélite es medianamente informativo, y con un valor de Fis negativo (-0,1661). El locus MU10 (figura 21) se empleó en los dos estudios, obteniéndose alelos diferentes (2 para Proaza, y 3 para todo el núcleo occidental). Para nosotros es un loci no polimórfico ya que la frecuencia génica del alelo 134 es 0,9268, y por lo tanto resulta poco informativo, aunque su valor de Fis sigue siendo negativo. Lo comparten el 92% de los osos muestreados, lo que parece indicar un origen común. El locus MU09 (figura 22) presenta un elevado grado de información (valor de PIC por encima de 0,5), Fis negativo (-0,1663) y 4 alelos. Por último MU05 (figura 23), con 5 alelos, es el único locus con valor de Fis positivo, aunque por debajo de 0,5 (0,2746), lo que sigue indicando que no hay consanguinidad. En resumen, todos nuestros microsatélites tienen valores de PIC por encima o próximos a 0.5, exceptuando el MU10, lo que se traduce en un valor informativo bueno o medio. Todos ellos tienen un valor de Fis negativo, o por debajo de 0,5, lo que quiere decir que no existe deficiencia de heterocigotos para los loci estudiados. Aquellos locus empleados en los dos estudios, presentan mayoritariamente alelos diferentes, y los que son compartidos, poseen frecuencias muy distintas en las dos poblaciones, existiendo mayores valores de diversidad genética, en la población de Proaza y concejos limítrofes que en todo el núcleo occidental para el año en el que fue muestreado. 28 FAPAS El valor medio de Fis en la población de Proaza y concejos limítrofes, para los 8 marcadores genéticos utilizados es -0,05255. Se trata de un valor muy bajo, y además negativo, lo que indica que en los osos estudiados no hay consanguinidad. PARÁMETROS DE VARIABILIDAD GENÉTICA (Proaza, concejos limítrofes, FAPAS 2009-13) o Nº medio de Alelos por locus (A) 3,25 o % de Loci polimórficos (P) 87,5 o Heterocigosidad media observada (Ho) 0,4776 o Heterocigosidad media esperada (He) 0,4487 Figura 26. Es interesante destacar que el valor medio de la heterocigosidad media observada, supere a la esperada, indicativo de que no existe déficit de heterocigotos, y por lo tanto, buena variabilidad genética en la población muestreada. o DISTANCIAS GENÉTICAS. Podemos decir que cuanto más parecidas sean las frecuencias génicas de dos individuos, el grado de diferencia genética entre ellos debe de ser menor. Pero ya que un único locus proporcionaría una información muy limitada sobre las afinidades entre poblaciones, se utilizan varios loci o sistemas genéticos. Con objeto de procesar la información obtenida, se han desarrollado una serie de parámetros matemáticos (Índices de distancia genética) que permiten combinar las frecuencias alélicas de todos los sistemas genéticos en una sola medida, que refleja las diferencias existentes entre dos individuos. Las medidas empleadas de distancia genética, son las de Nei (1972), y permiten representar la posición de cada animal, con respecto al resto de la población. MUESTRAS PATRON UA FECHA LOCALIDAD SEXO COMENTARIOS (Identificador) UA1 1988 PALENCIA MACHO “El Rubio” UA2 1992 LEON MACHO “Lázaro” UA87 2010 SEPRONA MACHO Falange y uña UA207 2010 PALENCIA HEMBRA UA208 2010 PALENCIA HEMBRA UA209 2012 SEPRONA -----Oso disecado UA210 2012 SEPRONA ------Oso disecado UA220 2011 PALENCIA HEMBRA UA222 2011 ASTURIAS HEMBRA Tola (1989) UA223 2011 PALENCIA HEMBRA “La Güela” (1987) UA225 2012 LEON HEMBRA Figura 27. Para comparar distancias génicas, hemos incluido muestras de otras procedencias que nos han servido como PATRÓN. Las muestras UA1, UA2, UA207, UA208, UA220, UA223 y UA225 pertenecen al núcleo oriental. Las muestras aportadas por la Guardia Civil, son de osos del norte de Europa (UA87, UA209, UA210). 29 FAPAS REPRESENTACIÓN EN 3 DIMENSIONES DISTANCIAS GENÉTICAS ENTRE LOS OSOS ANALIZADOS Figura 28. En esta imagen están representados todos los osos del núcleo oriental, y 2 de las muestras aportadas por el SEPRONA (UA209 y UA 210) Las muestras de la Guardia Civil, están muy alejadas del resto, y además sus genotipos y haplotipos no aparecen en ninguno de nuestros osos. Proceden de osos disecados, y los restos de una falange y uña facilitados por el SEPRONA. Curiosamente, aunque UA209 y UA210 provienen del mismo registro, hay más proximidad genética entre UA87 (falange) y UA209. El resto de las muestras son del núcleo oriental de la población cantábrica (montaña palentina, Cantabria y León). “El Rubio” era un macho adulto abatido durante una cacería ilegal, en el año 1988, en Fuentes Carrionas (Palencia), y Lázaro otro macho de unos 20 años, que fue localizado herido en Riaño (León), en 1992. Este fue el destino final del pobre Rubio: de macho dominante, compitiendo con el oso Salsero por las hembras de la zona, a terminar en el basurero de Brañosera, entre somieres viejos y lavadoras, ante la desidia de la Junta de Castilla y León que después de más de 20 años, sigue practicando la misma política en la conservación del oso pardo 30 FAPAS En la imagen anterior puede verse como Lázaro no forma parte de la población oriental, a pesar de haber sido localizado en Riaño, lo que indica que la comunicación entre las dos poblaciones siempre ha existido. Dentro de los osos de la población oriental, podríamos establecer 3 grupos diferentes, en función de las distancias genéticas, y el año en el que fueron recogidas las muestras. 1. 2. 3. UA1 (El Rubio): un macho de unos 19 años en 1988 que representa la generación más antigua de todas las muestras analizadas en el núcleo oriental. UA225 (León) y UA208 (Palencia) que son muestras de pelo recogidas en el 2012 y 2010 respectivamente. UA207, UA220 (muestras recogidas en los años 2010 y 2011, en la montaña palentina), y UA223 “la Güela”; la osa que padeció el cautiverio de Cabárceno, proveniente de Palencia, y nacida en torno a 1987. Figura 29. En la imagen tridimensional están incluidos los osos asturianos, para ver que distancias mantienen con los osos del norte de Europa, y las muestras procedentes del núcleo oriental. Como podemos ver en esta nueva imagen, al añadir las muestras asturianas se producen algunos cambios. o o Las muestras aportadas por la Guardia Civil, siguen siendo las más alejadas, existiendo mayor proximidad entre UA87 y UA209. Lázaro (UA2) aparece separado de la población asturiana, y también de las muestras del núcleo oriental. Hay que tener en cuenta que todo el material biológico de procedencia asturiana han sido recogido en una zona muy concreta del núcleo occidental, de unos 500 km2 de superficie (principalmente en el concejo de Proaza). 31 FAPAS o Al incluir las muestras asturianas, el grupo de la Güela (UA207, UA220, UA223) se aproxima al Rubio, y el de la hembra de León (UA225, UA208), se mezcla con las muestras asturianas. Antecedentes. Entre los años 1995 y 2000, se llevaron a cabo estudios genéticos, con el fin de individualizar todos los ejemplares de la población oriental, además de determinar su variabilidad genética, y el grado de parentesco con la población occidental (Rey et al. 2000). A partir de un total de 1136 muestras recogidas, se individualizaron 22 osos diferentes (7 hembras y 15 machos). Además, se analizaron muestras del núcleo occidental que sirvieron para comparar las dos poblaciones. Del citado estudio se desprende que los dos núcleos cantábricos llevan aislados genéticamente, desde principios del siglo XX. La población oriental muestra un número medio de alelos menor que la occidental; existen alelos comunes para las dos poblaciones, pero con frecuencias muy diferentes, y también alelos propios de cada una de ellas, por lo que la variabilidad aumentaría considerablemente si las dos poblaciones entrasen en contacto. Otro de los parámetros analizados, es la heterocigosidad cuyo valor medio también respalda la baja variabilidad de la población. Las conclusiones a las que llega el citado estudio, es que debido a la baja variabilidad genética, la baja productividad observada, la descompensación en el sex-ratio a favor de los machos, y el bajo número de individuos, la población no puede ser viable a largo plazo, si no existe comunicación entre los dos núcleos. Reproducción en el núcleo oriental 6 5 4 3 2 1 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 osas reproductoras 1 2 1 3 2 3 3 3 2 3 3 2 3 crias del año 1 3 2 5 3 6 5 5 3 4 3 2 5 Figura 30. Osas con crías del año, localizadas en la montaña oriental leonesa, Cantabria y la Montaña palentina, entre los años 2000 y 2012. Estudios anteriores al trabajo genético, estiman la población oriental en 13-20 ejemplares (Clevenger y Purroy, 1991), 20-25 ejemplares (Palomero et al 1993), y 30 ejemplares en la actualidad (J. C y L, FOP. 2011). Teniendo en cuenta que ya han pasado 12 años desde que el citado informe anunciase la inviabilidad del núcleo oriental, y que número de osas reproductoras localizadas en el 2012, para una superficie de 2.480 km2, 32 FAPAS es inferior al de la zona de Proaza y concejos limítrofes para ese mismo año (484 km 2), ¿Cómo es posible que el núcleo oriental todavía no se haya extinguido? Después de analizar los resultados obtenidos con las muestras patrón, pensamos que nuestro trabajo avala la siguiente hipótesis: si al bajo tamaño poblacional y a los problemas genéticos, añadimos la elevada mortalidad achacada a factores humanos que todavía sigue existiendo en Castilla y León, solo podemos entender la supervivencia de la especie, a costa de la recolonización de nuevos ejemplares. Esto hace que el núcleo oriental se encuentre estancado en un permanente “cuello de botella” causado por una frecuente extinción y recolonización de las poblaciones vecinas. Figura 31. Representación espacial de todos los osos asturianos, en función de las distancias genéticas. Los animales que tienen el mismo genotipo, presentan una distancia 0, pero eso no quiere decir que sean genéticamente idénticos, sino que poseen las mismas características genéticas para los 8 loci analizados. Aunque los osos asturianos se comportan como una población distinta al resto de los osos analizados, procedentes de otras localizaciones geográficas, entre ellos presentan buen grado de variabilidad. Por otro lado, la muestra recogida en la localidad leonesa de Cistierna (UA225) se encuentra más próxima genéticamente a los osos asturianos de Genotipo 1, que al resto de los osos del núcleo oriental. La muestra UA208 de la montaña palentina, mantiene menor distancia genética con los osos asturianos de Genotipo 6, que con el resto de los osos del núcleo oriental. Los análisis genéticos vuelven a poner de manifiesto, la existencia de comunicación entre las dos poblaciones (Doadrio, Garitagoitia, 2004), pero en este caso, sugieren que el núcleo oriental mantiene sus efectivos reproductores, a costa de nuevos ejemplares procedentes del núcleo occidental. 33 FAPAS o GENÉTICA DE POBLACIONES. El efecto que provoca la Deriva Genética en las poblaciones, es que elimina la variabilidad. No obstante, las poblaciones naturales conservan su variación genética. Esto es debido a que los alelos eliminados por la deriva, son compensados a su vez por las mutaciones. El estudio de la interacción entre ambos parámetros, constituye la base de la genética molecular. Los efectos de la deriva se acentúan en poblaciones de pequeño tamaño, y dan lugar a cambios que no siempre tienen que ver con la adaptación. Resultados obtenidos a partir de los análisis del ADN mitocondrial. Método. Los resultados obtenidos a partir del análisis del ADN mitocondrial, se han analizado mediante diferentes programas específicos de Genética de Poblaciones. Los índices de variación nucleotídica, estructura haplotípica y test de neutralidad, fueron calculados usando ADNsp 4.0 (Rozas et al., 2003). El programa MEGA 5.0 fue utilizado para calcular la matriz de distancias entre poblaciones, y para construir árboles filogenéticos Neighbour Joining, utilizando métodos de muestreo “boostrap”. El cálculo del estadístico Fst, así como la distribución de la variabilidad total encontrada entre poblaciones, se calculó usando el programa GENETIX. Network versión 4.1.1.2 se utilizó para establecer conexiones en red entre los haplotipos de la población analizada. Resultados. En el siguiente estudio se han podido describir 7 haplotipos distintos para la población asturiana, con un total de 552 posiciones alineadas y analizadas. Diversidad haplotípica (Hd) Varianza Diversidad nucleotídica (Π) 0,609 0,00469 0,22971 Nivel de subdivisión materno alto. Baja Desde una perspectiva estricta de genética de poblaciones, la hipótesis que puede explicar la baja diversidad nucleotídica, es un “Cuello de botella” reciente (restricción de tamaño, a partir de la cual se origina una nueva población desde un número reducido de fundadores o colonos). Test de neutralidad o test Tajima’s (D) No significativa (P>0.10) 1,35543 Test de Fu and Li’s D Significativa (P<0.02) Test de Fu and Li’s F Significativa (P<0.02) 1,97747 2,09002 Evolución neutra, al azar, de una generación a otra. La variabilidad en el ADN respecto a estos marcadores, no afecta a la evolución. Expansión demográfica, muy sensible a la selección natural. Expansión demográfica, muy sensible a la selección natural. Que D y F de Fu and Li, sean significativos está expresando una expansión demográfica, pero a la vez indican que la población es muy sensible a cualquier variación que ésta pueda experimentar por selección. 34 FAPAS Con todos los datos técnicos, se han podido determinar 7 agrupaciones genéticas diversas, lo que puede considerarse como 7 orígenes distintos, indicando a su vez una amplia variabilidad genética entre los individuos estudiados, siendo las diferencias genéticas debidas a las diferencias entre los individuos que entre subpoblaciones o agrupaciones. HIPÒTESIS DE CRECIMIENTO/REGRESIÓN. Figura 32. Las líneas discontinuas corresponden a la distribución de la población asturiana muestreada, y la línea continua, al modelo de crecimiento/regresión, al que nuestros osos se ajustan perfectamente. Conclusiones En el análisis filogenético, (árbol filogenético Neighborg-Joining), el árbol de distancia entre los haplotipos reveló el agrupamiento de los mismos. La diversidad haplotípica relativamente alta, valores de diversidad nucleotídica bajos, valores significativos de Fu and Li, y el agrupamiento de los haplotipos, podrían estar indicando que ha habido una expansión poblacional relativamente reciente, con una situación actual muy sensible a la selección, por lo que cualquier alteración humana podría repercutir de forma negativa en la población. 35 FAPAS RESULTADOS FINALES Para llevar a cabo el presente estudio genético, se ha elegido la zona central de Asturias (Proaza y concejos limítrofes), con reproducción escasa o nula entre los años 1997-2004, y una posición estratégica, en los límites de distribución de la especie en la Cordillera Cantábrica. En total se recolectaron 227 muestras de material biológico (pelos y heces), de diferente procedencia, antigüedad y año de muestreo: o o o 13 muestras de pelo utilizadas como control, de distinto origen geográfico al de la población estudiada (osos centroeuropeos, y del núcleo oriental cantábrico). 208 muestras de pelo de la población asturiana. 6 excrementos de diferente contenido y antigüedad, procedentes también de la zona central de Asturias. Todo el material biológico fue recogido a través de la red de itinerarios de muestreo (figura 3), dando prioridad a las muestras más recientes, o que pudiesen relacionarse con datos biométricos y de fototrampeo. De las 214 muestras de pelo analizadas en Asturias, 168 pertenecen al núcleo reproductor osero del valle del Trubia: una superficie de 484 km2 repartidos por los concejos de Proaza, Quirós, Teverga, Santo Adriano y Oviedo, con escasa información en estudios genéticos anteriores (Garitagoitia, Alda Pons, Doadrio, 2004). Las 46 muestras restantes proceden de los concejos limítrofes de Somiedo, Belmonte y Tineo, con reproducción constante a lo largo de todos estos años, y fueron analizadas con el fin de conocer si existía flujo genético entre ambos núcleos reproductores. Además del sexaje de las muestras, en el estudio se han empleado 8 marcadores nucleares utilizados habitualmente en los estudios genéticos de oso pardo, tanto por su gran variabilidad entre los individuos, como por el elevado número de alelos que presentan. El tercer tipo de marcador utilizado, ha sido la región D-Loop del DNA mitocondrial. El rendimiento en la extracción del DNA, par las muestras de pelo recogidas en Asturias fue del 78% (52,5% en el trabajo de Doadrio), siendo los resultados negativos producto de la contaminación ambiental, o debido a la escasez de DNA presente en la muestra. El rendimiento para los únicos 6 excrementos analizados fue nulo, por lo que la recolección de este tipo de material biológico fue desestimada al inicio del estudio, tanto por la falta de resultados obtenidos, como por la mayor dificultad que suponía, el envío y conservación de las muestras. De las 161 muestras analizadas en Asturias con resultado positivo, 107 pertenecen a machos, y las 55 restantes a hembras. El fuerte sesgo a favor de los machos, queda justificado por la mayor movilidad de estos últimos que hace que se localicen con mayor facilidad en el territorio. El volumen de muestras más representativo en cuanto a número, pertenece al 2009; año en el que la proporción de machos identificados, supera en más del doble al de las hembras, cumpliéndose otra vez, los patrones de ocupación típicos de la especie (figura 8). 36 FAPAS Si agrupamos las muestras en función del mes en el que fueron recolectadas, vemos que la variación de sexos vuelve a quedar justificada por el patrón social y el comportamiento de la especie, perfectamente adaptado a los ritmos de producción del bosque cantábrico (figura 9). Reuniendo todas aquellas muestras que presentan idéntica información genética para todos los marcadores moleculares seleccionados (microsatélites y DNA mitocondrial), se han identificado un mínimo de 44 ejemplares diferentes en la población asturiana: 23 machos y 21 hembras. Además, gracias a las recapturas (16 machos y 12 hembras), podemos conocer sus movimientos de campeo en el territorio (figuras 14 y 15). A la hora de comparar distancias genéticas, establecidas en base a las similitudes o diferencias entre su ADN nuclear, hemos incluido muestras de otras procedencias que nos han servido como patrón: Todas las muestras pertenecientes al núcleo oriental, podrían organizarse en 3 grupos, establecidos en base a la información genética, y la fecha de recogida del material (figura 18), sin olvidar que el oso “Lázaro” procede del núcleo occidental, aunque de una población distinta a la estudiada (recordemos que todas nuestras muestras han sido colectadas en una zona geográfica muy concreta del área de distribución del oso pardo). 1. El oso “Rubio” pertenece al núcleo oriental, pero su información genética es diferente a la del resto de los osos muestreados. Sería una muestra muy antigua, ya que cuando el ejemplar fue abatido en 1988, ya tendría unos 18 años. 2. En el siguiente grupo estarían dos hembras de la montaña palentina (años 2010 y 2011) próximas a “la Güela”; una osa de unos 25 años de edad que acabó sus días confinada en el zoo de Cabárceno, en unas condiciones indignas para la especie. 3. Al grupo más interesante pertenecen dos hembras del 2010 y 2012, recogidas en Palencia y León respectivamente, más cercanas genéticamente a los osos asturianos, que al resto de las osas del núcleo oriental (la muestra recogida en la localidad leonesa de Cistierna se incluye dentro de los osos asturianos de genotipo 1, y la muestra palentina se encuentra próxima a los de genotipo 6), lo que pone de manifiesto, una vez más, el intercambio genético entre las dos poblaciones. Aunque los osos asturianos muestreados, se comportan como una población distinta al resto de los osos analizados, entre ellos presentan gran variabilidad, ya que se han identificado 19 genotipos diferentes (ADN nuclear), y 7 haplotipos (ADN mitocondrial), (figura 31). La presencia de 7 haplotipos diferentes, indica un grado de subdivisión materno alto. Hay una amplia variabilidad genética, y la diferencia entre ejemplares se debe más a las características propias de cada individuo, que a la existencia de subpoblaciones. El valor de Fis es -0,05255 (negativo), lo que indica que en la población asturiana de osos estudiados, no hay consanguinidad. El test de neutralidad o test Tajima’s revela una evolución neutra, en la que el polimorfismo obtenido no tiene efectos evolutivos. Esto quiere decir que su frecuencia en la población fluctúa al azar de una generación a otra. 37 FAPAS Los valores obtenidos en el test de Fu and Li’s D son significativos; indican una expansión demográfica y señalan que esta población está siendo muy sensible a cualquier modificación. En el análisis filogenético, el árbol de distancia entre los haplotipos reveló el agrupamiento de los mismos (Neighborg-Joining). La diversidad haplotípica relativamente alta, valores de diversidad nucleotídica bajos, el valor negativo del test de Tajima’s, y el agrupamiento de los haplotipos, podría indicar que ha habido una expansión poblacional relativamente reciente, a partir de un número reducido de fundadores o colonos, por lo que su situación actual es muy sensible a la selección. DISCUSION. Según la información genética aportada por el siguiente estudio, elaborada por el laboratorio de citogenética y genética molecular de la Universidad de Zaragoza, la situación de los osos de Proaza y concejos limítrofes es de una notable calidad genética, sin consanguinidad, gran variabilidad, y un número de hembras suficientes para que la población se mantenga por sí sola. La especie, en este área concreta del Principado de Asturias, con al menos 44 osos individualizados, está en expansión, y probablemente haya sufrido ese crecimiento poblacional en estos últimos años, a partir de una situación de “cuello de botella”, por lo que en estos momentos es muy sensible a la selección, lo que traducido a términos demográficos quiere decir que cualquier tipo de impacto negativo en la población (pérdida de calidad de hábitat, molestias humanas, furtivismo, nuevas infraestructuras…) podría invertir la evolución de la misma, provocando su regresión. Interpretación de los resultados Hemos comenzado este informe, hablando de la importancia de integrar los estudios genéticos en los Planes de conservación del oso pardo, como herramienta básica, a la hora de evaluar los resultados obtenidos en los mismos. Y por otro lado considerábamos como principal objetivo de nuestro estudio, al margen de consideraciones demográficas, poder conocer el origen y la viabilidad de un núcleo reproductor tan concreto como el de Proaza, por las siguientes razones: Se localiza en una zona marginal de la población occidental cantábrica. Como núcleo reproductor, se dio prácticamente por perdido a finales de los años 90. FAPAS ha trabajado de forma continuada en este areal osero localizado en la zona central de Asturias desde finales de los 90, intensificando los trabajos de conservación en dicha zona, a partir de 2004. Actualmente el núcleo reproductor asentado en Proaza y concejos limítrofes, no solo a recuperado sus efectivos reproductores, si no que está en expansión. A la hora de comprender mejor dichos planteamientos, debemos tener en cuenta que los anteriores estudios genéticos realizados en el núcleo oriental (año 2000), y en el occidental (2004), destacan la escasa variabilidad genética encontrada en la población de oso cantábrico en general, considerando inviables las dos poblaciones por separado, ya 38 FAPAS que a los graves problemas demográficos, habría que añadir la ausencia de intercambio genético, y al elevado grado de endogamia que presentan. Concretamente, el estudio del 2004 confirma la baja densidad de osos asentados en Proaza y concejos limítrofes ofrecida por los censos oficiales, y recalca el carácter estratégico de la misma (por su localización geográfica), a la hora de conseguir la comunicación entre las dos poblaciones. EVOLUCIÓN DEL Nº DE OSAS REPRODUCTORAS EN LA ZONA DE PROAZA Y CONCEJOS LIMÍTROFES ENTRE LOS AÑOS 2003-2012 (Información FAPAS, Censo Oficial de Osas con crías) OSAS REPRODUCTORAS 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 2003 2004 2005 2006 PROAZA SOMIEDO 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2003 0 2004 1 2005 0 2006 2 2007 1 2008 1 2009 3 2010 3 2011 4 2012 4 2 1 2 2 6 6 2 7 4 9 Figura 33. En la gráfica aparece la evolución demográfica del núcleo reproductor de la zona centro (Proaza y concejos limítrofes), relacionado con el de Somiedo y Belmonte (en expansión y muy próximo geográficamente). Aunque la población osera del valle del Trubia nunca llegó a desaparecer, los datos de reproducción se van haciendo cada vez más raros a finales del siglo pasado, sin que los esfuerzos de conservación, a nivel oficial, se intensifiquen en el territorio, dando prioridad a núcleos reproductores más estables como Somiedo o Cangas de Narcea que cuentan con alguna figura de protección. FAPAS es consciente de la importancia que puede tener la recuperación de una zona marginal como la de Proaza, en el futuro y viabilidad de la población cantábrica, así que a partir del 2004, incrementa los trabajos de estudio y conservación en la zona, precisamente en el momento que ese núcleo reproductor se da ya por perdido. Entre 2004 y 2012 se lleva a cabo un esfuerzo medio de campeo de 1490 kilómetros y 150 salidas de campo (con un mínimo de 921,2 kilómetros recorridos en el 2004 y un máximo de 2.018 en el 2012), recogiendo de forma sistemática, toda aquella información que ponga de manifiesto la presencia del oso en el territorio. Sirva como referencia que 11 técnicos de la Junta de Castilla y León, hacen una media de 1500 kilómetros al año, en los corredores interpoblacionales de Riaño y Ancares. A la red de itinerarios de muestreo, se añade el trampeo fotográfico, como herramienta de trabajo, 39 FAPAS localizándose la primera osa reproductora en el 2005, acompañada de un osezno de 2º año. Paralelamente a los trabajos de seguimiento, se llevan a cabo las siguientes medidas de conservación, destinadas a mejorar la calidad del hábitat, y aspectos sociales que puedan repercutir de forma positiva, en la situación del oso pardo. Plantación de especies productoras de frutos. Instalación de colmenas que favorezcan la polinización, y con ello la producción de frutos para el oso. Campañas de sensibilización de cazadores locales. Se intensifica el trabajo relacionado con el control del furtivismo, y la localización de trampas (lazos de acero). Se alerta a nivel europeo sobre la rarefacción extrema de la oferta de carroñas (consecuencia de la recogida de cadáveres del ganado doméstico), y su efecto negativo en el éxito reproductor del oso pardo; una especie con escasos hábitos depredadores que consume carroña a lo largo de todo el año (Clevenger y Purroy, 1991; Clevenger et al., 1992), aportando alimentación suplementaria en momentos críticos de su ciclo vital, que han asegurado una buena reproducción, y la supervivencia de las crías. CLASES DE EDAD Ejemplares localizados, FAPAS 2009 15 Adultos 3 Subadultos 1 Crías de 2º año 4 Crías de 1er año 3 Osas reproductoras 0 5 10 15 20 Nº DE OSOS Figura 34. Número de ejemplares localizados en la zona de Proaza, a partir de la red de itinerarios de muestreo, y el fototrampeo, representada por clases de edad (eje vertical). AÑO 2009. PROAZA, TEVERGA, QUIRÓS, SANTO ADRIANO CAMPEO Y CONTROL FOTOGRAFICO ANÁLISIS GENÉTICO 3 Núcleos reproductores 26 individuos diferentes 117 muestras analizadas 28 individuos diferentes (16 machos y 12 hembras) Figura 35. Como puede verse en el cuadro, los resultados demográficos obtenidos con ambos métodos para la zona de estudio, son coincidentes. 40 FAPAS Conclusiones finales Tomando como referencia la información demográfica del 2009, por ser el año mejor muestreado genéticamente, y habiendo comparado los resultados obtenidos con ambos métodos (genética e itinerarios de muestreo-fototrampeo), podemos sacar las siguientes conclusiones. Para poder aceptar la presencia de al menos 28 individuos diferentes en algún momento del año, en la zona de Proaza; y lo que es más importante: la existencia de 5 linajes maternos (orígenes distintos), solo 5 años después de que la población se diese por perdida, estamos obligados a reconocer que la reproducción nunca dejo de existir, aunque la mortalidad de la descendencia tenía que ser elevada. Pero además, debemos asumir que las hembras en determinadas épocas del año, pueden ser tan móviles como los machos, en territorios tan pequeños y próximos como estos, entre los que no existe ninguna barrera geográfica (ver página 42), que además están en expansión. Eso justifica que actualmente la especie posea una notable variabilidad genética, a pesar de que se haya recuperado a partir de un número reducido de ejemplares (cuello de botella). Pero lo más importante desde un punto de vista conservacionista, es poder demostrar como la recuperación del oso pardo en la Cordillera no está supeditada a complejos condicionantes biológicos como son un déficit de hembras, problemas de endogamia y consanguinidad, o la incapacidad para recolonizar nuevos territorios debido al comportamiento filopátrico de los efectivos reproductores; todo ello difícil de solucionar, incluso con caros proyectos de traslocación. Figura 36. El LIFE + Corredores Oso considera una prioridad favorecer la conexión entre las dos subpoblaciones cantábricas, para asegurar la conservación de la especie. Como puede verse en el mapa, los osos de Proaza, Teverga, Quirós y Santo Adriano son la población occidental más próxima al corredor interpoblacional, y por lo tanto una pieza básica en la recuperación de la población oriental; más acosada por el furtivismo, la propia Administración, y la escasa supervivencia de las crías que por la baja variabilidad de sus efectivos reproductores, ya que a pesar de las infraestructuras, hemos podido comprobar que existe intercambio genético entre las dos poblaciones. 41 FAPAS OSA ACOMPAÑADA DE UNA CRÍA DE 2º AÑO Teverga, 11-09-2012 Somiedo, 30-09-2012 Somiedo, 19-11-2012 Las cámaras fotográficas han captado a la misma osa, acompañada excepcionalmente por una cría de 2º año, todavía sin independizarse a finales del 2º año, en dos zonas diferentes. 42 FAPAS Control del furtivismo, alimento y tranquilidad en momentos clave de su ciclo vital, y por supuesto la sensibilización social, han convertido en poco tiempo a un territorio tan humanizado como el de Proaza, sin ninguna figura de protección, en “el valle de los osos”, lo que quiere decir, como ya apuntábamos hace tiempo en nuestra publicación digital, que el oso nos lo pone fácil; su pronta recuperación es una cuestión de voluntades. Vivero del FAPAS, en Santo Adriano Centro de operaciones de FAPAS, desde el 2008, situado en el corazón del valle del Trubia. La mañana del 23 de mayo del 2013, la Madre Naturaleza, en un alarde de justicia poética tenía a bien recompensar a algunos de los trabajadores de FAPAS con un momento mágico. Desde la puerta de la nave Mavi, Luis, Iván y Monchu presenciaban el primer cortejo que se daba en la ladera de enfrente, después de años. “Duro poco, pero fue suficiente para alegrar nuestros corazones, viendo como el macho y la hembra se retiraban juntos a descansar, al abrigo de una espesa mata de encinas”. (José Ramón Magadán, técnico responsable de la zona de Proaza) ANEXO. “Nuestros Osos” 43