- Los investigadores de vida silvestre pueden obtener información de muestras fecales para conocer el estado reproductivo de los animales, su parentesco, relaciones genéticas y presencia de parásitos o virus, como el Zika.
- Los científicos que estudiaron primates salvajes en América del Sur en la década de 1990 desarrollaron técnicas para comprender cómo las hormonas, los esteroides y otros compuestos se relacionan con los comportamientos reproductivos de los animales.
¿Alguna vez pensó en la información que podemos obtener de una simple muestra de heces? Los investigadores de vida silvestre lo han hecho, y la información que obtienen de las muestras de excremento puede informarles sobre el estado reproductivo de los animales, el parentesco, las relaciones genéticas y la presencia de parásitos o virus como el Zika.
Durante décadas, los investigadores han hurgado y analizado las heces de sus especies de estudio para saber qué comían. Más recientemente, el análisis fecal ha proporcionado a los científicos una forma no invasiva de recopilar mucha más información. Los biólogos que estudian primates salvajes, por ejemplo, han analizado muestras fecales durante varias décadas gracias a los avances en las técnicas para aislar hormonas, ADN y microorganismos de las heces.
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Usos tempranos de muestras fecales de primates
Una de las pioneras en el uso de heces para monitorear poblaciones de primates es Karen Strier, profesora de la Universidad de Wisconsin-Madison. Ella estudia a los monos araña muriqui, en el pasado también conocidos como monos araña lanudos, un primate de gran tamaño que vive en el dosel de los bosques de Brasil.
Al principio de su carrera en la década de 1990, Strier estaba interesada en estudiar la biología reproductiva de los muriqui para comprender mejor cuándo estaban ovulando las hembras de sus grupos de estudio y cuándo quedaban preñadas. Ese tipo de información es potencialmente valiosa para evaluar las dinámicas poblacionales y para gestionar su conservación.
Debido al estado de peligro de extinción de los muriquis y al compromiso de Strier de realizar investigaciones de la manera menos invasiva posible, la investigadora comenzó a explorar métodos de muestreo no invasivos. Poco antes conoció a Toni Ziegler del Centro Nacional de Investigación de Primates de Wisconsin (ubicado en la Universidad de Wisconsin-Madison), quien en ese momento era un colega en la fase inicial de su carrera científica.
Juntos trabajaron en una investigación que descubrió que las hormonas esteroides podrían extraerse de muestras fecales y vincularse con el ciclo menstrual y el embarazo en primates cautivos y salvajes. El dúo comenzó a desarrollar formas de hacer esto con las poblaciones silvestres de muriqui que Strier estaba estudiando.
Tomar muestras de heces y orina de la vida silvestre es una forma no invasiva de monitorear su estado físico. Para los investigadores que estudian especies en peligro de extinción, es aún más importante explorar técnicas no invasivas para no estresar ni perturbar a las especies de estudio. Aunque Strier podía ver a las hembras muriquis de su grupo de estudio, no las podía observar todo el tiempo y sabía que podría perderse algunos eventos de comportamiento clave. “No siempre se puede asociar el comportamiento a la reproducción. Si quieres entender qué está pasando fisiológicamente, necesitas algún tipo de mecanismo fisiológico”, le dijo Strier a Mongabay. Ahí es donde entran en juego las hormonas.
Strier y Ziegler comenzaron a desarrollar sus propios métodos para tomar muestras de heces y extraer hormonas. Además de ser pacientes y esperar a que los monos defequen, encontrar, recolectar y procesar muestras fecales puede resultar complicado.
Cuando comenzaron, tomaban algunas de las muestras y las colocaban en recipientes con etanol para enviarlas de regreso a los laboratorios en los Estados Unidos. Desde el punto de vista logístico, el envío de las muestras presentó dificultades porque existían limitaciones en la cantidad de etanol permitida dentro de un paquete.
Más tarde, los científicos modificaron el uso de cartuchos que normalmente se usan para extraer las hormonas en el laboratorio para que pudieran hacer las extracciones mientras estaban en el campo. Esto significaba que podían enviar los cartuchos que contenían solo las hormonas, en lugar de la materia fecal en etanol. Strier y Ziegler publicaron sus hallazgos sobre el ciclo reproductivo de los muriquis en 1997, informando la duración promedio del ciclo de las hembras y la duración de la gestación, entre otra información.
Los investigadores también estudian el comportamiento reproductivo de los primates a través del análisis de ADN. Uno de los colaboradores de Strier, Anthony Di Fiore de la Universidad de Texas en Austin, quería estudiar la biología reproductiva y el comportamiento de los monos lanudos, incluidos sus sistemas de apareamiento y estructura de población. Los científicos pueden habituar a los primates a la presencia humana, lo que les permite seguir grupos y evaluar el comportamiento de cada mono individual mientras permanezca con el grupo.
“Así que una de las cosas que no podía saber cuando observaba a los monos era qué sexo se estaba dispersando […] y qué tan lejos se estaban moviendo los animales cuando dejaban sus grupos sociales”, dijo Di Fiore a Mongabay.
De sus muestras fecales recolectadas en Ecuador, pudo extraer ADN y usarlo para evaluar el género y la relación entre los individuos dentro de un grupo. Di Fiore y sus colaboradores utilizaron esta información genética para determinar que los monos lanudos machos y hembras se dispersaban y se unían a otros grupos cuando eran adultos, lo que coincidía con las observaciones de campo.
El grupo de Di Fiore también está investigando el éxito reproductivo y la paternidad. Según los datos hormonales, pueden saber cuándo están ovulando las hembras y relacionarlo con el comportamiento, qué individuos se juntan y en qué momento, y el comportamiento sexual de los animales, dijo Di Fiore.
Utilizando muestras de heces y orina, él y su equipo también investigan el comportamiento cooperativo en monos lanudos y monos araña macho, enfocándose en cómo las hormonas y otros marcadores coinciden con el patrullaje y la defensa territorial.
Estudio de microorganismos en primates
Los investigadores también están haciendo preguntas sobre los microbiomas de los primates. Katie Amato, profesora asistente de la Universidad Northwestern de Illinois, se interesó en este tema cuando notó una investigación que sugería que la obesidad era causada en parte por microbios, y específicamente microbios que podrían estar produciendo energía que los anfitriones podrían usar de manera más eficiente. Actualmente está aplicando técnicas a primates en México.
“Pensé que sería realmente interesante […] tratar de comprender si había cambios en el microbioma que podrían mejorar sus contribuciones al equilibrio energético y la nutrición del huésped, y así ayudarlos a sobrevivir a períodos de estrés nutricional”, dijo Amato.
“El desafío con las muestras de microbioma es básicamente congelarlas, o conservarlas de alguna manera, casi de inmediato”, dijo Amato. “Tan pronto como un animal defeca, el entorno en el que se encuentran esos microbios cambia drásticamente”. El cambio en el medio ambiente puede significar que ciertas especies microbianas comenzarán a crecer más rápidamente que otras, cambiando así la abundancia relativa de las especies que están presentes y dando a los investigadores una visión sesgada del ecosistema microbiano.
Para evitar que esto suceda, Amato coloca la muestra fecal directamente en etanol, matando a todos los microbios instantáneamente, y luego usa técnicas de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) para saber qué especies están presentes de acuerdo con las cantidades relativas de ADN. Sin embargo, si los investigadores desean cultivar las especies microbianas en placas de Petri más adelante en el laboratorio, las muestras fecales deben congelarse dentro de las cuatro a seis horas posteriores a la recolección y deben permanecer congeladas hasta llegar al laboratorio.
Otros investigadores se están centrando en las enfermedades infecciosas de los primates. Krista Milich, profesora asistente de la Universidad de Washington en St. Louis, estudia la llegada del virus del Zika a las poblaciones de primates de América del Sur. Ella y sus colaboradores han aislado con éxito el virus de primates infectados criados en cautiverio, y su actual estudio en curso tiene como objetivo identificar qué especies de primates sudamericanos pueden albergar Zika en la naturaleza.
Los virus son difíciles de tratar, especialmente en las heces, porque los investigadores están buscando ARN viral, que es monocatenario e inherentemente menos estable como compuesto que el ADN bicatenario.
“Son mucho más sensibles”, le dijo Milich a Mongabay. Si las muestras no se manipulan y almacenan correctamente, existe una alta probabilidad de que no se detecte el virus simplemente porque es frágil y fue destruido antes de que uno tenga la oportunidad de detectarlo.
Para los estudios de Zika deben congelar las muestras fecales en el campo para preservar el virus si está allí. Eso significa que necesitan acceso a nitrógeno líquido o congeladores, a menudo en lugares remotos como la selva amazónica, lo cual puede ser muy costoso. De vuelta en el laboratorio, Milich y sus colaboradores primero deben extraer el ARN viral y luego usar un método de PCR con transcriptasa inversa para detectar si el virus del Zika está allí.
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Nuevas opciones de investigación
Investigadores jóvenes se están beneficiando de los primatólogos pioneros como Strier, Ziegler y Di Fiore. Por ejemplo, Ronnie Steiniz de la Universidad de California, Santa Bárbara (UCSB), está utilizando técnicas similares para estudiar a los monos de cola roja en Uganda. Estos pequeños primates comen frutas e insectos pero a menudo comparten hábitats con monos más grandes como chimpancés y mangabeys.
Usando muestras de heces y orina, Steiniz espera encontrar patrones en hormonas y biomarcadores como péptido C, cortisol y triyodotironina que se relacionen con la competencia de recursos con otras especies de primates en lugares con diferentes niveles de recursos y alteración del hábitat.
La carga de parásitos puede contar otra historia. Hannah Frogge, también de UCSB, espera que al identificar los parásitos en las heces de una población de monos azules que disminuye lentamente en el Parque Nacional Kibale en Uganda, pueda determinar si la carga de parásitos está afectando su supervivencia.
“Siempre que miramos a los parásitos también vemos si son sintomáticos”, dijo Frogge. Y esa combinación de observaciones de comportamiento y los resultados de laboratorio es lo que hace que el muestreo de heces sea un enfoque tan importante y poderoso para estudiar las poblaciones de primates silvestres.
Lo que hace posible el análisis fecal
Debido a que los investigadores registran el comportamiento de los primates de forma casi continua, la mayor ventaja de utilizar enfoques no invasivos como muestras de heces y orina es poder combinarlos con observaciones de comportamiento simultáneas y técnicas de laboratorio cada vez más avanzadas. Estos métodos no invasivos ayudan a a formular nuevas preguntas y, al mismo tiempo, minimizan el impacto en las poblaciones silvestres.
“Creo que estamos empezando a abordar algunas de las preguntas más importantes de manera más eficaz”, dijo Amato. Y debido a que muchos primatólogos ya están realizando estudios a largo plazo, pueden coordinar la recopilación y el análisis de datos.
Di Fiore est’a de acuerdo, destacando la interdisciplinariedad de la biología orgánica contemporánea y señalando que integra las observaciones del comportamiento en el campo con una variedad de técnicas de laboratorio, y añadió que “uno puede aprender mucho más sobre la historia real de la biología del comportamiento [y] la adaptación de estas criaturas al adoptar ese enfoque colaborativo e interdisciplinario”.
Referencias
- Di Fiore, A., Link, A., Schmitt, C. A., & Spehar, S. N. (2009). Dispersal patterns in sympatric woolly and spider monkeys: integrating molecular and observational data. Behaviour, 437-470.
- Strier, K. B., & Ziegler, T. E. (1997). Behavioral and endocrine characteristics of the reproductive cycle in wild muriqui monkeys, Brachyteles arachnoides. American Journal of Primatology, 42(4), 299-310.
Esta historia fue publicada por primera vez en la web en inglés el 29 de enero de 2020.
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