Human footprints on bat’s health: exploring anthropogenic impacts

Abstract

Els ratpenats europeus han experimentat importants davallades poblacionals durant els últims 50 anys. Gairebé una quarta part d'aquestes espècies estan classificades com En Perill (EN) o Vulnerables (VU) per la Unió Internacional per a la Conservació de la Natura (UICN). La urgència per protegir aquestes espècies ha comportat un augment d'estudis enfocats a comprendre els desencadenants de les seves davallades poblacionals. Conseqüentment, milions de ratpenats europeus han estat marcats individualment amb anelles d'avantbraç. Encara que aquests estudis de captura-marcatge-recaptura han contribuït significativament al nostre coneixement sobre biologia i ecologia de ratpenats, l'ús d'anelles s'ha associat de manera repetida amb efectes negatius sobre la seva salut i fins i tot amb alguns esdeveniments de mortalitat massiva. A més, aquests estudis rarament incorporen aspectes sobre salut poblacional, àrea de coneixement que actualment es troba pràcticament inexplorada i que requeriria molta més atenció. Per exemple, l'anàlisi del microbioma fecal està considerat un mètode valuós des de fa anys per a avaluar la salut humana i animal, però en els ratpenats només s'ha començat a explorar recentment. Hipotetitzem que la salut de les poblacions de ratpenats podria veure's deteriorada per diverses activitats antropogèniques, com ara el marcatge individual i la intrusió de l’ésser humà en els seus hàbitats. A l'Estudi 1, vam avaluar l'impacte de les dues tècniques de marcatge més utilitzades en ratpenats, l'anella d'avantbraç i el microxip subcutani, recopilant la informació disponible de les principals institucions de recerca de ratpenats de Catalunya i avaluant totes dues tècniques en captivitat. El 55.1% (435/790) dels ratpenats salvatges recapturats amb anelles van presentar lesions associades amb aquesta tècnica. Cap ratpenat microxipat va mostrar lesions (n=446). Els 22 exemplars de Carollia perspicillata anellats en captivitat van mostrar lesions i comportaments de malestar degut a aquest mètode de marcatge, mentre que cap dels ratpenats microxipats (n=21) va mostrar tals problemes. Aquests resultats advoquen per l'establiment d'un comitè d'ètica referent al marcatge individual de ratpenats. Especialment, la innocuïtat de les anelles s’hauria d'avaluar per a cada espècie de ratpenat i en condicions de captivitat, on una taxa de recaptura completa és possible. Als Estudis 2 i 3, vam avaluar l'impacte de diverses activitats antropogèniques sobre l'estructura i composició del microbioma bacterià fecal, i sobre l'ocurrència i abundància de potencials bacteris patògens (PPB) de cinc espècies de ratpenats europeus (Miniopterus schreibersii, Nyctalus leisleri, Pipistrellus kuhlii, P. pipistrellus i P. pygmaeus). Per aquest motiu, vam realitzar la seqüenciació completa del gen 16S rRNA mitjançant l'ús del seqüenciador MinION™. L'assignació taxonòmica per l’anàlisi del microbioma es va realitzar a nivell de gènere bacterià, mentre que l'avaluació de les PPB es va realitzar a nivell d'espècie bacteriana. Tots dos estudis van mostrar que els ratpenats de paisatges urbans exhibien una menor diversitat alfa en comparació amb els de paisatges ben preservats (àrees naturals o d'agricultura extensiva). Vam identificar 222 PPB, incloent alguns patògens animals i humans reconeguts (Brucella abortus, Francisella tularensis) i altres (Yersinia enterocolitica) prèviament aïllats de mostres patològiques de cadàvers de ratpenats. No es va trobar correlació entre el tipus d'ús del sòl i l'ocurrència i abundància de PPB. Aquests resultats suggereixen que els paisatges ben preservats promouen microbiomes bacterians fecals més resilients en les espècies de ratpenats estudiades. Degut a la seva naturalesa no invasiva i facilitat de mostreig, l'anàlisi del microbioma fecal té el potencial de ser emprat com a indicador de salut per espècies de ratpenats insectívors. Amb l'objectiu de donar suport a les mesures de conservació dels ratpenats, els estudis en aquestes espècies han de mostrar un major compromís amb els codis de conducta ètica i prioritzar l'ús de tècniques de mostreig no invasives.

Los murciélagos europeos han experimentado importantes declives poblacionales durante los últimos 50 años. Casi una cuarta parte de estas especies están clasificadas como En Peligro (EN) o Vulnerables (VU) por la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (UICN). La urgencia por proteger estas especies ha comportado un aumento de estudios enfocados a comprender las causas de sus declives poblacionales. Consecuentemente, millones de murciélagos europeos han sido marcados individualmente con anillas de antebrazo. Aunque estos estudios de captura-marcaje-recaptura han contribuido significativamente a nuestro conocimiento sobre biología y ecología de murciélagos, el uso de anillas se ha asociado repetidamente a efectos negativos sobre su salud e incluso a eventos de mortalidad masiva. Además, estos estudios rara vez incorporan aspectos sobre salud, área de conocimiento prácticamente inexplorada en murciélagos y que requeriría mucha más atención. Por ejemplo, el análisis del microbioma fecal se considera un método valioso des de hace años para evaluar la salud humana y animal, pero en los murciélagos sólo se ha comenzado a explorar recientemente. Hipotetizamos que la salud de las poblaciones de murciélagos podría verse deteriorada por diversas actividades antropogénicas, tales como el marcaje individual y la intrusión humana en sus hábitats. En el Estudio 1, evaluamos el impacto de las dos técnicas de marcaje más utilizadas en murciélagos, la anilla de antebrazo y el microchip subcutáneo, recopilando la información disponible de las principales instituciones de investigación de murciélagos de Cataluña y evaluando ambas técnicas en cautividad. El 55.1% (435/790) de los murciélagos silvestres recapturados con anillas presentaron lesiones cutáneas asociadas con esta técnica. Ningún murciélago microchipado mostró lesiones (n=446). Los 22 ejemplares de Carollia perspicillata anillados en cautividad mostraron lesiones y comportamientos de malestar debido a este método de marcaje, mientras que ninguno de los murciélagos microchipados (n=21) mostró tales problemas. Estos resultados abogan por el establecimiento de un comité de ética al respecto del marcaje individual de murciélagos. Especialmente, la inocuidad de las anillas debería explorarse para cada especie de murciélago y en condiciones de cautividad, donde se posibilita una tasa de recaptura completa. En los Estudios 2 y 3, evaluamos el impacto de varias actividades antropogénicas en la estructura y composición del microbioma bacteriano fecal, y en la ocurrencia y abundancia de potenciales bacterias patógenas (PPB) de cinco especies de murciélagos europeos (Miniopterus schreibersii, Nyctalus leisleri, Pipistrellus kuhlii, P. pipistrellus y P. pygmaeus). Para ello, secuenciamos el gen 16S rRNA completo mediante el uso del secuenciador MinION™. La asignación taxonómica para los análisis del microbioma se realizó a nivel de género bacteriano, mientras que la evaluación de las PPB se realizó a nivel de especie bacteriana. Ambos estudios mostraron que las muestras de paisajes urbanos exhibían una menor diversidad alfa en comparación con las de paisajes bien preservados (áreas naturales o de agricultura extensiva). Análisis a nivel de especie bacteriana mostraron 222 PPB, incluidos algunos patógenos animales y humanos reconocidos (Brucella abortus, Francisella tularensis) y otros (Yersinia enterocolitica) previamente aislados de muestras patológicas de cadáveres de murciélagos. No se encontró correlación entre el tipo de uso del suelo y la ocurrencia y abundancia de PPB. Estos resultados sugieren que los paisajes bien preservados promueven microbiomas bacterianos fecales más resilientes en las especies de murciélagos estudiadas. Debido a su naturaleza no invasiva y facilidad de muestreo, el análisis del microbioma fecal tiene el potencial de ser utilizado como indicador de salud para las especies de murciélagos. Con el objetivo de apoyar las medidas de conservación de los murciélagos, los estudios en estas especies deben mostrar un mayor compromiso con los códigos de conducta ética y priorizar el uso de técnicas de muestreo no invasivas.

European bat populations have experienced significant declines for the past 50 years. Consequently, nearly a quarter of these species are classified as Endangered (EN) or Vulnerable (VU) by the International Union for Conservation of Nature (IUCN). This urgent need for protection has led to increased research focused on understanding the drivers of such negative trends in their populations. In this context, millions of bats across Europe have been individually marked, mostly with forearm rings. Although these capture-mark-recapture studies have contributed significantly to our understanding of bats’ biology and ecology, the use of forearm rings in insectivorous bats has been repeatedly associated with negative health effects and even some mass mortality events. Additionally, these long-term studies have rarely incorporated bats’ health aspects, which currently represents an unexplored area requiring much more attention. For instance, fecal microbiome analysis is a valuable method to assess human and animal health, yet it remains underdeveloped for bat species. We hypothesized that the health of free-ranging European bat populations may be negatively affected by a range of anthropogenic activities, such as individual marking activities and human encroachment into bats’ habitats. In Study 1, we assessed the health impact of the two most used marking techniques in bat species, the forearm ring and the Passive Integrated Transponder (PIT) tag, collecting available information from the main bat research institutions from Catalonia (NE-Spain) and testing both techniques in captivity. We reported 55.1% (435/790) of recaptured free-ranging bats with forearm rings presenting skin lesions associated with this technique. No PIT-tagged bat showed lesions (n=446). In captivity, all 22 banded Carollia perspicillata showed skin lesions and discomfort behaviours due to forearm rings, while none of the PIT-tagged bats (n=21) exhibited such issues throughout the study. These results call for establishing an ethics committee within the framework of bat research involving individual marking activities. Particularly, the safety of forearm rings should be explored for each bat species and under captive conditions, where full recapture rates are possible. In Studies 2 and 3, we assessed the impact of human activities and types of land use on the structure and composition of the fecal bacterial microbiome, and on the occurrence and abundance of potential pathogenic bacteria (PPB) of five free-ranging European bat species (Miniopterus schreibersii, Nyctalus leisleri, Pipistrellus kuhlii, P. pipistrellus and P. pygmaeus). We used the full-length 16S rRNA gene metabarcoding with the nanopore long-read sequencer MinION™ to perform these analyses. Taxonomic assignment for the analyses of the microbiome structure, composition and diversity were performed at bacterial genus level, while the assessment of PPB was performed at bacterial species level. Both studies showed that samples from urban landscapes exhibited the lowest alpha diversity value compared to well-preserved landscapes (natural or extensive agriculture areas). Analyses at the bacterial species level showed 222 PPB, including some recognized animal and human pathogens (e.g. Brucella abortus and Francisella tularensis) and others (e.g. Yersinia enterocolitica) previously isolated from pathological samples of deceased European bats. No correlation was found between the land use type and the occurrence and abundance of PPB. These results suggest that well-preserved landscapes promote more resilient fecal bacterial microbiomes in the five studied bat species. We further highlighted the potential of microbiome studies reaching bacterial species-level resolution to be used in bat health studies. Owing to its non-invasive nature and simplicity of sampling, the fecal microbiome analysis has the potential to be used as a health indicator for bat species. This thesis also concludes that to gain knowledge about bats’ health while supporting bat conservation efforts, future studies must enhance their commitment to adhering to ethical standards and prioritize non-invasive techniques when working with bats.