Linking ecological, forensic and molecular analyses with conservation assessment: A case study on the Vietnamese crocodile lizard

Schingen, Mona van (2017). Linking ecological, forensic and molecular analyses with conservation assessment: A case study on the Vietnamese crocodile lizard. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

The crocodile lizard Shinisaurus crocodilurus Ahl, 1930 - a true living fossil - is the only known living representative of the family Shinisauridae. Its current distribution range is restricted to small and isolated relict populations in South China and Northeast Vietnam. The species is strongly associated to freshwater streams within remote and intact evergreen broadleaf forests and exhibits rare reproduction strategies (e.g., ovoviviparity, multipaternity). Its unique biology and outstanding appearance makes S. crocodilurus an increasingly desired target species in the international pet trade, which - in concert with multiple further anthropogenic pressures - brought the species at the brink of extinction. While detrimental population declines of S. crocodilurus have been recorded in China, respective information on its population status, threats and ecology remained poorly known in Vietnam. The present thesis provides a combination of several ecological, systematic, molecular and forensic methods in order to identify the autecology and conservation status of S. crocodilurus in Vietnam and to test the utility of different methods as potential novel tools for conservation implications. Based on annual population monitoring of S. crocodilurus we found, that wild populations are dramatically small, in continuous decline and we even observed several local extirpations in Vietnam within recent years. Poaching as well as ongoing habitat loss and fragmentation were identified as major causes. We further provided new and essential basic knowledge on the ecological adaptation of Vietnamese S. crocodilurus, emphasizing its strong ecological specialization. In order to predict the overall distribution of suitable habitats and potential further occurrences of S. crocodilurus, we applied species distribution models (SDMs). Following the resulting predictions, we discovered a new S. crocodilurus population, affirming the practical utility of such theoretical models. In this context, we also predicted an almost entire loss of suitable habitats by 2080 as consequence of global climate change. To substantiate these prognoses with actual data on temperature selection, we developed a backpack system with thermo data loggers for S. crocodilurus, which - being the first of its kind in lizards - proved to be applicable in the field. First data indicated the species small realized thermal niche and selection of cool temperatures, suggesting its vulnerability to climate change. Since we identified illegal trade as critical and acute threat to S. crocodilurus - and mechanisms to detect the potential illegal source of traded specimens are generally lacking - we tested the applicability of isotopic markers to distinguish captive bred from wild caught specimens. This approach was herein trialed for the first time in lizards and revealed promising results, namely a clear separation of the investigated groups. Thus, this novel method might develop as a future tool in wildlife forensics. A herein applied integrative approach revealed distinct differences in ecological adaptation, morphology and genetics between Chinese and Vietnamese crocodile lizard populations, resulting in the taxonomic separation into at least two subspecies, concordant with the split into two conservation units. This taxonomic split emphasized the immediate need of enforced in situ and ex situ conservation measures and the establishment of separated conservation breeding programs to retain the genetic integrity of each taxon. Such a conservation breeding program was initiated in the Me Linh Station for Biodiversity, Vinh Phuc, Vietnam - based on the herein conducted ecological and microhabitat analyses - in order to establish a stable reserve population with the goal of a future restocking program. In this context, we identified priority areas for conservation and provided recommendations for the establishment of new reserves and the maintenance of forest corridors, connecting existing reserves with S. crocodilurus populations, in order to inform authorities and policy makers. In summary, this thesis clearly demonstrated the suitability of a various spectrum of novel forensic and ecologic tools and highlights the effectiveness of a multidisciplinary strategy in species conservation, exemplary on the crocodile lizard. Furthermore, it also emphasizes the necessity of ground research, population monitoring and assessment of habitat requirements to provide a solid base for advanced techniques, to amend legislations, to protect habitats and - together with the expertise from zoological gardens - to develop and manage ex situ conservation programs.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

Language

Die Krokodilschwanzechse Shinisaurus crocodilurus Ahl, 1930 - ein echtes lebendes Fossil - ist der einzig rezente Vertreter innerhalb der Familie der Shinisauridae. Heute kommt sie nur noch in kleinen, inselartig fragmentierten Reliktbeständen in Südchina und Nordvietnam vor. Die semiaquatische Echse zeichnet sich durch ihre hohe Angepasstheit an kleine Bergbäche in intaktem, immergrünen Tieflandfeuchtwald, sowie durch besondere Reproduktionsstrategien (Ovoviviparie und Multipaternität) aus. Ihre einzigartige Lebensweise und charismatische Erscheinung macht die Krokodilschwanzechse zu einer zunehmend begehrten Zielart im internationalen Lebendtierhandel. Wilderei, im Zusammenspiel mit weiteren anthropogenen Einflüssen, brachten die Krokodilschwanzechse in China bereits an den Rand des Aussterbens, während entsprechende Daten zum Populationsstatus, zu Bedrohungspotentialen und zur Ökologie der Art in Vietnam fehlen. Die vorliegende Arbeit exemplifiziert eine Kombination verschiedener ökologischer, systematischer und molekularer Ansätze, um den Schutz-, sowie den taxonomischen Status und die Ökologie der Krokodilschwanzechse in Vietnam zu erfassen. Weiterhin wurde die praktische Anwendbarkeit verschiedener neuer ökologischer und forensischer Methoden und ihre Eignung als potentielle Werkzeuge für den Artenschutz überprüft. Unsere jährlichen Bestandsschätzungen ergaben, dass wildlebende Populationen in Vietnam extrem klein sind. Außerdem verzeichneten wir innerhalb der letzten Jahre einen stetigen Populationsrückgang und sogar lokale Ausrottungen. Wilderei und kontinuierlich zunehmender Lebensraumverlust und -fragmentierung identifizierten wir hierbei als Hauptursachen. Außerdem liefert die vorliegende Arbeit essentielle und neue Erkenntnisse über die ökologische Anpassung vietnamesischer Krokodilschwanzechsen und verdeutlicht ihre besondere ökologische Spezialisierung. Um die generelle Verbreitung geeigneter Lebensräume, sowie potentielle noch unbekannte Vorkommen zu prognostizieren, verwendeten wir sogenannte "Nischenmodellierung" (SDMs). Diese Vorhersagen führten zu der Entdeckung einer bislang unbekannten S. crocodilurus Population, wodurch außerdem die praktische Anwendbarkeit von SDMs - die zwar in der ökologischer Forschung häufig angewendet, jedoch kaum auf Praktikabilität getestet sind - bestätigt wird. Außerdem berechneten wir mittels SDMs das fast komplette Verschwinden geeigneter Lebensräume bis 2080, als Konsequenz des Klimawandels. Um diese theoretische Vorhersage mit faktischen Daten zur Temperaturselektion von S. crocodilurus im natürlichen Lebensraum zu untermauern, entwickelten wir ein Rucksacksystem mit Temperaturdatenloggern. Dieses System erwies sich im Feld als äußerst tauglich und stellte außerdem die erste Studie ihrer Art mit aquatischen Echsen dar. Erste Daten indizieren eine sehr schmale Realnische bezüglich der Temperatur, nämlich die Selektion von konstant kühleren Temperaturen, wodurch - unter Berücksichtigung der SDMs - eine enorme Gefährdung der Krokodilschwanzechse durch die globale Erwärmung prognostiziert wird. Da illegaler Handel als besonders akute Gefährdung der Krokodilschwanzechse identifiziert wurde und geeignete Mechanismen, den illegalen Ursprung gehandelter Tiere eindeutig bestimmen zu können grundsätzlich fehlen, testeten wir erstmalig die Eignung von Stabilisotopensignaturen der Haut von Echsen, um legale Nachzuchten von illegalen Wildfängen zu unterscheiden. Diese Pilotstudie erzielte erste vielversprechende Ergebnisse und indiziert das Potential dieser neuen Methode, als zukünftiges forensisches Werkzeug im Artenschutz Anwendung zu finden. Ein hier angewandter integrativer Ansatz zeigte außerdem, dass sich vietnamesische und chinesische Krokodilschwanzechsen in ihrer ökologischen Einnischung, Morphologie und Genetik unterscheiden, was in einer taxonomischen Separation in mindestens zwei Unterarten resultierte, einhergehend mit der Differenzierung von zwei Schutzeinheiten. Die taxonomische Aufspaltung unterstreicht den unmittelbaren Bedarf erhöhter Schutzmaßnahmen - im Speziellen in Vietnam - sowie den Aufbau getrennter Erhaltungszuchtprogramme, um die genetische Integrität der beiden Taxa zu erhalten. Ein solches Erhaltungszuchtprogramm im Hinblick auf eine zukünftige Wiederauswilderung wurde - basierend auf den vorangegangenen ökologischen Untersuchungen - in der Me Linh Station für Biodiversität, Vinh Phuc Provinz, Vietnam initiiert. Insgesamt demonstrierte diese Arbeit die Nützlichkeit von diversen neuen forensischen und ökologischen Werkzeugen und betont - am Beispiel der Krokodilschwanzechse - die Effektivität einer multidisziplinären Strategie im Artenschutz. Außerdem wurde die Wichtigkeit von Grundlagenforschung, wie zum Beispiel Populations- und Lebensraumanalysen herausgestellt, welche - zusammen mit der Expertise zoologischer Gärten - die solide Basis für moderne Methoden, Schutzprogramme und Regelungen zum Artenschutz bildet.

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