Red deer gender and populations analysis using scats’ volatile profile

Abstract

Current populations of red deer (Cervus elaphus) in Portugal derive from recent reintroduction processes and natural dispersion movements from Spain. These movements promote the expansion of the species and reproduction among different populations, increasing the need for more sophisticated methodologies able to differentiate populations and determine sex-ratio, two demographic parameters used in the management of populations. Headspace solid phase microextraction and comprehensive two-dimensional chromatography coupled to mass spectrometry for time of flight gas phase mode (HS-SPME/GC×GC– ToFMS) arises as a possible solution to the determination of these parameters. Thus, this work aims to test for differences between red deer populations, using scats from natural fenced red deer populations as a model to distinguish between sexes. The obtained volatiles are an attempt to determine specific sets of compounds or chemical families’ markers for males, females and for each population, targeting the use in wildlife approaches. In fact, results showed that populations and gender successful differentiation was based on a sub-set of probably, diet and chemical communication compounds, respectively. The mechanism underling this differentiation is probably the interaction of genetics and environment leading to changes in animals’ physiology, based in the expressed volatile metabolites detected in the scats. The absence of literature data that relates the tentatively identified compounds (mainly aliphatic ketones and hydrocarbons) to chemical signals between red deer requires future bioassays testing the achieved compounds to predetermined behaviours. It is considered that the results and conclusions of this work may be applied to big scale wild populations, allowing the assessment of ecological parameters that otherwise would be expansive and time consuming.

Os recentes programas de reintrodução de veados (Cervus elaphus) e os movimentos naturais de dispersão de indivíduos provenientes de Espanha resumem a história das actuais populações deste mamífero em Portugal. À medida que estas se expandem e que populações com diferentes origens se reproduzem, aumenta a necessidade de metodologias mais sofisticadas capazes de as diferenciar independentemente da origem, e de determinar o rácio sexual, dois parâmetros usados na gestão de populações. A microextracção em fase sólida e em modo espaço de cabeça e cromatografia abrangente bidimensional em fase gasosa acoplada à espectrometria de massa por tempo de voo (HS-SPME/GC×GC– TOFMS) surge como possível solução para a determinação destes parâmetros. Assim, este trabalho tem como objetivos diferenciar populações de veados, usando animais em cativeiro como modelo, bem como efectuar a distinção entre sexos. Os compostos voláteis obtidos são uma tentativa de determinar marcadores (compostos ou famílias químicas) para machos, fêmeas e para cada população, visando o uso na gestão de vida selvagem. De facto, os resultados deste estudo mostram que a diferenciação bem sucedida de populações e sexos foi baseada num sub-conjunto de compostos possivelmente derivados da dieta e comunicação química. O mecanismo que poderá estar na base destas distinções é a interação da genética e de fatores ambientais que conduziram a alterações metabólicas e fisiológicas nos animais, expressas com base nos metabolitos voláteis detetados nos seus excrementos. A ausência de literatura que relacione os compostos identificados (principalmente cetonas e hidrocarbonetos alifáticos) com a comunicação química entre veados leva à necessidade de bioensaios futuros onde se testem os compostos identificados neste estudo e a resposta dos animais. Considera-se que os resultados e conclusões deste trabalho poderão ter uma aplicação ecológica ao nível de populações selvagens de grande escala, permitindo a determinação de parâmetros ecológicos que de outro modo seriam dispendiosos e morosos.