Estudio de nuevos protocolos para analizar los efectos de la ivermectina en la ecofisiología y diversidad de los coleópteros coprófagos (Coleoptera: Scarabaeoidea: Aphodiidae, Geotrupidae, Scarabaeidae)

Abstract

Esta tesis doctoral tuvo como objetivo principal diseñar nuevos protocolos estandarizados para la implementación de pruebas que analicen los efectos ecotoxicológicos sub-letales, pre-letales y letales de la ivermectina en coleópteros coprófagos. Este grupo de insectos coleópteros coprófagos ha sido objeto de muchos estudios desde hace varios años debido a los servicios ecosistémicos que benefician a la actividad ganadera. Estos servicios incluyen el enterramiento del excremento vacuno, la bioturbación, el secuestro de nitrógeno y carbono al suelo, la reducción del deterioro del forraje y una disminución en la proliferación de plagas como moscas y parásitos gastrointestinales. Sin embargo, en las últimas décadas, se ha observado un importante declive en las poblaciones de coleópteros coprófagos debido al uso de antiparasitarios ecotóxicos aplicados de una manera no racional en la ganadería. Esto se debe a que la ivermectina se excreta mayormente sin metabolizar en las heces de los animales tratados. Al consumir estos excrementos, los coleópteros quedan intoxicados y posteriormente mueren por inanición al perder la capacidad para alimentarse, reduciendo la población local en las zonas de ganadería bajo tratamiento. A pesar de los avances realizados en analizar como la ivermectina afecta el sistema motriz y reproductivo, cómo se bioacumula en diferentes tejidos, los impactos a nivel ecológico y de diversidad de los coleópteros, aún quedan muchos temas por estudiar. Estos incluyen el sistema olfativo, el comportamiento, la termorregulación y la tasa metabólica. Por lo tanto, cada uno de estos componentes fue abordado en los diferentes capítulos de este trabajo de investigación. El efecto del uso de antiparasitarios ecotóxicos en la ganadería ha sido el propósito fundamental de esta tesis con el desarrollo de una serie de protocolos estandarizados para la implementación de pruebas que analicen los efectos ecotoxicológicos sub-letales, pre-letales y letales de la ivermectina en coleópteros coprófagos. Como punto de partida, en el capítulo I se analizó el sistema olfativo de los coleópteros coprófagos mediante técnicas de electroantenografía (EAG) y olfatometría. De esta forma se logró analizar la relación que existe entre los compuestos orgánicos volátiles (COVs) de diferentes excrementos y las preferencias tróficas que presentan varias especies de coleópteros pertenecientes a las familias Aphodiidae, Geotrupidae y Scarabaeidae. En este trabajo, se caracterizó el perfil de COVs que emiten los excrementos de vaca, caballo y conejo. A pesar de que algunos compuestos son compartidos entre estos distintos recursos, los perfiles fueron lo suficientemente distintos para explicar las diferencias en la atracción que se observó en los ensayos de olfatometría con las especies estudiadas. Estas preferencias tróficas lograron explicar las diferencias significativas en las respuestas electroantenográficas obtenidas de las mismas especies de coleópteros coprófagos asociadas a los perfiles químicos de los tres tipos de excremento. Con estos resultados, se confirmó que los coleópteros coprófagos muestran preferencias tróficas utilizando un perfil complejo de COVs de cada recurso como información química para identificar y llegar hasta el alimento que más les atrae. La atracción a los excrementos no se produce de una manera específica hacia un solo compuesto, sino que existe un “bouquet” de compuestos compartido en todos los tipos de excremento y que actúa como atrayente generalizado para la mayoría de las especies estudiadas. Este resultado refuerza la hipótesis del generalismo selectivo planteado en diversos estudios, donde se argumenta que los coleópteros coprófagos no se limitan a un solo tipo de excremento. Para alcanzar con éxito la fuente de alimento estos insectos utilizan los olores de los distintos recursos y solo ciertos compuestos volátiles, característicos de cada excremento, sirven como componentes claves para que las especies seleccionen preferentemente un recurso trófico concreto. A partir de los resultados obtenidos en este primer estudio, en el capítulo II se diseñó un experimento para analizar si la ivermectina altera, de manera directa, el perfil químico volátil del excremento y, por consiguiente, altera la atracción de los coleópteros coprófagos hacia este recurso trófico. Esta capacidad de atracción de los excrementos con residuos de ivermectina ha sido evaluada en diversos estudios con diferentes metodologías y considerando la vía de administración del antiparasitario al ganado (vía subcutánea, oral, bolo, tópica, etc.), pero los resultados no son concluyentes. En este trabajo, se analizó la composición de los COVs de excremento vacuno que provenía de distintos tratamientos: a) de animales control sin ivermectina; b) de animales tratados con ivermectina y; c) con ivermectina añadida directamente al excremento. Estos análisis se realizaron con excrementos recogidos en dos tiempos, a los 7 y 14 días post tratamiento. Posteriormente, se llevó a cabo ensayos de olfatometría con la especie Ateuchetus cicatricosus (Lucas, 1846) utilizando los excrementos de los diferentes tratamientos para evaluar si existen diferencias en la atracción. Los resultados mostraron que no existen diferencias significativas en el perfil químico volátil de los excrementos con todos los tratamientos y en los dos tiempos. La similitud entre los perfiles químicos explicó que no se observaran diferencias significativas en la atracción a los distintos tratamientos en las pruebas de olfatometría realizadas. Estos resultados demuestran que no existe un efecto directo en los COVs que emiten los excrementos sin o con ivermectina. Por lo que se sugiere que en aquellos estudios en los que se observó una mayor o menor atracción del excremento la causa se puede deber a un posible efecto indirecto del fármaco. En el capítulo III se abordó el uso de mecanismos o variables ecofisiológicas que pudieran ser utilizadas como parámetros para evaluar el estado de salud de coleópteros coprófagos potencialmente afectados por la toxicidad de la ivermectina, o de otros antiparasitarios. Los mecanismos ecofisiológicos evaluados fueron la termorregulación y la tasa metabólica. En ambos casos, se partió de la hipótesis que la ivermectina al afectar el funcionamiento de las células musculares podría alterar la termorregulación y la tasa metabólica, ya que para su correcto funcionamiento requieren de dicha actividad muscular, tanto para el bombeo abdominal, que ayuda a la respiración y eliminación del exceso de calor, como para controlar el sistema de apertura/cierre de los espiráculos respiratorios responsables del ritmo respiratorio característico de cada especie. Para evaluar como la ivermectina afecta estos mecanismos ecofisiológicos se utilizó el método de termolímite-respirometría con termografía infrarroja (TLR-IR) utilizando a A. cicatricosus como especie modelo. Para este estudio se seleccionaron cuatro tratamientos con diferentes concentraciones de ivermectina (1, 10, 100 y 1000 µg kg-1) y un control (excremento sin antiparasitario). Los resultados de este estudio mostraron que la ivermectina tiene un efecto directo sobre la termorregulación y la tasa metabólica, produciendo una reducción notable en ambos parámetros conforme aumenta la cantidad del endectocida ingerida. Además se pudo conocer la concentración de inhibición al 50 % (CI50) para ambos parámetros ecofisiológicos. Para la termorregulación se obtuvo una CI50 de 0.39 µg g-1 mientras que para la tasa metabólica fue de 0.24 µg g-1. Ambas CI50 fueron concentraciones extremadamente bajas considerando las cantidades de ivermectina que suelen aparecer en la naturaleza en los excrementos de animales tratados. Por lo tanto, ambos parámetros obtenidos medidos mediante el método de TLR-IR resultaron de gran fiabilidad para conocer el estado de salud de individuos potencialmente afectados por la ivermectina. Así mismo, los resultados obtenidos demuestran que el método de TLR-IR puede ser considerada como una herramienta de gran valor en futuros estudios. En el capítulo IV se diseñó un estudio adaptado a condiciones de campo con el fin de desarrollar un método de análisis, que en ausencia de las técnicas ecofisiológicas (EAG y TLR-IR) anteriormente citadas, se pudiera implementar con éxito como una prueba para evaluar la ecotoxicidad de la ivermectina en coleópteros coprófagos. Para este fin, se eligió la olfatometría por tratarse de una técnica que ha sido utilizada con éxito en otros trabajos previos (capítulo I y II), ya que se considera relativamente de fácil aplicación en condiciones de campo. El estudio se realizó en el Centro de Estudios del Bosque Seco Tropical (CEBST) Alta Vista (Santa Cruz, Bolivia). Para dicho protocolo se llevaron a cabo ensayos de olfatometría con individuos de Dichotomius anaglypticus .(Mannerheim, 1829) como especie modelo, usando una curva con cinco concentraciones de ivermectina (1, 10, 100, 500 y 1000 µg kg-1) más un control (excremento sin ivermectina). Además, se midió la tasa de mortalidad acumulada durante la etapa de alimentación según el tratamiento. Como se observó en el capítulo III con A. cicatricosus, los síntomas de intoxicación en D. anaglypticus comenzaron a manifestarse primero con la concentración más alta (1000 µg kg-1), además se observó una acelerada tasa de mortalidad a partir del segundo día de ingesta. Los ensayos de olfatometría resaltaron estas diferencias en los grados de intoxicación al observar una reducción significativa en la cantidad promedio de individuos que lograron detectar y llegar hasta la fuente de alimento conforme aumentó la ingesta de ivermectina. Los resultados obtenidos demuestran que el uso de la olfatometría, utilizando una curva de concentración, es una herramienta viable y fiable en condiciones limitadas de laboratorio. En el capítulo V se realizó un estudio experimental de campo para evaluar el efecto de la ivermectina a nivel de ecosistema. Para ello, se llevó a cabo un estudio de campo en la ecorregión del Bosque Seco Chiquitano (Santa Cruz, Bolivia). El objetivo fue evaluar algunos parámetros ecológicos y de diversidad en el ensamble de coleópteros coprófagos, y las tasas de enterramiento de excremento vacuno en ocho propiedades ganaderas en función del tiempo transcurrido desde la última aplicación de ivermectina. Con la metodología empleada se obtuvo una eficiencia de muestreo del 98 % y se identificó un total de 26 especies y morfoespecies. Al evaluar el efecto del tiempo sin uso de ivermectina, los análisis de diversidad alfa mostraron una relación positiva en la abundancia relativa de coleópteros coprófagos. En cuanto a los resultados de diversidad beta, para los valores de disimilitud composicional entre los ensambles de especies y las abundancias relativas, se observó una clara separación entre las propiedades con cuatro o más años sin uso del antiparasitario de aquellas con menos tiempo. Por otro lado, el grado de cobertura forestal tuvo una menor capacidad para explicar los parámetros de riqueza y abundancia de coleópteros. Esto se podría explicar porque las especies que componen el ensamble del Bosque Seco Chiquitano tienen una mayor afinidad por espacios abiertos, lo que limitaría la influencia de la cobertura forestal sobre el grupo de especies encontradas. En los análisis entre el tiempo sin aplicación de ivermectina y la tasa de enterramiento de las boñigas experimentales se observó un efecto significativo en siete de las ocho propiedades. Así mismo, se observó que a mayor tiempo sin el uso de este fármaco aumentó significativamente la tasa de enterramiento. Por otro lado, de todos los parámetros de diversidad y ecológicos analizados, la biomasa y la abundancia fueron los más apropiados para explicar las tasas de enterramiento observadas. En efecto, las propiedades con los mayores valores de biomasa y abundancia tenían precisamente las tasas de enterramiento más elevadas. Además, los resultados muestran que el tiempo sin uso de ivermectina tiene un efecto significativo en la recuperación del ensamble de coleópteros coprófagos en ambientes con ganadería extensiva. Si bien la riqueza de especies aún no se ha recuperado al mismo ritmo que la abundancia y biomasa, incluso con el tiempo máximo registrado de cinco años de abandono de la ivermectina, los resultados claramente apuntan a una tendencia a la recuperación de este grupo de insectos y a una mejora en los servicios ecosistémicos que aportan a la ganadería extensiva y sostenible.