Programa de Estudios de Posgrado DISTRIBUCIÓN, AMENAZAS Y ESTRUCTURA GENÉTICA DE LA RANA DE PATAS ROJAS (Rana draytonii) EN BAJA CALIFORNIA TESIS Que para obtener el grado de Doctor en Ciencias Uso, Manejo y Preservación de los Recursos Naturales (Orientación Ecología de Zonas Áridas) P r e s e n t a ANNY PERALTA GARCÍA La Paz, Baja California Sur, Febrero de 2017. COMITÉ TUTORIAL Dra. Patricia Galina Tessaro Co-Director Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste. Dr. Jonathan Richmond Co-Director US Geological Survey, Western Ecological Research Center. Dr. Gorgonio Ruiz Campos Co-Tutor Universidad Autónoma de Baja California. Dr. Pedro Cruz Hernández Co-Tutor Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste. Dr. Robert Fisher Co-Tutor US Geological Survey, Western Ecological Research Center. Comité revisor de tesis Dra. Patricia Galina Tessaro Dr. Jonathan Richmond Dr. Pedro Cruz Hernández Dr. Gorgonio Ruiz Campos Dr. Robert Fisher Jurado de examen de tesis Dra. Patricia Galina Tessaro Dr. Jonathan Richmond Dr. Pedro Cruz Hernández Dr. Gorgonio Ruiz Campos Dr. Robert Fisher Suplentes Dr. Gustavo Arnaud Dr. Sergio Álvarez i RESUMEN La rana de patas rojas (Rana draytonii) ha sufrido severos declives a lo largo de su distribución en el oeste de Norteamérica, particularmente en el sur de California. En Estados Unidos el gobierno federal incluyó a la especie como amenazada en el Acta de Especies Amenazadas de 1970, pero la carencia de información sobre las poblaciones de Baja California no había permitido que se incluyera en normas de protección mexicanas. Para determinar el estado actual de las poblaciones de R. dratyonii en México, se realizaron muestreos en búsqueda de la especie y se registraron amenazas para la persistencia de sus poblaciones. Durante el 2013 al 2015 se realizó trabajo de campo desde la frontera de Estados Unidos hasta la distribución sureña de la especie. Rana draytonii se encontró en seis de 15 sitios históricos y cuatro de 24 sitios adicionales. Los 10 sitios se encuentran ubicados en tres cuencas de la Sierra San Pedro Mártir (dos en Arroyo San Rafael, dos en el Arroyo San Telmo, y seis en el Arroyo Santo Domingo). Los muestreos indicaron que la distribución actual representa el 15% de la distribución histórica de la especie en Baja California. Sitios con R. draytonii mostraron valores significativamente más altos de vegetación acuática, pozas bajas y sustrato rocoso en el banco del arroyo. Modelos lineales generalizados incorporando variables ecológicas indicaron que la distancia a zonas urbanas, porcentaje de área natural, la presencia de ganadería y especies exóticas son factores importantes que afectan la ocurrencia de R. draytonii. Se encontraron valores zoospóricos no letales de Batrachochytridum dendrobatidis (Bd), el patógeno causante de la enfermedad de anfibios llamada quitridiomicosis en todos los sitios con R. draytoni, las cargas de infección tienen una correlación positiva con altitud, temporada y año de muestreo. Información genética basada en 11 microsatélites y polimorfismos de un solo nucleótido (448 a 2,303 SNPs) obtenidos mediante enzimas de restricción asociadas a secuencias de DNA indican que las poblaciones se encuentran estructuradas genéticamente por cuenca, con el arroyo Santo Domingo mostrando estructura adicional en el sitio de mayor elevación en La Grulla. La diversidad genética fue baja en todos los sitios, especialmente en La Grulla, cuya población tiene el mayor riesgo de extirpación debido a su aislamiento, disturbio de hábitat y ubicación en ambiente extremo. Santo Domingo es la población más grande y tiene la diversidad genética más alta, pero presentó valores significantes de endogamia. La diversidad genética de las poblaciones de Baja California son significativamente menores al compararse con poblaciones similares en el sur de California y en el norte de Sierra Nevada. Se recomienda la creación de hábitat para reproducción, migración asistida, monitoreo de especies exóticas y prevención de dispersión, así como realizar estudios que examinen los efectos del pastoreo (particularmente en La Grulla) para prevenir la extirpación de R. draytonii en Baja California. Palabras clave: anfibio s, genética, exóticos, quitridiomicosis. Vo.Bo. Draa.. PPPPPaattrriicciiaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa GGGGGGGGGGGGGGGaalliinnaa TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeessssaro Dr. Jonathan Richmond CCoo--DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDiirreeccttoorrrr Co-Director ii ABSTRACT The California Red-legged Frog (Rana draytonii) has experienced severe population declines in many parts of its range in western North America, particularly southern California. The United States federal government has formally listed the species as threatened under the Endangered Species Act of 1970, but lack of information about the current status of R. draytonii in Baja California has prevented any formal listing status in Mexico. To determine the current status of R. draytonii populations in Mexico, we surveyed for the presence of R. draytonii in Baja California and assessed the most likely threats to population persistence. Field work from 2013 to 2015 extended from the U.S.-Mexico border to the southern end of the species distribution in the Sierra San Pedro Mártir. Rana draytonii was found at six of 15 historical sites and four of 24 additional sites. All 10 occupied sites are confined to three watersheds within the Sierra San Pedro Mártir (two sites at Arroyo San Rafael, two sites at Arroyo San Telmo, and six sites at Arroyo Santo Domingo). These surveys showed that the current distribution represents approximately 15% of the historical distribution of the species in Baja California. Sites occupied by R. draytonii show significantly higher amounts of aquatic vegetation, shallow ponds and rocky substrate on the stream bank. Generalized linear models (GLM) that incorporated ecological variables showed that distance to urban areas, percentage of undisturbed natural area, and presence of livestock and exotic species are significant factors influencing R. draytonii occurrence. Non-lethal zoospore values of Batrachochytridum dendrobatidis (Bd), the pathogen causing the amphibian disease chytridiomycosis, were detected at all survey sites, and infection loads were positively correlated with altitude, season and year. Genetic information based on 11 microsatellites and single nucleotide polymorphisms (448 to 2,303 SNPs) derived from restriction site associated DNA sequences indicate that populations are genetically structured by drainage, with the arroyo Santo Domingo showing additional structure at the highest elevation site at La Grulla. Genetic diversity was low at all sites, especially at La Grulla, which may be at high risk of extirpation due to its isolation, habitat disturbance, and more extreme environment. Santo Domingo is the largest population with the highest genetic diversity, but individuals show evidence of significant inbreeding. Genetic diversity in Baja California populations is significantly lower compared to similar, extralimital populations in southern California and the northern Sierra Nevada. Creation of breeding habitat, assisted migration, monitoring exotic species and preventing their spread, and conducting studies to examine the effects of livestock grazing (particularly at La Grulla) is recommended to prevent the extinction of R. draytonii in Baja California. Key words: Amphibians, genetics, exotics, chytridiomycosis. Vo.Bo. Draa.. PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPaattrriicciiaa GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGaallliiiiinnaa TTTTTTTTTTTTTTTTTTTeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeesssssssaarroo DDrr.. JJJJJJJJJJJJJJJJJJoooooooooooooooooooooooooonnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaatthhaann RRiicchhmmoond CCoo--DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiirreeccttoorr CCoo--DDiirreeccttoorr iii DEDICATORIA A Dios por darme vida y libertad iv AGRADECIMIENTOS La presente tesis no pudo haberse logrado sin la ayuda y colaboración de innumerables personas e instituciones que contribuyeron a su realización. Al CIBNOR por recibirme como estudiante y permitirme realizar mis estudios de Posgrado. Al CONACyT por la beca otorgada (Becario 275069, CVU 221150) durante el posgrado. A mis padres por apoyarme en cada decisión que he tomado a lo largo de mi vida, sin importar lo loca o rara que parezca. A mi esposo Jorge H. Valdez por estar siempre a mi lado y apoyarme en todo momento. A mi hijo Santiago Valdez por darme permiso de ser estudiante al mismo tiempo de ser mamá. A mi comité tutorial: Dra. Patricia Galina Tessaro, Dr. Jonathan Richmond, Dr. Pedro Cruz Hernández, Dr. Robert Fisher, Dr. Gorgonio Ruiz Campos por guiarme y asesorarme a lo largo del proyecto, y responder mis incontables dudas. Especialmente, al Dr. Bradford Hollingsworth por su gran apoyo a lo largo del proyecto. Al M. en C. Gonzalo de León Girón director del Parque Nacional Sierra San Pedro Mártir (SSPM) por permitirnos accesar a La Grulla y La Encantada, así como a los guarda parques Biol. Felipe León y Biol. Elías Zavala por el apoyo con la logística en los viajes a estos sitios remotos. A cada uno de los rancheros que me permitieron acceso a sus predios y tierras para buscar ranas en los arroyos o pozas: Rolando Arce del Rancho Agua Caliente en San Vicente; al Sr. Pibi Martorell del Rancho El Potrero y Valladares en Santo Domingo; Raúl Montes para accesar a La Jolla; a los dueños del Rancho San Antonio de Murillos, y Rancho Viejo; Christian Meling de Rancho Meling (San José); Lorenzo Acosta de Rancho El Aguajito; a “el Chileno” del Rancho Santo Tomás; Rafael Llamas del Rancho San Faustino; Marco Antonio Grijalva de Rancho El Compadre; Fortino Heredia del Rancho San Miguelito. En especial a la familia Arce Martorell (Rolando, Aide, Sinahi y Misael) por su amistad e incontables historias durante las travesías en mulas en la Sierra San Pedro Mártir… ah! y por las tortillas de harina hechas a mano y a la leña. Al M. en C. Ivan Peraza por darnos a conocer localidades potenciales para realizar muestreos de ranas en Sierra Juárez, A todas la personas que me acompañaron a campo: Bradford Hollingsworth, Clark Marth, Melissa Stepek, Patricia Galina, Jonathan Richmond, Adam Backlin, Liz v Gallegos, Robert Fisher, Jorge H. Valdez, Brad Shaffer, Jason Vorderstrasse, Alan Harper, Bob Mailloux, Ramón Navarro, Andrea Navarro. A las personas que me ayudaron con los distintos análisis: al Dr. Omar Ávalos Hernández por asesoria para los modelos lineales generalizados, al Dr. Gorgonio Ruiz Campos para los análisis ecológicos, a Pamela De Grau y Diego de Dios por apoyo con R. Por apoyo de datos genéticos: Dustin Wood y Dean H. Leavitt. A Andrea Adams y Cheryl Briggs por el análisis de las muestras para detección de quitridiomicosis. A Ira Fogel por apoyo editorial. A las instituciones que proporcionaron apoyo financiero o equipo para este proyecto: a la M. en C. Daniela López Acosta y al Dr. Gustavo Danneman de Pronatura Noroeste quiénes dieron el apoyo que permitió iniciar el proyecto; Anne McEnany y Alan Harper de JiJi Foundation, a International Community Foundation, a UC Mexus grant. Al museo de Historia Natural de San Diego y US Geological Survey por préstamo de equipo. A las siguientes instituciones por permitir utilizar sus laboratorios: Western Ecological Research Center (laboratorio de Genética), San Diego State University, Universidad Autónoma de Baja California (laboratorio de vertebrados). A mis amigos y colegas que me apoyaron para continuar la tesis: Franco Cota y Beli Cota, Sula Vanderplank, Gonzalo de León, la familia De Dios, Salvador González, David y Damaris Romero, Fam. Valdez Villavicencio, Uri García, Carlos Flores y Abigail Corrales. Al personal del CIBNOR que siempre estuvieron para ayudar: Tania Núñez, Horacio Sandoval, Ira Fogel y Diana Dorantes. vi CONTENIDO Resumen ................................................................................................................. i Abstract ................................................................................................................. ii Agradecimientos .................................................................................................. iv Contenido ............................................................................................................. vi Lista de figuras ................................................................................................... viii Lista de tablas ...................................................................................................... xi 1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 1 2. ANTECEDENTES ............................................................................................... 4 2.1 La especie: Rana draytonii ......................................................................... 4 2.2 Declive de poblaciones de la rana de patas rojas en California .............. 5 2.3 Estudios en Baja California ........................................................................ 8 2.4 Amenazas de conservación en Baja California ...................................... 11 2.5 Genética y conservación .......................................................................... 13 3. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................... 17 4. HIPÓTESIS ....................................................................................................... 18 5. OBJETIVO GENERAL...................................................................................... 18 6. MATERIALES Y MÉTODOS ............................................................................ 20 6.1 Trabajo de campo ...................................................................................... 20 6.1.1 Muestreos ............................................................................................. 20 6.1.2 Registro de datos ambientales y antropogénicos ................................. 22 6.1.3 Obtención de frotis de piel para detección de Batrachochytrium dendrobatidis ................................................................................................. 26 6.1.4 Obtención de muestras genéticas ......................................................... 26 6.2 Trabajo de laboratorio ............................................................................... 28 6.2.1 Detección de Batrachochytrium dendrobatidis ...................................... 28 6.2.2 Extracción de ADN y amplificación de marcadores genéticos .............. 28 6.3 Análisis estadísticos ................................................................................. 32 6.3.1 Lejanía del sitio y variables antropógenicas .......................................... 32 6.3.2 Selección de variables ambientales para Rana draytonii ...................... 32 6.3.3 Impacto de las variables antropogénicas en Rana draytonii ................. 33 6.3.4 Quitridiomicosis en poblaciones de anuros en el área de estudio ........ 34 6.3.5 Quitridiomicosis en Rana draytonii ........................................................ 34 6.4 Análisis de datos genéticos ..................................................................... 35 6.4.1 Estructura genética. .............................................................................. 35 6.4.2 Diversidad genética............................................................................... 36 6.4.3 Endogamia ............................................................................................ 36 6.4.4 Diferenciación genética ......................................................................... 37 6.4.5 Comparación con poblaciones de California ........................................ 37 vii 7. RESULTADOS ................................................................................................. 39 7.1 Distribución actual de Rana draytonii ..................................................... 39 7.2 Variables ambientales .............................................................................. 43 7.3 Variables antropogénicas ......................................................................... 45 7.3.1 Ganadería, turismo y extracción de agua ............................................. 45 7.3.2 Porcentaje de área natural, distancia a poblados y a cultivos. .............. 47 7.3.3 Especies exóticas ................................................................................. 48 7.3.4 Relación entre lejanía de zona urbana y amenazas antropogénicas. ... 50 7.3.5 Impacto de variables antropogénicas en Rana draytonii....................... 52 7.4 Quitridiomicosis ........................................................................................ 57 7.4.1 En especies de anuros en el area de estudio ....................................... 57 7.4.2 Quitridiomicosis en poblaciones de Rana draytonii ............................... 60 7.5 Análisis moleculares ................................................................................. 63 7.5.1 Estructura genética .............................................................................. 63 7.5.2 Variabilidad genética ............................................................................. 68 7.5.3 Diferenciación genética ......................................................................... 72 7.5.4 Comparación con poblaciones de California ......................................... 74 8. DISCUSIONES ................................................................................................. 78 8.1 Distribución actual de Rana draytonii ..................................................... 78 8.2 Amenazas en el área de estudio para anuros nativos............................ 87 8.3 Genética de poblaciones .......................................................................... 92 9. CONCLUSIONES ........................................................................................... 102 10. LITERATURA CITADA ................................................................................. 103 Anexos ............................................................................................................... 118