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INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS DA AMAZÔNIA INPA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ECOLOGIA DENSIDADE POPULACIONAL DE HOSPEDEIROS E SUA RELAÇÃO COM PREVALÊNCIA E DIVERSIDADE DE PARASITAS CAUSADORES DA MALÁRIA AVIÁRIA ENTRE AVES DE SUB- BOSQUE NA FLORESTA AMAZÔNICA CAROLINA SCHUCH DE OLIVEIRA Manaus, Amazonas Julho, 2015

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Page 1: DENSIDADE POPULACIONAL DE HOSPEDEIROS E SUA RELAÇÃO … · A densidade populacional dos hospedeiros foi estimada com o uso de um modelo de marcação-recaptura espacialmente explícito,

INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS DA AMAZÔNIA – INPA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ECOLOGIA

DENSIDADE POPULACIONAL DE HOSPEDEIROS E SUA RELAÇÃO

COM PREVALÊNCIA E DIVERSIDADE DE PARASITAS

CAUSADORES DA MALÁRIA AVIÁRIA ENTRE AVES DE SUB-

BOSQUE NA FLORESTA AMAZÔNICA

CAROLINA SCHUCH DE OLIVEIRA

Manaus, Amazonas

Julho, 2015

Page 2: DENSIDADE POPULACIONAL DE HOSPEDEIROS E SUA RELAÇÃO … · A densidade populacional dos hospedeiros foi estimada com o uso de um modelo de marcação-recaptura espacialmente explícito,

CAROLINA SCHUCH DE OLIVEIRA

DENSIDADE POPULACIONAL DE HOSPEDEIROS E SUA RELAÇÃO

COM PREVALÊNCIA E DIVERSIDADE DE PARASITAS

CAUSADORES DA MALÁRIA AVIÁRIA ENTRE AVES DE SUB-

BOSQUE NA FLORESTA AMAZÔNICA

ORIENTADOR: GONÇALO FERRAZ

Dissertação apresentada ao Instituto

Nacional de Pesquisas da Amazônia

como parte dos requisitos para

obtenção do título de Mestre em

Biologia (Ecologia).

Manaus, Amazonas

Julho, 2015

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BANCA AVALIADORA

Parecer

Dr. Igor Luis Kaeffer (UFAM) Aprovado

Dra. Luiza Magalli Henriques (INPA) Aprovado

Dr. Rafael Leandro de Assis (INPA) Aprovado

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O48 Oliveira, Carolina Schuch de

Densidade populacional de hospedeiros e sua relação com

prevalência e diversidade de parasitas causadores da malária

aviária entre aves de sub-bosque na floresta amazônica / Carolina

Schuch de Oliveira. --- Manaus: [s.n.], 2015.

vi, 51 f. : il. color.

Dissertação (Mestrado) --- INPA, Manaus, 2015.

Orientador : Gonçalo Ferraz.

Área de concentração : Ecologia.

1.Ecologia de populações. 2. Malária aviária. 3. Interação

parasita-hospedeiro. I. Título.

CDD 616.9362

Sinopse

Este trabalho testou predições de correlação positiva entre a densidade populacional de aves e

duas métricas de infecção para malária aviária, prevalência e número de linhagens de

parasitas, para doze espécies de aves de sub-bosque em uma floresta amazônica de terra firme

príxima a Manaus. A densidade populacional dos hospedeiros foi estimada com o uso de um

modelo de marcação-recaptura espacialmente explícito, ajustado para dados de cinco meses

de amostragem na área de estudo.

Palavras-chave: Plasmodium, Haemoproteus, Denso-dependência, Haemosporidae,

Interação parasita-hospedeiro.

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Agradecimentos

Agradeço ao Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, em especial ao Programa de Pós-

Graduação em Ecologia pelo curso de mestrado disponibilizado e ao CNPq pela minha bolsa

de estudo.

À FAPEAM e ao Smithsonian Institution pelo financiamento do projeto em que minha

pesquisa se inseriu, e ao Malaria Research Coordination Network pelo apoio financeiro que

permitiu meu treinamento laboratorial e a realização das análises moleculares.

Ao Projeto Dinâmica Biológica de Fragmentos Florestais pela infraestrutura e apoio logístico.

Ao Laboratório de Evolução e Genética Animal (LEGAL) da Universidade Federal do

Amazonas, pelo apoio na preparação das amostras e boa vontade de sua equipe.

Ao Dr. Robert Ricklefs e sua equipe por terem me recebido com tanta gentileza e

generosidade em seu laboratório.

À Letícia Soares pelo tempo dedicado ao meu treinamento, a este projeto, e a me dar o tão

necessário apoio moral.

Aos companheiros de campo e amigos Juruna, Aída, Luíza, Pedro, Alejandra, Chico e

Gilberto, por viabilizarem esse projeto e me ensinarem muito; e ao Rafael pelo apoio logístico

da melhor qualidade.

Ao meu orientador Gonçalo Ferraz, pelo comprometimento com este trabalho e por ter me

feito aprender mais do que eu acreditava que seria capaz.

À minha família pelo apoio emocional, psicológico e logístico. Em especial à minha mãe, Ana

Schuch, pela paciência e incondicionalidade desse apoio, além dos bons exemplos de sempre.

Aos meus amigos, por serem a extensão da minha família e continuarem gostando de mim

apesar da loucura e das ausências.

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Resumo

Este trabalho testou duas predições de correlação positiva entre densidade populacional de

aves e duas métricas de infecção para malária aviária: prevalência e número de linhagens de

parasitas. A prevalência mensura a proporção de indivíduos infectados na população de

hospedeiros, enquanto o número de linhagens mensura a diversidade de parasitas. Para tal,

nós estimamos a densidade populacional de doze espécies de aves de sub-bosque (sete

Thamnophilidae e cinco Furnariidae) usando um modelo de marcação-recaptura

espacialmente explícito, ajustado para dados de cinco meses de amostragem em uma floresta

de terra firme próxima a Manaus (Amazonas, Brasil). Esta abordagem leva em consideração

as movimentações dos indivíduos e a imperfeição do processo de amostragem, nos permitindo

obter estimativas do número de indivíduos por unidade de área (densidade) com incertezas

associadas, proporcionando uma visão mais acurada do sistema parasita-hospedeiro através da

redução do viés amostral. Para estimar a prevalência e número de linhagens para cada espécie

hospedeira, coletamos e analisamos amostras de sangue de indivíduos hospedeiros com

ensaios de PCR (Polymerase Chain Reaction) e sequenciamento do DNA mitocondrial dos

parasitas. Estas amostras são provenientes das mesmas aves capturadas para estimar a

densidade de espécies. Nossos resultados não apoiaram as predições de relação positiva entre

densidade do hospedeiro e as duas métricas de infecção. A ausência de relação entre

abundância e prevalência reforça a ideia de que a transmissão indireta por vetores artrópodes

evita que a raridade de hospedeiros e limita a prevalência. Por outro lado, a ausência de uma

relação entre densidade e número de linhagens sugere que uma comunidade de parasitas em

sua maioria generalistas é compartilhada com um amplo grupo de espécies.

Palavras-chave: Denso-dependência, Haemoproteus, Haemosporidae, Interação parasita-hospedeiro,

Plasmodium

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Abstract

Host population density and its relation with prevalence and diversity of avian malaria

parasites in understory birds in Amazonian forest.

This work tested two predictions of positive correlation between birds population density and

two metrics of avian malaria infection: prevalence and number of parasites lineages.

Prevalence measures the proportion of infected individuals in the host population, while

number of lineages measures the parasite diversity. For this, we estimated the population

density of twelve Amazonian understory bird species (seven Thamnophilidae and five

Furnariidae) using a spatially explicit mark-recapture model, fitted to five months of banding

data in a upland forest site near Manaus (Amazonas, Brazil). This approach takes into account

the individual moviments and the imperfection of sampling process, allowing us to obtain

estimates of number of individuals per unit area (density) with associated uncertainties,

providing a more accurate picture of a parasite-host system by reducing the sample bias. To

estimate prevalence and number of lineages for each host species, we collected and analysed

blood samples from host individuals with PCR assays and sequencing of the parasites’

mitochondrial DNA. These samples were taken from the same birds that appear in the mark-

recapture data used for estimate species density. Our results didn’t support predictions of a

positive relation between host abundance and the two metrics of infection. The absence of

relation between abundance and prevalence reinforces the idea that indirect transmission by

arthropod vectors prevents host rarity from limiting prevalence. On the other hand, the

absence of a relation between density and number of lineages suggests that a community of

mostly generalist parasites is shared by a wide group of species.

Key-words: Density-dependence, Haemoproteus, Haemosporidae, host-parasite interaction,

Plasmodium

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Sumário

Introdução 1

Objetivo geral 5

Objetivos específicos 5

Capítulo 1: Host population density and its relation with prevalence and diversity of avian

malaria parasites in understory birds in Central Amazonia

7

Cover page 8

Summary 9

1. Introduction 10

2. Materials and methods 12

2.1 Study Area 12

2.2 Sampling Design 12

2.3 Host density estimation 14

2.4 Avian malaria detection and prevalence estimation 15

2.5 Haemosporidians’ DNA genotyping and lineage diversity 16

3. Results 16

4. Discussion 19

Acknowledgments 21

References 22

Tables 25

Figure legends 26

Figures 27

Appendix S1. Description of PCR assays 30

Appendix S2. Table S1. Captures, molecular data and analysis results for all avian species analysed 31

Appendix S3. Table S2. Haemosporidian lineages, genus and used source 35

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Appendix S4. SCR0 model in BUGS language 36

Appendix S5 – Prevalence model in BUGS language 37

Conclusão 38

Anexos 39

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1

Introdução

Os parasitas causadores da malária aviária, protozoários (Filo Apicomplexa, Ordem

Hemosporida) transmitidos por vetores, infectam o sangue de diversas espécies de

vertebrados. Levando em consideração características morfológicas e do ciclo de vida dos

parasitas, o termo malária tradicionalmente era utilizado para designar infecções por parasitas

do gênero Plasmodium. Porém, mais recentemente, análises filogenéticas mostraram que o

gênero de protozoários Haemoproteus é geneticamente próximo a Plasmodium sp, de modo

que, apesar de suas diferenças, passou a ser incluído entre o grupo de parasitas da malária

aviária (Ricklefs et al. 2005). De fato, dados moleculares mostraram que as espécies de

Plasmodium sp de aves e repteis são mais próximas geneticamente de Haemoproteus sp do

que de Plasmodium sp de mamíferos (Pérez-Tris et al. 2005; Ricklefs et al. 2005).

Estudos moleculares identificaram mais de 1300 linhagens de hemosporídeos em aves

(Clark, Clegg & Lima 2014), sendo os parasitas da malária aviária um grupo diverso e

abundante na maior parte das famílias (Valkiunas 2005). O gênero Plasmodium é comum em

aves de todos os continentes exceto Antártida (Valkiunas 2005; Bensch, Hellgren & Pérez-

Tris 2009; Perkins 2014), enquanto Haemoproteus é também amplamente distribuído, porém

não foi detectado por testes moleculares na Nova Zelândia, Havaí e Polinésia Francesa

(embora linhagens de Haemoproteus sp tenham sido descritas por técnicas de microscopia no

Havaí) (Valkiunas 2005; Clark et al. 2014). Em um estudo recente de análise de dados de

distribuição e estimativas de diversidade, Clark et al.(2014) estimou que a diversidade de

Haemoproteus sp é significativamente mais alta do que a de Plasmodium sp em todas as áreas

em que os gêneros co-ocorrem, com exceção da América do Sul, onde a diversidade de

Plasmodium é mais alta.

Plasmodium sp e Haemoproteus sp apresentam ciclos de vida complexos que utilizam

dois grupos de hospedeiros diferentes, vertebrados (Como as aves, no caso deste estudo) e

invertebrados (dípteros hematófagos). Embora apresentem semelhanças entre si, os ciclos de

vida destes parasitas possuem diferenças importantes, como o invertebrado utilizado:

Plasmodium sp utiliza mosquitos da família Culicidae, enquanto Haemoproteus sp utiliza

insetos da família Ceratopogonidae (meruins) e Hippoboscidade.

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Resumidamente, o ciclo de vida do parasita no hospedeiro invertebrado começa

quando o vetor ingere sangue de um pássaro infectado que contenha os parasitas na forma de

gametócitos. Um processo sexuado conhecido como esporogonia ocorre no trato digestório do

inseto infectado, dando origem a células chamadas esporozoítos, que migram para suas

glândulas salivares. Isso possibilita que os esporozoítos sejam inoculados pelo inseto no

momento em que ele pica um novo hospedeiro vertebrado suscetível. Uma vez neste

hospedeiro, o parasita passa por uma fase de reprodução assexuada nas células do sistema

reticuloendotelial (monócitos e macrófagos) em diferentes partes do corpo dependendo do seu

gênero, aumentando a carga parasitária. Esta fase equivale ao período pré-patente da

parasitose (Valkiunas 2005). A partir daí, o estágio agora chamado de merozoíto pode

perpetuar o ciclo de reprodução assexual ou então passar por um desenvolvimento diferencial

que resulta na formação de células sexuais especializadas na transição entre o hospedeiro

vertebrado e o invertebrado, os gametócitos.

No gênero Plasmodium, após o período pré-patente os merozoítos invadem as células

vermelhas do hospedeiro e, após uma sucessão de estágios e reproduções assexuadas, passam

por um desenvolvimento diferencial que resulta na formação de células sexuais especializadas

na transição entre o hospedeiro vertebrado e o invertebrado, os gametócitos. Os parasitas do

gênero Haemoproteus não realizam merogonia nos eritrócitos do hospedeiro, e sim em

diferentes tecidos do corpo (Atkinson 2008). De qualquer forma, após esta fase, os

gametócitos se reproduzem dentro dos eritrócitos de seus hospedeiros, e esta fase é chamada

ciclo eritrocítico. Os gametócitos tem potencial para produção de gametas, mas só o fazem

quando no hospedeiro invertebrado. Assim, insetos que piquem os hospedeiros e ingiram

gametócitos completam o ciclo. Uma vez que a reprodução sexuada ocorre nos vetores, os

pássaros são considerados hospedeiros intermediários e os invertebrados hospedeiros finais

(Valkiunas 2005).

A malária em aves tem cinco estágios conhecidos: pré-patente, agudo, crise, crônico e

latente. A fase pré-patente ocorre quando o parasita ainda está se reprodizindo fora do sangue

do hospedeiro. O estágio agudo ocorre quando os parasitas estão na forma infectante no

sangue do hospedeiro (parasitemia); e quando a parasitemia atinge um pico ocorre a crise. A

parasitemia pode durar desde uma a várias semanas ou até meses, dependendo da linhagem do

parasita, espécie do hospedeiro e outros fatores. Após este período, há uma redução na

quantidade de parasitas no sangue e a infecção se torna crônica no hospedeiro sobrevivente, o

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qual passa a manter uma infecção persistente com baixa carga parasitária no sangue. Este

estágio também pode ter duração variável. Após a fase crônica, a malária aviária

frequentemente entra num estágio latente, onde os parasitas desaparecem do sangue do

hospedeiro, mas persistem em órgãos internos, como fígado e baço. Recidivas (quando o

parasita torna a aparecer no sangue do hospedeiro) podem ocorrer periodicamente,

especialmente no período reprodutivo (Valkiunas 2005).

As informações disponíveis a respeito da patogenicidade de hemosporídeos em aves

são quase completamente baseadas em resultados de experimentos laboratoriais com aves

domésticas. Indivíduos infectados com sinais clínicos costumam apresentar anemia, letargia,

anorexia e penas eriçadas (Atkinson 2008). As patologias mais sérias causadas por

Plasmodium sp são associadas com o bloqueio de capilares em órgãos vitais pelo acúmulo de

parasitas e suas consequências. Para hemosporídeos em geral, uma consequência patológica

importante do desenvolvimento dos parasitas no sangue é a anemia causada pela destruição

dos eritrócitos (Valkiunas 2005).

Embora existam muitos registros a respeito de infecções patogênicas, os impactos da

malária aviária no fitness e na dinâmica populacional das aves é pouco compreendido (Wood

& Cosgrove 2006). Registros de epizootias são raros e mais comumente associados a aves de

cativeiro (Lapointe, Atkinson & Samuel 2012) e introdução de parasitas ou vetores em áreas

livres de malária aviária. Por exemplo, este foi o caso no Hawaii, onde a introdução do vetor

Culex quinquefasciatus em 1826 possibilitou a infecção de hospedeiros até então livres da

doença por Plasmodium relictum (Woodworth et al. 2005), causando alta mortalidade e

implicando em extinção, declínio de populações e restrição da distribuição de múltiplas

espécies (Lapointe et al. 2012).

Com exceção de epizootias, registros de doença aguda ou morte em pássaros de vida

livre são difíceis de obter, pois o estágio agudo da malária aviária é breve e pode produzir

mortalidade significativa (Lachish et al. 2011). Além disso, indivíduos doentes são menos

detectáveis, uma vez que se movem menos e podem ser mais rapidamente predados do que os

saudáveis. Pela possibilidade de existência desse viés, é possível que a informação a respeito

dos seus efeitos em populações silvestres seja baseada, em sua maioria, em indivíduos com

infecções crônicas e latentes (Valkiunas 2005). Entretanto, infecções crônicas parecem ter

custo no fitness dos hospedeiros, como diminuição da capacidade competitiva (Valkiunas

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2005), menor número de filhotes sobreviventes (Knowles, Wood & Sheldon 2010) e menor

expectativa de vida (Asghar et al. 2015).

De qualquer forma, informações a respeito dos efeitos da malária aviária em

populações silvestres nas quais a infecção é endêmica são escassas (Lachish et al. 2011) e na

maior parte baseadas em estudos com uma única espécie. Estudos experimentais em

populações do chapin-azul (Paridae: Cyanistes caeruleus) das áreas temperadas da Europa e

Ásia ocidental, encontraram que tanto infecções agudas quanto crônicas implicam em

diminuição das taxas de sobrevivência (Lachish et al. 2011) e uma exacerbação do

compromisso entre quantidade e qualidade de prole (Knowles et al. 2010).

Dentre as questões de como os parasitas da malária aviária se comportam em

populações silvestres endêmicas está a importância da densidade populacional de seus

hospedeiros. Quando a densidade do hospedeiro tem um papel importante na transmissão do

parasita, e portanto na sua prevalência, a transmissão é chamada denso-dependente (Begon et

al. 2002). A transmissão denso-dependente pode ocorrer em parasitas com ciclo de vida direto

(que utiliza apenas um hospedeiro em seu ciclo de vida) ou indireto (dois ou mais

hospedeiros). No caso de parasitas com ciclo de vida indireto, a razão entre as populações de

vetores e de hospedeiros vai ser determinante (Anderson & May 1979), uma vez que a

transmissão se relaciona com a probabilidade de encontro entre hospedeiros. Assim, quanto

maior o número de indivíduos hospedeiros por unidade de área, mais oportunidades para

novas infecções e, consequentemente, maior a prevalência dos parasitas na população de

hospedeiros. Essas motivações teóricas a respeito da transmissão denso-dependente de

parasitas são apoiadas por alguns estudos empíricos que encontraram relação positiva entre

densidade de hospedeiro e prevalência de parasitas (Goater, Goater & Esch 2014), inclusive

para parasitas da malária aviária (Isaksson et al. 2013; Drovetski et al. 2014).

Além disso, diferentes densidades de hospedeiros também podem direcionar a

diversidade de parasitas em uma população. Se hospedeiros que ocorram em altas densidades

populacionais tendem a ser mais facilmente infectados por parasitas de um modo geral

(Poulin 2006), podemos esperar que populações com altas densidades apresentem maior

diversidade de parasitas. Esta predição foi confirmada por estudos empíricos que encontraram

relação entre densidade populacional e diversidade de parasitas em diferentes espécies de

hospedeiros (Morand & Poulin 1998; Arneberg 2002; Lindenfors et al. 2007).

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Justamente porque a transmissão é relacionada com a probabilidade de encontro entre

hospedeiros, é o número de indivíduos por unidade de área que influencia as oportunidades de

novas infecções para os parasitas. Assim, quando falamos a respeito de infecções em uma

população de hospedeiros, uma estimativa de abundância não específica (a qual retorna o

possível número de indivíduos em uma situação de amostragem) não é tão informativa quanto

um valor de densidade. Além disso, é importante considerar que a detecção de parasitas em

uma amostra biológica não é perfeita, mesmo em técnicas moleculares sensíveis como a PCR

(Polymerase Chain Reaction) (Valkiunas 2005). Portanto, quanto maior o número de

amostras, maior a probabilidade de sucesso em encontrar indivíduos infectados e também de

detectar um maior número de espécies de parasitas, o que poderia distorcer nossa impressão a

respeito da influência da denso-dependência, enfatizando-a excessivamente. Por essas razões,

o uso de estimativas do número de indivíduos por unidade de área e suas incertezas associadas

podem ser decisivas para a interpretação das relações denso-dependentes.

Neste trabalho nós testamos as predições de relação positiva entre densidade

populacional de aves e infecção por malária aviária. Nós estimamos o número de indivíduos

hospedeiros por unidade de área usando modelos matemáticos que levam em conta os

movimentos dos indivíduos capturados, e analisamos os ensaios moleculares levando em

consideração o processo amostral. Essa abordagem contribuiu para a construção de um retrato

mais acurado do sistema parasita-hospedeiro e de sua relação com a densidade populacional

do hospedeiro.

Objetivo geral:

Investigar se a prevalência e diversidade de parasitas causadores da malária aviária em

populações de espécies de aves de sub-bosque na floresta amazônica tem relação com a

densidade populacional de seus hospedeiros vertebrados.

Objetivos específicos:

1- Obter estimativas do número de indivíduos por unidade de área para espécies de aves

de sub-bosque na área estudada.

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2- Testar se existe correlação positiva entre a densidade populacional de aves e duas

métricas de infecção para malária aviária, prevalência e número de linhagens de

parasitas.

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Capítulo 1

Oliveira, C.S.; Soares, LS; Farias, IP; Ferraz, G. Host

population density and its relation with prevalence and

diversity of avian malaria parasites in understory birds in

Central Amazonia. Manuscrito formatado para a revista

Journal of Animal Ecology.

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Host population density and its relation with prevalence and 1

diversity of avian malaria parasites in understory birds 2

in Central Amazonia 3

4

5

6

Carolina Schuch *a, Letícia Soares b, Izeni Pires Farias c, Gonçalo Ferraz d 7

aPrograma de Pós-Graduação em Ecologia, Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, 8

Manaus, Brazil 9

b University of Missouri- Saint Louis, Sait Louis, United States 10

c Universidade Federal do Amazonas, Manaus, Brazil 11

d Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, Brazil 12

*Corresponding author: [email protected] 13

14

15

16

17

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Summary 18

This work tested two predictions of positive correlation between avian population density and 19

two metrics of avian malaria infection: prevalence and number of parasites lineages. 20

Prevalence measures the proportion of infected individuals in the host population, while 21

number of lineages measures the parasite diversity. For this, we estimated the population 22

density of twelve Amazonian understory bird species (seven Thamnophilidae and five 23

Furnariidae) using a spatially explicit mark-recapture model, fitted to five months of banding 24

data in a upland forest site near Manaus (Amazonas, Brazil). This approach takes into account 25

the individuals movements and the imperfection of sampling process, allowing us to obtain 26

estimates of number of individuals per unit area (density) with associated uncertainties, 27

providing a more accurate picture of a parasite-host system by reducing the sample bias. To 28

estimate prevalence and number of lineages for each host species, we collected and analysed 29

blood samples from host individuals with PCR assays and sequencing of the parasites’ 30

mitochondrial DNA. These samples were taken from the same birds that appear in the mark-31

recapture data used for estimate species density. Our results didn’t support predictions of a 32

positive relation between host abundance and the two metrics of infection. The absence of 33

relation between abundance and prevalence reinforces the idea that indirect transmission by 34

arthropod vectors prevents host rarity from limiting prevalence. On the other hand, the 35

absence of a relation between density and number of lineages suggests that a community of 36

mostly generalist parasites is shared by a wide group of species. 37

Key-words: Density-dependence, Haemosporidae, Haemoproteus, host-parasite interaction, 38

Plasmodium. 39

40

41

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1. Introduction 42

A parasite’s population dynamics depends on population characteristics of its host, such as the 43

number of susceptible individuals, the pathogen infectivity, host resistance and availability of 44

whatever transmits the infection. The transmission rate depends on the proportion among 45

infected hosts (in the case of a direct parasite life cycle) or vectors (in the case of parasites 46

with indirect life cycle) and the susceptible individuals. When the hosts densities plays a 47

important role in the parasite transmission, and therefore in its prevalence, the transmission is 48

called density-dependent (Begon et al. 2002). 49

The density-dependent transmission can occur in direct or indirect parasitic life cycles. In the 50

case of parasites with indirect life cycle, the ratio between the sizes of the populations of 51

vectors and hosts will be determinant (Anderson & May 1979). Moreover, host species 52

occurring at high population densities tend to be more easily infected by different parasite 53

species (Poulin 2006), resulting in greater parasitic diversity. This prediction was confirmed 54

by empirical studies that found a relationship between population density and diversity of 55

parasites in different host species (Morand & Poulin 1998; Arneberg 2002; Lindenfors et al. 56

2007). 57

There are compelling biological motifs and well-established theory regarding the density-58

dependent parasite transmission (Anderson & May 1979) and consequent positive effect of 59

population size on the host prevalence (Goater et al. 2014) and diversity of parasites (Poulin 60

2006). When we study parasites infections in a host population, a non-specified abundance 61

estimative (which returns the possible number of individuals in a sampling situation) is not 62

informative as a density value. Once transmission is related with encounter probability among 63

hosts, is the number of individuals per area unit that influences the parasites’ opportunities for 64

new infections. 65

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11

The use of a method to estimate host population abundance that takes into account the 66

movements of individuals captured allow us to obtain estimates of the number of individuals 67

per unit area (density) with associated uncertainties (Royle, Kéry & Guélat 2011), and that 68

can make a difference in the interpretation of density-dependent relations. This approach for 69

abundance estimates, called spatially explicit mark-recapture model (SECR), in the estimates 70

of host abundance can contribute to provide a more accurate picture of a parasite-host system 71

by reducing the sample bias. 72

Another issue that can influence our perception about both metrics of parasite infection is the 73

vertebrate hosts’ samplig process. Once prevalence and diversity are estimated from samples 74

within a population, and the capture success is influenced by host density (among other 75

factors), the more common is the host, more biological samples will be potentially collected. 76

Since the detection of parasites in a biological sample is not perfect, the larger the number of 77

samples, the higher the probability of success in finding infected individuals and also to detect 78

a larger number of parasites species, which could distort our impression regarding this 79

relationship, emphasizing it excessively. For this reason, we will take into account the 80

sampling process also in the statistical analysis of molecular assays. 81

Although the transmission of density-dependent parasites is an old subject, the empirical 82

information about the prevalence of parasites in relations with indirect life cycle is scarce, 83

which led us to choose the parasites of avian malaria, the protozoans Plasmodium and 84

Haemoproteus, as models. In recent years, the development of molecular techniques to detect 85

these parasites generated a significant amount of new information on the subject (Fallon et al. 86

2004; Wood & Cosgrove 2006; Knowles et al. 2010; Lapointe et al. 2012), which have been 87

used successfully in studies testing hypotheses about the host-parasite interactions in wild 88

birds (Tella 2002; Lachish et al. 2011; Isaksson et al. 2013). 89

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In this study, we estimated the number of individuals per area unit of twelve understory birds 90

species in a Central Amazonian forest. Then, with the protozoans Plasmodium and 91

Haemoproteus as models, we investigated the correlation between understory Amazonian bird 92

population density and two metrics of avian malaria infection: prevalence and number of 93

parasites lineages. 94

2. Material and methods 95

2.1 Study Area 96

Fieldwork took place in the study area of the Biological Dynamics of Forest Fragments 97

Project (BDFFP), 70 km north of Manaus, Amazonas, Brazil. The BDFFP area has a tropical 98

rainforest climate with mean annual rainfall around 2,200 mm and a pronounced dry season 99

from June to October with less than 100 mm of rain per month (Gascon & Bierregaard 2001). 100

The vegetation is predominantly dense evergreen upland forest with approximately 75 km2 of 101

29-to-32-year-old secondary-forest patches surrounded by a matrix of old-growth forest that 102

extends hundreds of km to the west, north, and east (Fig. 1; Mesquita et al. 2001). For 103

logistic convenience and bird safety reasons, we sampled always during the dry season, 104

between June 2011 and October 2014. 105

2.2 Sampling design 106

Our sampling design followed a two-pronged approach for gathering molecular data and 107

spatial capture-recapture (SCR) data. The molecular data informed our estimates of 108

haemosporidian prevalence and lineage diversity. Molecular information was obtained from 109

bird blood samples, collected from mist-net captures. Molecular samples took place in June 110

2011 at four BDFFP sites (called Dimona, Porto Alegre, Cabo Frio, and Km 41; Fig. 1).and 111

between June and October of 2013 and 2014, at Porto Alegre and Cabo Frio. 112

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Blood samples were collected via brachial venipuncture and stored in Longmire’s lysis buffer 113

at room temperature (Longmire, Maltbie & Baker 1997). Avian captures and blood sampling 114

were approved by the Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade – ICMBio 115

(permit nº 14103-2) and by the Committee for Ethics in Animal Use at the Instituto Nacional 116

de Pesquisas da Amazônia – INPA (permit nº 007/2014). All blood samples were deposited 117

in the Scientific Collections at INPA. 118

Sampling in 2011 was 32 days of mist-netting in 17 sampling points: six at Dimona, five at 119

Cabo Frio, and six at the Km 41 site. Each point was sampled for one or two days, using 12 120

mist-nets per day. In 2013 and 2014 we sampled Porto Alegre twice and Cabo Frio five 121

times, with 12-day visits always taking place in separate and consecutive months. We 122

established 32 and 40 mist-netting points at Porto Alegre and Cabo Frio, respectively, and 123

randomly selected 12 points per site per visit for sampling. 124

In both places, half of the sampling was carried out in secondary forest fragments and half in 125

primary forest. In 2013 and 2014 sampling, our random selection of sites was done without 126

replacement within visits, but with replacement between. We worked one day at each point, 127

using from 12 to 30 nets per day depending on weather, number of captures, and availability 128

of field assistants. In all mist-net samples, we used 12-m long mist-nets, which were opened 129

for six hours per day starting at 6 a.m. and were checked every half hour. 130

The SCR data informed population density estimates. SCR sampling for this study was 131

carried out solely in the Cabo Frio site, throughout the dry season of 2014. The location of 132

each capture was recorded as the GPS point taken in the middle of the corresponding mist-net. 133

The black dots in Fig. 1 represent individual net locations for the Cabo Frio site in 2014, 134

these are the nets used in the SCR sample. 135

136

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14

2.3 Host density estimation 137

We estimated host species density based on a Bayesian analysis of model SCR0 proposed by 138

Royle and colleagues (Royle et al. 2013). This model draws information from the spatial 139

distribution of individual bird captures and the spatial distribution of sampling effort to obtain 140

an estimate of the number of individuals per unit area. This estimate acknowledges the fact of 141

imperfect detection, i.e. that individual birds that are present at a sampling site may go 142

undetected. The model identifies each individual i with a bivariate normal distribution of its 143

possible spatial positions; each individual’s bivariate normal is centered at the activity center 144

𝒔𝑖, given by two spatial coordinates. We assumed that the spatial distribution of all 𝒔𝑖 - from 145

both seen and unseen individuals – follows a homogeneous point process, i.e. activity centers 146

are uniformly distributed over a region of interest 𝒮: 147

𝒔𝑖~Uniform(𝒮) (1) 148

This uniform distribution was assumed because the secondary-forest patches have 29-to-32-149

year-old and can be usefull as primary forest for at least a part of the bird species in the atudy 150

area. We sampled secondary forest and primary forest with the same effort. 151

The probability that an individual i is captured in sampling occasion j depends on the 𝒙𝑗 152

spatial coordinates of sampling location j and is given by: 153

𝑝𝑖𝑗 = 𝑝0𝑒(−

1

2𝜎2‖𝒙𝑗−𝒔𝑖‖

2), (2) 154

where ‖𝒙𝑗 − 𝒔𝑖‖ is the distance between 𝒙𝑗 and 𝒔𝑖, 𝜎 is a measure of how fast capture 155

probability decays with increasing ‖𝒙𝑗 − 𝒔𝑖‖ and 𝑝0 is the capture probability when 𝒙𝑗 = 𝒔𝑖. 156

In model SCR0, the value of 𝜎 can also be interpreted as the standard deviation of the 157

binomial distribution of possible spatial positions for the average individual. Thus, from the 158

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definition of a bivariate normal distribution, we can use 𝜎 to approximate the area comprising 159

95% of the individual’s movements as A.95 = 𝜋(𝜎√5.99)2 (Royle et al. 2013). 160

To complete the model, we represent our data as the number of times 𝑦𝑖𝑗 that individual i was 161

captured at sampling location j over the entire SCR sampling period. This number follows a 162

Binomial distribution: 163

𝑦𝑖𝑗~Binomial(𝐾𝑗, 𝑝𝑖𝑗), (3) 164

where 𝐾𝑗 is the number of samples at location j. 165

To implement model SCR0 with our data we defined 𝒮 as an area extending east, west, north, 166

and south for two km beyond the limits of our sampling area. We subsequently divided 𝒮 in 167

1-ha grid cells and counted how many net*days fell within the area of each grid cell 168

throughout the 2014 Cabo Frio sampling. The resulting vector of counts provides the 𝐾𝑗 169

values used in equation 3. The distances ‖𝒙𝑗 − 𝒔𝑖‖ where measured from the center of each 170

grid cell (𝒙𝑗) to each individual’s estimated activity center (𝒔𝑖). 171

The hierarchical model (Appendix S4) was fitted to the data using MCMC algorithm 172

implemented with a combination of software packages R (R Development Core Team 2013) 173

and WinBUGS (Spiegelhalter, Thomas & Best 1999). 174

2.4 Avian malaria detection and prevalence estimation 175

We extracted DNA from the blood samples using standard phenol-chloroform or isopropanol 176

precipitation protocols. To improve the detection probability, we used two different PCR 177

assays to detect the presence of avian malaria parasites, both matching for even Plasmodium 178

and Haemoproteus genome. The first PCR amplified a highly conserved fragment of both 179

parasites DNA, while the second for a highly variable region (Appendix S1). 180

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The prevalence for each species was estimated as the haemosporidian occupation in the bird 181

populations. We used a set of equations that represent observation and biological processes, 182

considering each host individual as a site and each PCR assay as a visit on this site. In this 183

approach, the PCRs were treated as part of the observation process, taking into account the 184

chance of failing to amplify haemosporidian parasites when a bird is infected (i.e. false 185

negative). Since prevalence was the occupation probability for each avian species, it 186

represented the biological process in the model (Appendix S5). 187

2.5 Haemosporidians’ DNA genotyping and lineage diversity 188

For the samples tested positive for haemosporidian presence, we used the final products of the 189

nested PCR assay for sequencing using a Sanger platform (Beckman Coulter Genomics Inc., 190

Danvers, MA, USA). We genotyped haemosporidian lineages using BLAST® (Basic Local 191

Alignment Search Tool), applying the DNA sequences obtained as queries in searches for 192

matching sequences using the databases of GenBank® and the Ricklefs lab. The criterion for 193

classifying new haemosporidian lineages was a difference of one non silent base pair 194

substitution between the query and the most similar matching sequence or three. All new 195

lineages will be deposited in GenBank® (Appendix S1, Table S1). 196

3. Results 197

Our core results come from a SCR sample of twelve, and a molecular sample of 89 bird 198

species. Analysis of SCR data returned density estimates spanning two orders of magnitude: 199

from Dendrocincla merula’s 1.7, to Glyphorynchus spirurus’ 55.3 individuals per square 200

kilometer. Home-range area estimates, derived from in the spatial capture-recapture model, 201

ranged from ~40 ha, for Thamnomanes caesius, to ~880 ha, for Dendrocincla merula (Table 202

1). 203

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In the molecular sample, 1,327 blood samples were screened with 2,531 PCR assays; of these, 204

188 blood samples (~14%) tested positive for the presence of haemosporidian mitochondrial 205

DNA in at least one PCR (Table S1). Upon sequencing of positive-testing samples, we were 206

able to identify between one and two lineages for every ten positive-testing samples. 207

Sequencing revealed twenty Plasmodium sp. and four Haemoproteus sp. lineages, totaling 24 208

different lineages in 30 host species (Tables S1 and S2). 209

We estimated prevalence of haemosporidian infection based on PCR results for 27 host 210

species with ten or more blood samples. The sensitivity of PCR assays 1 and 2 was, 211

respectively, 0.4 0.05 and 0.6 0.07. Table S1 shows prevalence estimates for the 27 212

species that passed the ten-sample filter. Estimates range from approximately 1% in 213

Glyphorynchus spirurus, to 91% in Formicarius colma. G. spirurus had the most precise 214

prevalence estimate (sd = 0.02, 95% c.i. 0.001-0.062), while Myrmotherula longipennis had 215

the least precision (sd = 0.26, 95% c.i. 0.058-0.969). There is a lack of an obvious relationship 216

between parasite prevalence and host density for the twelve bird species in the capture-217

recapture sample (Figure 2). Prevalence in the capture-recapture sample ranges from 218

0.010.02 in G. spirurus to 0.360.18 in Willisornis poecilinotus. There are only four species 219

from the molecular sample (Thamnophilus murinus, Myrmotherula axillaris, Myrmotherula 220

longipennis, and Formicarius colma), which are not represented in the capture-recapture 221

sample and have prevalence estimates outside this range. Looking across species in the 222

molecular sample, the three species with the highest number of blood samples (Pithys 223

albifrons, Dixiphia pipra and Glyphorhynchus spirurus) account for 39% of the samples but 224

only 3% of estimated infections; nonetheless, a linear regression model for the data in Figure 225

2, excluding the outlying G. spirurus, results in p ~ 0.143 and r2 < 0.0005. We omit this 226

regression line from Figure 2 to avoid cluttering the plot. 227

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From a total of 1,327 blood samples from all 88 species, we sequenced 146 samples that 228

tested positive in at least one PCR assay. Of these, 38 samples either failed the sequencing 229

reaction or retrieved highly uncertain nucleotide sequences, which we chose not to report. The 230

remaining 108 returned results that were sufficiently clear for identifying haemosporidian 231

lineages. We identified at least one lineage in each of the 48 species with one or more positive 232

testing PCR assays (Table S1). Combining all the sequencing results, we found 24 lineages: 233

20 Plasmodium sp. and four Hameoproteus sp (Table S2). Nine of these 24 lineages, to the 234

best of our knowledge, had never been identified before; specifically, two Hameoproteus 235

(MAO_10 and MAO_12) and seven Plasmodium (MAO_05, MAO_06, MAO_07, MAO_08, 236

MAO_09, MAO_11 and MAO_13) lineages. Several more lineages can have not been 237

detected due to sampling error. 238

The number of lineages identified per species ranged from one (41 host species) to 5 239

(Percnostola rufifrons, Pithys albifrons, Gymnopithys rufigula, and Dixiphia pipra). A simple 240

linear regression model shows a positive relationship between the number of samples and the 241

number of lineages identified per species (slope = 0.03, R2 = 0.58, p < 10-15). However, 242

looking at the ten species for which we have density estimates and metrics of lineage diversity 243

we find no evidence of relationship between host density and parasite diversity (Fig. 3). The 244

natural logarithm of both metrics of parasite diversity (number of lineages and average 245

number of lineages per sample) shows no evidence or a relationship with the natural 246

logarithm of density. The probability of type I error in the regression (p) and the proportion of 247

variation explained by the linear model (R2) are, respectively, >0.78 and <0.01 for the number 248

of lineages model (Fig. 3A). Regression results are similar for the second metric, average 249

number of lineages per sample, where p > 0.80 and R2 < 0.01 (Fig. 3B). 250

251

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19

4. Discussion 252

The lack of direct correlation among birds’ densities and haemosporidian prevalences 253

indicated that number of hosts is not a limiting factor for the spread of avian malaria in these 254

populations. These results were not influenced by the number of analyzed samples, since the 255

three species with larger samples, Pithys albifrons, Dixiphia pipra and Glyphorhynchus 256

spirurus showed low prevalence. We compared these results with the “conventional” aproach 257

to analize this relation, using number of samples in order than density estimates to compare 258

with prevalence, and even in this case the no relation was observed. 259

Our results confirmed the predicted idea that, although host density might influence the 260

parasites’ prevalence in the population, for parasites with indirect transmission cycle, the 261

vector availability (Anderson & May 1979) and compatibility between parasites and hosts 262

(Medeiros, Hamer & Ricklefs 2013) may have a greater influence on the dispersion and 263

prevalence of avian malaria in the analysed populations. 264

Glyphorynchus spirurus had the highest population density and the lowest prevalence (only 265

one positive in 120 analyzed samples, and was not possible identify lineages in sequencing). 266

Among the species features that may offer some explanation are the small size and the 267

nestling behaviour in tree hollows, which may reduce exposure to vectors. Another possibility 268

is that the species has an immune system capable of hold the hemosporidian infection more 269

effectively than the other species. Plasmodium sporozoites may persist for some time in a host 270

which is not compatible, but can’t develop its life cycle there, so is not an effective infection 271

(Valkiunas 2005). As the PCR analysis can detect parasites in different stages of life from a 272

very low threshold, detection of a parasite whose is not on the ideal host, and therefore can’t 273

develop its life cycle, there would also possible (Hellgren, Pérez-Tris & Bensch 2009). 274

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On the other hand, the lack of correlation between the number of parasite lineages and host 275

population density disagree with the predictions that the greater availability of a host, more 276

strains tend to specialize in it (Poulin 2006). Our results are especially noted when we 277

compare the host density with the number of parasite lineages and with the ratio of number of 278

lineages for number of samples (Figure 3). The more density a host has, the more species can 279

be detected in a higher number of samples collected, and this could mean a higher probability 280

of detecting more strains of parasites. The set of identified samples was mostly composed of 281

Plasmodium sp lineages, which agrees with the patterns described so far to South America, in 282

which Plasmodium is more diverse than Haemoproteus. This pattern is different from other 283

regions of the world, where Haemoproteus sp appears to be more diverse (Clark et al. 2014). 284

Mosquito vectors of avian malaria are generalists and feed on many species of birds (Lapointe 285

et al. 2012), but little is known about the ability of different hemosporidian species and 286

lineages to develop in these vectors (Kimura, Darbro & Harrington 2010). However, the 287

compatibility of parasites in relation to bird hosts in our results showed the presence of some 288

lineages in several birds species, as well was common a single bird species harbour several 289

parasites lineages. This would reinforce the idea that the vector compatibility may be an 290

important factor to direct the distribution of different strains of hemosporidia in these avian 291

populations. 292

To reach a level of knowledge of avian malaria which make possible access informations 293

about its behaviour in wild bird populations, the improvement of studies of relations between 294

parasites and its invertebrates host, as the study of relations between vertebrates and 295

invertebrate hosts, are necessary. These informations would be very usefull to studies 296

adressing avian malaria, because could give more conlusive answers about parasite-host 297

relation and avian hemosporidia epidemiology. 298

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Acknowledgments 299

The project funding and grants were provided by Conselho Nacional de Desencolvimento 300

Científico e Tecnológico (CNPq), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas 301

(FAPEAM), Smithsonian Institution and Malaria Research Coordination Network. CSO 302

received a fellowship from CNPq. Biological Dynamics of Forest Fragments Project (BDFFP) 303

provided infrastructure and logistical support to field work. We thank for Robert Ricklefs and 304

your lab team for enable molecular analysis, and Laboratório de Evolução e Genética Animal 305

da Universidade Federal do Amazonas (LEGAL/UFAM) for the support with de DNA 306

extraction from the avian blood samples. We further thank to Ocírio, Aída, Luiza, Pedro, 307

Alejandra, Francisco and Gilberto for the field work assistance. 308

309

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25

402

Table 1. Estimates (mean ± sd) of host density, 95% home-range area (A95%), and

hemosporidian prevalence for the nine host species for which we could fit spatial capture-

recapture models. Units of density and area are individuals per square kilometer and hectares,

respectively. ‘N’ is the number of individuals in the capture-recapture sample, and ‘B’ is the

number of blood samples tested by PCR. ‘np’ is the number of samples that tested positive for

infection with haemosporidians at least one time. ‘Lins’ is the observed number of

haemosporidian lineages per species; ‘Lins per sample’ is the observed mean number of

lineages per blood sample. Note that not all positive PCR results led to one successful lineage

identification.

Family and species Density

(indiv/km2) A95% (ha)

Prevalence N B np Lins Lins per

sample

Furnariidae

Automolus infuscatus 3.6±1.77 101±87.9 0.08±0.06 12 27 1 1 0.04

Certhiasomus stictolaemus 1.8±0.78 107±63.6 0.11±0.14 8 12 0 0 0.00

Dendrocincla merula 1.7±0.51 883±369.5 0.25±0.18 21 15 2 1 0.07

Glyphorynchus spirurus 55.3±9.49 61±14.4 0.01±0.02 106 120 1 0 0.00

Xiphorhynchus pardalotus 10.6±3.71 555±604.7 0.11±0.07 40 32 2 1 0.03

Thamnophilidae

Gymnopithys rufigula 5.3±1.29 467±160.0 0.21±0.09 37 90 17 5 0.06

Pithys albifrons 7.9±1.08 688±125.0 0.11±0.05 87 162 16 5 0.03

Thamnomanes ardesiacus 11.8±3.94 40±0.4 0.15±0.08 30 48 5 2 0.04

Thamnomanes caesius 8.7±2.47 296±122.5 0.36±0.24 37 61 16 4 0.07

Myrmotherula longipennis 15.2±6.46 8±5.90 0.55±0.25 14 10 4 1 0.10

Hypocnemis cantator 20.2±7.08 18±11.80 0.33±0.20 22 19 4 1 0.04

Willisornis poecilinotus 16.2±3.39 103±26.2 0.36±0.18 51 69 19 4 0.06

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Figure legends

Figure 1. Study area of the Biological Dynamics of Forest Fragments Project showing four

sampling sites identified by black circles. Sampling site names are, from left to right:

‘Dimona’, ‘Porto Alegre’, ‘Cabo Frio’ and ‘Km41’. Black dots in the ‘Cabo Frio’ site indicate

mistnet locations used in the 2014 spatial-capture-recapture analysis. The study area is

crossed by the BR-174 highway in the west and by the ZF-3 dirt road, east of the highway.

Dark gray and light gray stand for primary and secondary forest, respectively. White patches

represent open areas with grassy vegetation and sparse shrub cover.

Figure 2. Species-specific prevalence of haemosporidian infections and avian host population

density. Six-letter codes show the first three letters of the host genus and species, as listed in

Table 1. Error bars show one standard deviation above and below the mean of the posterior

distributions of density (along the x-axis) and prevalence (along the y-axis).

Figure 3. Two metrics of haemosporidian lineage diversity versus host population density.

The metric in plot A is the total number of lineages found in a host species. The metric in B is

the species-specific number of lineages found per blood sample. In both plots, the x-axis

shows the estimated number of individuals per square kilometer. The lines in both panels

represent a linear regression fit to the natural logarithm of the respective diversity metric and

the natural logarithm of density. Both regressions exclude Certhiasomus stictolaemus (Cersti)

and Glyphorynchus spirurus (Glyspi), for which we could not identify any hemosporidian

lineage. Six-letter codes show the first three letters of the genus and species names listed in

Table 1.

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27

Figure 1

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28

Figure 2

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29

Figure 3

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Supporting Information

The following Supporting Information is available for this article online.

Appendix S1 – Description of PCR assays:

In the first round of PCRs we used primers and protocol as used by Ricklefs et al (2005). This

PCR assays amplify a highly conserved 154 bp fragment of the parasite’s genome, which

codifies for the small subunit 16S of mithocondrial ribosomal RNA (SSU 16S rRNA). In the

second round of detections we used a nested PCR assay, with primers and protocols as used

by Waldenström et al. (2004). A nested PCR is an assay composed of two amplification

reactions: the first one uses the extracted sample, and the second one uses the product of the

first PCR, with the parasite’s DNA amplificated. These reactions amplify a highly variable

region of the mitochondrial genome, a fragment of cytochrome b (cyt b) gene, a parasite’s

mitochondrial DNA region.

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Appendix S2. Table S1. Captures, molecular data and analysis results for all avian species

analysed. For each avian species: Number of blood samples used in the molecular analisys for

each avian species, number of positive results for haemosporidian presence in the individual

hosts sampled, prevalence of haemosporidian parasites to the species with at least ten samples

analysed, and number of lineages of haemosporidian parasites. The number of lineages is a

minimum value, once eventually we could detect the presence of haemosporidian parasites in

the sample without identify from which lineage it belonged. NA stands for “not available”

information. We folowed CBRO for the birds nomenclature.

Family and Species Number of

captures

Number

of blood

samples

Positive-

testing

blood

samples

Avian

Malaria,

prevalence

± sd

Number

of

parasite

lineages

Columbidae

Geotrygon montana 17 8 6 NA 3

Trochilidae

Phaethornis bourcieri 15 1 0 NA 0

Trogonidae

Trogon rufus 4 5 1 NA 1

Trogon violaceus 1 1 0 NA 0

Momotidae

Momotus momota 9 8 2 NA 1

Galbulidae

Galbula albirostris 16 8 0 NA 0

Bucconidae

Bucco capensis 1 2 1 NA 1

Malacoptila fusca 5 1 0 NA 0

Nonnula rubecula 1 1 0 NA 0

Ramphastidae

Pteroglossus viridis 2 2 1 NA 1

Picidae

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Celeus elegans 1 2 0 NA 0

Falconidae

Micrastur ruficolis 1 1 1 NA 1

Thamnophilidae

Cymbilainus lineatus 2 2 0 NA 0

Frederickena viridis 3 1 0 NA 0

Thamnophilus murinus 19 14 4 0.37 ± 0.226 1

Thamnophilus punctatus 1 2 0 NA 0

Thamnomanes ardesiacus 48 48 5 0.15 ± 0.076 2

Thamnomanes caesius 54 61 16 0.36 ± 0.238 4

Isleria guttata 7 1 1 NA 1

Epinecrophylla gutturalis 43 16 1 0.16 ± 0.151 1

Myrmotherula axillaris 22 17 4 0.42 ± 0.252 1

Myrmotherula longipennis 19 10 4 0.55 ± 0.255 1

Myrmotherula menetriesii 15 3 0 NA 0

Hypocnemis cantator 38 19 4 0.33 ± 0.204 1

Cercomacroides tyrannina 2 3 0 NA 0

Percnostola rufifrons 46 61 11 0.20 ± 0.150 5

Schistocichla leucostigma 2 1 0 NA 0

Myrmeciza ferruginea 7 2 0 NA 0

Myrmeciza atrothorax 2 1 0 NA 0

Myrmornis torquata 5 4 0 NA 0

Pithys albifrons 184 162 16 0.11 ± 0.046 5

Gymnopithys rufigula 63 90 17 0.21 ± 0.097 5

Willisornis poecilinotus 76 69 19 0.36 ± 0.183 4

Conopophagidae

Conopophaga aurita 11 3 0 NA 0

Grallaridae

Gralaria varia 0 1 1 NA 1

Hylopezus macularius 0 1 0 NA 0

Formicaridae

Formicarius colma 13 16 13 0.90 ± 0.088 3

Formicarius analis 3 2 1 NA 1

Furnariidae

Sclerurus rufigularis 7 5 2 NA 1

Certhiasomus stictolaemus 16 12 0 0.11 ± 0.143 0

Deconychura longicauda 6 4 0 NA 0

Dendrocincla merula 43 15 2 0.25 ± 0.176 1

Dendrocincla fuliginosa 13 11 1 0.27 ± 0.216 1

Glyphorynchus spirurus 147 120 1 0.02 ± 0.016 1

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Dendrocolaptes certhia 7 6 2 NA 1

Dendrocolaptes picumnus 1 2 0 NA 0

Hylexetastes perroti 4 2 0 NA 0

Xiphorhynchus pardalotus 50 32 2 0.11 ± 0.069 1

Xenops minutus 12 8 1 NA 1

Philydor erythrocercum 6 4 0 NA 0

Philydor pyrrhodes 1 1 0 NA 0

Automolus ochrolaemus 15 8 1 NA 1

Automolus infuscatus 18 27 1 0.08 ± 0.062 1

Tyrannidae

Attila spadiceus 5 9 0 NA 0

Corythopis torquatus 8 4 0 NA 0

Mionectes macconnelli 33 34 1 0.07 ± 0.055 1

Myiarchus sp. 1 1 1 NA 1

Myiobius barbatus 17 11 1 0.26 ± 0.204 1

Onychorhynchus coronatus 4 5 0 NA 0

Platyrinchus coronatus 18 7 1 NA 1

Platyrinchus platyrhynchos 2 1 0 NA 0

Platyrinchus saturatus 4 2 1 NA 1

Rhynchocyclus olivaceus 7 5 2 NA 1

Rhytipterna simplex 1 1 0 NA 0

Terenotriccus erythrurus 4 2 0 NA 0

Tyrannus melancholicus 0 1 0 NA 0

Cotingidae

Phoenicircus carnifex 2 1 0 NA 0

Pipridae

Ceratopipra erythrocephala 32 21 3 0.27 ± 0.203 1

Corapipo gutturalis 20 12 1 0.22 ± 0.190 1

Dixiphia pipra 156 154 16 0.10 ± 0.047 5

Lepidothrix serena 36 31 0 0.03 ± 0.028 0

Manacus manacus 18 24 3 0.26 ± 0.219 1

Tityridae

Schiffornis olivacea 25 7 3 NA 1

Schiffornis turdina 0 8 2 NA 1

Vireonidae

Hylophilus ochraceiceps 26 7 1 NA 1

Hylophylax naevius 0 1 0 NA 0

Troglodytidae

Cyphorhinus arada 16 3 0 NA 0

Pheugopedius coraya 9 2 0 NA 0

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Pheugopedius coraya 9 1 0 NA 0

Turdidae

Turdus albicollis 34 26 4 0.31 ± 0.206 1

Polioptilidae

Microbates collaris 16 9 0 NA 0

Thraupidae

Cyanerpes cyaneus 0 2 2 NA 2

Lanio fulvus 1 2 0 NA 0

Ramphocelus carbo 1 1 0 NA 0

Tachyphonus cristatus 2 3 2 NA 1

Tachyphonus surinamus 5 12 1 0.21 ± 0.17 1

Emberizidae

Arremon taciturnus 1 5 1 NA 1

Oryzoborus angolensis 1 1 0 NA 0

Cardinalidae

Cyanocompsa cyanoides 2 1 0 NA 0

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Appendix S3. Table S2. Haemosporidian lineages, genus and used source. The lineages

avaiable in GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank) are followed for its acession

numbers. The lineages from local database are still being analised for submission to the same

site.

Lineage code Genus Source

DR_02 Haemoproteus local database

GRW06 Plasmodium GenBank KJ145065

LIN2 Plasmodium GenBank JN415757.1

MAO_01 Plasmodium local database

MAO_02 Plasmodium local database

MAO_03 Plasmodium local database

MAO_04 Haemoproteus local database

MAO_05 Plasmodium local database

MAO_06 Plasmodium local database

MAO_07 Plasmodium local database

MAO_08 Plasmodium local database

MAO_09 Plasmodium local database

MAO_10 Haemoproteus local database

MAO_11 Plasmodium local database

MAO_12 Haemoproteus local database

MAO_13 Plasmodium local database

MAO_15 Plasmodium local database

OZ01_EL008 Plasmodium local blast

OZ04_GD296 Plasmodium GenBank GQ395669.1

RANDOM_ME Plasmodium local database

TI_P24 Plamodium local database

TI_P27 Plasmodium local database

TI_P32 Plasmodium local database

UN204 Plasmodium GenBank KF537322.1

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Appendix S4 – SCR0 model in BUGS language

Adapted from Royle, J.A., Chandler, R.B., Sollman, R. & Gardner, B. (2015) scrbook:

Companion to the book: Spatial Capture Recapture (2014). R package version 0.28-0. # Priors alpha0 ~ dnorm(0,0.1) logit(p0) <- alpha0 # Baseline detection prob alpha1 ~ dnorm(0,0.1) # 1 / (2*sigma^2) (coefficient of distance) psi ~ dunif(0,1) # Data augmentation 'occupancy' # Likelihood for(i in 1:M) { # Loop over all M individuals z[i] ~ dbern(psi) # Data augmentation variable s[i,1] ~ dunif(xlim[1],xlim[2]) # x-coord of activity center s[i,2] ~ dunif(ylim[1],ylim[2]) # y-coord of activity center for(j in 1:J) { # Loop over all traps d[i,j] <- pow( pow(s[i,1]-traplocs[j,1],2) + pow(s[i,2]-traplocs[j,2],2), 0.5) # distance p[i,j] <- z[i]*p0*exp(-alpha1*pow(d[i,j],2)) # Detection prob Y[i,j] ~ dbin(p[i,j],K) # The observed data } } # Derived quantities N <- sum(z[]) # Population size in state-space (=area) D <- N/area # Density over state-space sigma <- sqrt(1 / (2*alpha1)) # Half-normal scale r.95 <- sigma*sqrt(5.99) # 95% usage HR radius A.95 <- 3.14*pow(r.95,2) # 95% usage HR area

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Appendix S5 – Prevalence model in BUGS language # Priors v0 ~ dunif(-10,10) v1 ~ dunif(-10,10) for(f in 1:G) { u.mean0[f] ~ dunif(0,1) muu0[f] <- log(u.mean0[f]) - log(1-u.mean0[f]) logit(prevg[f]) <- muu0[f] } for(g in 1:G) { tau.u0[g] ~ dgamma(0.1,0.1) } # Likelihood for (i in 1:n) { u0[i] ~ dnorm(muu0[group[i]],tau.u0[group[i]]) for(j in 1:J[i]){ # BIOLOGY logit(psi[j,i]) <- u0[i] Z[j,i] ~ dbin(psi[j,i],1) # SAMPLING for(k in 1:K[i,j]) { logit(p[j,k,i]) <- v0 + v1*PCR[j,k] mup[j,k,i] <- p[j,k,i]*Z[j,i] Y[j,k,i] ~ dbin(mup[j,k,i],1) } # pcr assays } # individuals logit(prev[i]) <- u0[i] } # species logit(p1) <- v0 + v1 logit(p2) <- v0

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Conclusão

Nossos resultados não apoiaram as predições de relação positiva entre a abundância

das nove espécies de hospedeiros e as duas métricas de infecção de malária aviária analisadas,

prevalência e diversidade de linhagens. A ausência de relação entre abundância e prevalência

reforça a ideia de que a transmissão indireta por vetores artrópodes evita que a raridade de

hospedeiros limite a prevalência. Por outro lado, a ausência de uma relação entre densidade e

número de linhagens sugere que uma comunidade de parasitas em sua maioria generalistas é

compartilhada com um amplo grupo de espécies. O fato de termos identificado sete novas

linhagens de Plasmodium sp e duas de Haemoproteus sp indica que a riqueza de parasitas

causadores da malária aviária pode ser muito maior do que o atualmente relatado, e sugere

que mais linhagens deverão ser relatadas conforme se intesifiquem os estudos na área. Tal

riqueza de linhagens é compatível com o padrão observado para a floresta amazônica, e a

maior quantidade de Plasmodium sp em relação a Haemoproteus sp compatível com o padrão

encontrado na América do Sul.

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ANEXO A – Ata de qualificação

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ANEXO B – Ata de defesa

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ANEXO C – Autorização do Comitê de Ética

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ANEXO D – Declaração de depósito de material biológico na coleção de recursos

genéticos do INPA