Modelos de distribución de especies en escenarios de tiempo y espacio El caso de la garrapata del ganado Rhipicephalus (Boophilus) microplus (Canestrini, 1888)

Abstract

Se presenta el análisis de la distribución de la garrapata común del ganado Rhipicephalus (Boophilus) microplus en el Altiplano Cundiboyacense y las causas que la determinan, mediante el uso y aplicación de técnicas de modelamiento estáticas y dinámicas junto con herramientas SIG. La garrapata común del ganado Rhipicephalus (Boophilus) microplus (R (B) microplus) se puede categorizar como especie introducida y corresponde a un ectoparásito hematófago que causa fuertes daños a sus hospederos (bovinos) debido a que transmite agentes infecciosos, como Babesia spp y Anaplasia spp (Arias et al. 1991), que generan lesiones al alimentarse de la sangre de sus hospederos, generando enfermedades como anemia, inapetencia y retardo en su desarrollo. La premisa con la que inicio este proyecto fue la situación de la ampliación de la distribución altitudinal de esta garrapata en Colombia, que de acuerdo a técnicos e investigadores de diversas instituciones como CORPOICA y el ICA, se ha venido convirtiendo en una situación nueva para las regiones lecheras del país, donde introducciones accidentales de garrapatas debido a movilización de animales desde otras regiones aledañas a la Sabana de Bogotá han afectado las zonas lecheras asentadas en el Altiplano cundiboyacense (CORPOICA 2008). Lo anterior, motivó el interés de utilizar esta especie como objeto de estudio para determinar si la combinación de modelos dinámicos con modelos estáticos, permitiría explicar de manera complementaría los factores determinantes sobre la distribución de ésta especie, teniendo en cuenta dimensiones ecológicas como las interacciones especie – ambiente y su dinámica poblacional, para generar simulaciones con mayor capacidad predictiva y acordes a la realidad, para así responder preguntas como, ¿De qué manera influye la variación ambiental del Altiplano Cundiboyacense sobre la distribución de la garrapata común del ganado R (B) microplus?; ¿Cómo varia el comportamiento de la población de la garrapata común del ganado R (B) microplus del Altiplano Cundiboyacense bajo condiciones ambientales locales? y, ¿Cómo explicar los cambios de distribución de especies resultantes de predicciones, desde el concepto de la biología de las especies? Para responder a las preguntas expuestas, se planteó desarrollar el proyecto mediante la aplicación de tres técnicas de modelamiento biológico como se presenta a continuación:  Modelos de nicho ecológico para representar la modelación estática, mediante el uso de dos algoritmos de modelamiento de nicho ecológico (Maxent y árboles de clasificación). Los algoritmos fueron complementarios, con rendimientos óptimos y significativos, registrando valores de AUC (0.70 Maxent y 0.90 Árboles de Clasificación), y bajos valores de errores omisión (0.04 % Maxent y 4.6 % Árboles de Clasificación). El paisaje (representado por las coberturas de uso de suelo), junto con la presencia del hospedero, la altitud, la precipitación, la temperatura y la humedad del primer trimestre húmedo, fueron las variables más relevantes en el modelamiento. La región Nor-oriental del Altiplano presenta las áreas potencialmente óptimas para el establecimiento de Rhipicephalus (Boophilus) microplus.  Modelamiento por compartimientos como técnica de modelos dinámicos, para conceptualizar y establecer el comportamiento de la dinámica poblacional de R (B) microplus. Se realizaron simulaciones por un periodo de 16 años para identificar y describir la dinámica poblacional de R (B) microplus bajo condiciones de clima, paisaje, y densidad del hospedero específicas del Altiplano Cundiboyacense, con el fin de evaluar los efectos de la de estas variables, sobre las tasas de mortalidad y sobrevivencia de los diferentes estados de desarrollo del ciclo de vida de la garrapata. Se identificaron a la temperatura y la precipitación como las variables que determinan el establecimiento de R (B) microplus en la región de estudio, donde el aumento de la temperatura influye en el incremento de las poblaciones, mientras que los aumentos de la precipitación influyen en la reducción de las poblaciones. Se evidenció que las poblaciones presentan sus picos de población en los trimestres húmedos y descienden en los trimestres secos.  Modelo basado en agentes e individuos, como técnica de modelamiento dinámico con el componente espacial incluido. Se desarrolló con base en la conceptualización del modelo por compartimentos, con el propósito de comprender la dinámica espacial y temporal de la población de R (B) microplus en una “nueva” área de distribución. El modelo se desarrolló en una cuadricula que representa las condiciones del Altiplano cundiboyacense, incluye el home range de Bos taurus, como especie hospedero de esta garrapata, los estados de desarrollo del parásito y la configuración del paisaje de la región. Se estableció que la presencia, distribución junto con el desplazamiento del hospedero, y la precipitación, son las variables más influyentes en términos de la presencia y establecimiento de esta especie. Con el desarrollo de este estudio se pudo inferir que: el Altiplano cundiboyacense no cuenta con las condiciones climáticas para un establecimiento exitoso de R (B) microplus; adicionalmente, la permanencia de la garrapata en la región está dada más por la presencia del Hospedero, su desplazamiento y distribución a lo largo de la región, que por las mismas condiciones ambientales. De otro lado, es posible el cambio climático no influya positivamente sobre las poblaciones de esta garrapata en la región, ya que al incluir los datos de las proyecciones climáticas para el periodo 2011 -2040, se observa un descenso de las poblaciones de todos los estados de desarrollo (aunque hay que generar un estudio específico para este tema de cambio climático); y por último, la combinación de técnicas de modelamiento biológico (dinámicas y estáticas), generó resultados complementarios que permitieron abarcar procesos complejos de una especie desde diferentes perspectivas, que dieron lugar a conclusiones robustas y confiables, sobre las hechos y causas que están involucrados en la distribución, establecimiento y desarrollo de una especie, lo cual podría aplicarse más adelante a otras especies.

Abstract. Analysis of the distribution of the common cattle tick Rhipicephalus (Boophilus) microplus in the Altiplano Cundiboyacense and causes that determine, through the use and application of techniques of static and dynamic modeling with GIS tools is presented. The common cattle tick Rhipicephalus (Boophilus) microplus (R (B) microplus) it can be categorized as introduced species and corresponds to an ectoparasite hematophagous that causes heavy damage to their hosts (cattle) due to transmitting infectious agents, such as Babesia spp and ANAPLASIA spp (Arias et al. 1991), which generate injury by feeding on the blood of their hosts, causing diseases such as anemia, loss of appetite and delayed development. Expanding the altitudinal distribution of this tick in Colombia, it has become a new situation for dairy regions of the country; where accidental introductions of ticks due to movement of animals from other regions around the Bogota settled dairy affected areas in the Altiplano cundiboyacense (CORPOICA 2008). This motivated the interest of using this species as a study to determine whether the combination of dynamic models with static models, so allow completed explain the determinants of the distribution of this species, taking into account ecological dimensions as species interactions - environment and population dynamics simulations to generate more predictive and consistent ability to reality, and thus answer questions like, How influences the Altiplano Cundiboyacense environmental variation on the distribution of the common cattle tick R (B) microplus ?; How does the behavior of the population of the common cattle tick R (B) microplus Altiplano Cundiboyacense under local environmental conditions? and, ¿How to explain the changes of species distribution predictions resulting from the concept of the biology of the species? The study involves three biological modeling techniques as presented below: Ecological niche models to represent static modeling using modeling algorithms two niche (Maxent and classification trees). The algorithms were complementary, with excellent and significant returns, registering AUC (0.70 and 0.90 Maxent Classification Trees), and low values of omission errors (0.04% Maxent and 4.6% Classification Trees). The scenery along with the presence of the host, altitude, precipitation, temperature and humidity of the first wet quarter, were the most important variables in modeling. The north-eastern region of the Altiplano has the best potential for the establishment of this species areas. Modeling for compartment like technique of dynamic models to conceptualize and set the behavior of the population dynamics of R (B) microplus. Simulations were performed for a period of 16 years to identify and describe the population dynamics of R (B) microplus under conditions of climate, landscape, and density of the specific host the Altiplano Cundiboyacense, in order to assess the effects of these variables on mortality rates and survival of different stages of development life cycle of the tick. They were identified temperature and precipitation as the variables that determine the establishment of R (B) microplus in the study area, where the temperature increase affects the increase of the population, while the increase precipitation influence the reduction populations. It was evident that the populations present their peak population in the humid of wettest and quarter in the dry down. Model based on agents and individuals spatially explicit, as dynamic modeling technique with the spatial component included. It was developed based on the conceptualization compartmental model, in order to understand the spatial and temporal dynamics of the population of R (B) microplus in a "new" range. The model was developed on a grid representing Altiplano cundiboyacense conditions, the home range of Bos taurus, as host of this tick species, developmental stages of the parasite and configuration landscape of the region. It was established that the presence, distribution and movement of the host, and precipitation are the most influential variables in terms of the presence and establishment of this spice because it was found that with decreasing density of cattle in the region populations of all states Parasite development decreased, while if the host density was increased parasite populations increased. With respect to precipitation, it was noted that increasing the value of this variable according to the projections established by the IDEAM (2015), populations of all stages of development decreased. With the development of this study it was inferred that: the cundiboyacense Altiplano has no environmental conditions for a successful establishment of R (B) microplus; additionally, the permanence of the tick in the region is given by the presence of the host, and displacement distribution along the region, by the same environmental conditions. On the other hand, it appears that climate change will have a negative effect on this tick populations in the region, since the data include climate projections for the period 2011 -2040, a decrease is observed populations all stages of development; and finally, the combination of biological modeling techniques (dynamic and static), complementary results generated encompass complex processes that allowed a species from different perspectives, leading to robust and reliable conclusions on the facts and causes that are involved in distribution, establishment and development of a sort, which could later be applied to other species.