Gradual and eruptive dynamics of rodent pests : outbreaks in house mice in Australia and common voles in Spain
Authors:   ,   Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas, Correa Cuadros Jennifer Paola 
Published: April 2023

Las plagas de roedores son habituales en los cultivos de todo el mundo, causando grandes daños económicos y problemas de salud por zoonosis. Este proyecto de tesis trabajó con dos plagas de roedores: el ratón doméstico australiano y los topillos españoles por ser plagas que generan pérdidas económicas en los cultivos, tener dinámicas de población complejas con influencia de factores endógenos y exógenos, y la ausencia de un mecanismo explicativo causal. Para analizar los brotes poblacionales de ratones domésticos en Australia se usaron datos de abundancia de la plaga en tres sitios productores de trigo (Victoria, Sur de Australia y Queensland) junto con variables climáticas y depredadores generalistas para identificar los factores causantes del incremento poblacional. Para analizar las dinámicas se emplearon modelos estacionales y anuales para comprender los factores que impulsan el aumento y la disminución de la población (fase de brote y colapso). Se evaluaron los efectos de las variables climáticas en la tasa de crecimiento de la población a través de sus efectos potenciales en el suelo, capacidad para cavar madrigueras, y datos de abundancia relativa de aves para entender el papel de los depredadores y la existencia de umbrales de escape. La tasa de aumento de las poblaciones de ratones en el sureste australiano (Victoria y Sur de Australia) se explicó mejor por la baja evaporación en verano, las altas precipitaciones acumuladas de invierno en los dos años anteriores al brote y un índice de abundancia de los depredadores Nankeen kestrel (Walpeup) y Brown falcon (Sur de Australia) durante el verano al otoño. En cuanto a Queensland los factores más importantes fueron las precipitaciones de los dos años anteriores y factores denso-dependientes de las estaciones previas. El rol de los depredadores no fue evidente. El colapso poblacional en el sureste australiano y en Queensland se explicó por la abundancia poblacional de los ratones domésticos en la fase de brote y la abundancia de depredadores. Por lo tanto, se evidenció que las poblaciones de ratones en Australia presentan dos estructuras de brote diferentes: el sureste australiano se caracteriza por tener brotes de tipo eruptivo dependientes del clima y con umbrales de escape a los depredadores, y brotes de tipo gradual en Queensland dependientes del clima y densidades previas de ratones domésticos, lo cual influye en el tipo de manejo y predicción de estas plagas. Estos resultados son útiles para predecir brotes futuros y reducir su impacto económico en los cultivos de trigo australianos. Los topillos en España son un ejemplo de una especie plaga que cada 3 o 4 años alcanza grandes números en cultivos de alfalfa y cereales causando daños considerables en los cultivos. Para analizar los brotes poblacionales se usó una serie de tiempo de 11 años de abundancia de topillos en la región de Castilla y León (Zamora, Valladolid y Palencia), factores climáticos, abundancia de competidores como el ratón de madera, ratón argelino y musaraña, y la abundancia de comadrejas para examinar el papel de los depredadores. Para el análisis se emplearon modelos estacionales y anuales para comprender los factores que impulsan el aumento y la disminución de la población. La tasa de aumento de las poblaciones de ratones se explicó mejor por las altas precipitaciones acumuladas (otoño a primavera) en los dos años previos al brote, la humedad de primavera a verano y la abundancia de comadrejas en primavera. La tasa de disminución de la población se explicó mejor por la abundancia en la temporada de brote (denso-dependencia) y la precipitación en otoño. En conclusión, los brotes de topillos españoles fueron clasificados como eruptivos, al depender no solo de factores exógenos como la precipitación y la humedad, si no de un umbral de escape a las comadrejas en primavera. Estos resultados son útiles para predecir brotes futuros y reducir el impacto económico de los topillos en los cultivos de alfalfa y cereales. Abstract Rodent plagues are usual on crops around the world causing severe economic damage and health problems by zoonoses. The thesis project worked on two rodent plagues: Australian house mouse and Spanish voles which generate economic loss on crops. They have complex population dynamics with endogenous and exogenous influence factors, and an absence of a causal explanatory mechanism to predict their outbreaks. House mice in Australia are a plague with irregular population dynamics and cause considerable damage on cereal crop systems. We used a 20-year mouse mark-recapture dataset from Walpeup (Victoria), Roseworthy (South Australia) and Darling Downs (Queensland), and climatic and predator variables. We employed seasonal and annual models to understand the increase and decrease of the population through different drivers. In south-eastern Australia, the rate of increase was best explained by low evaporation in summer, high cumulative winter rainfall, and an index of abundance of the Nankeen kestrel (Walpeup), and the Brown falcon (Roseworthy) during summer to autumn. The Queensland mouse outbreaks were explained by spring to summer rainfall from two years before the plague, and previous mouse abundances. On the other hand, the South-eastern decline rate was explained by outbreak abundance and predators like the Barn owl to Walpeup and Swamp harrier to Roseworthy. The Queensland collapse was related to outbreak abundance (density-dependence) and Barn owl density. We conclude that South-eastern mouse dynamics can be defined as an eruptive dynamic caused by weather triggers that allow the population to obtain more and better resources avoiding being consumed by predators. Queensland outbreaks can be defined as gradual because they are generated by changes in rainfall and a strong density-dependence. These results are useful to explain and predict the outbreaks, understanding the mechanisms that cause the mice explosion on wheat production sites. 11 The common voles in Spain are an example of an irruptive species that every three or four years reaches plague numbers and causes considerable damage in cropping systems. We used an 11-year mark-recapture dataset from Castilla y León region (Zamora, Valladolid, and Palencia) and various climatic, competitors and predator variables, employing seasonal and annual models to understand the drivers of the population increase and decrease. We examine the climatic effects, interspecific competition (Wood mouse, Algerian mouse, and Shrew), and weasel’s abundance to examine the predators’ role. The rate of increase of vole populations was best explained by high cumulative rainfall (autumn to spring) in the two years prior to the outbreak, spring and summer humidity, and spring weasel’s abundance. The rate of population decline over winter was best explained by abundance in the peak season (density-dependence) and autumn precipitation. We conclude that the outbreaks of Spanish voles are classified as eruptive because depended on precipitation and humidity, an index of food supply and burrows, and weasel’s density. The results are useful to predict future outbreaks to reduce their economic impact on alfalfa and cereal crops.