Ecological relationships between birds and haemosporidian parasites in present and future climate change scenarios

Abstract

"Avian haemosporidian parasites, including Plasmodium, Haemoproteus, and Leucocytozoon, are among the most common parasitic infections in wild birds in the Americas. Parasites within each genus exhibit a wide array of environmental tolerance and host specificity, and their distributions are influenced by various environmental factors, the most important being temperature and humidity. Transmitted by dipteran vectors (such as mosquitoes and biting midges), haemosporidian infections can cause significant health issues in wild bird populations, including reduced reproductive success and increased mortality rates. Despite extensive studies on the environmental drivers of distribution and prevalence of these parasites, the potential impacts of climate change on parasite-host dynamics remain difficult to assess due to the complex interactions between the haemosporidians, their hosts, and the environment. In this study, we examined the bioclimatic variables influencing haemosporidian prevalence in avian communities across central to eastern Mexico and continental North America, with a focus on how climate change might affect the distribution trends of haemosporidians in the future. Using spatial modeling, we assessed how the bioclimatic variables, such as temperature and humidity, shape the distribution of haemosporidians across an altitudinal gradient, and in relation to their host specificity. We forecast that in contrasting climate change scenarios, the temperature increases, and precipitation declines might lead to shifts in prevalence trends following the altitudinal gradient, with a potential rise of haemosporidian prevalence at higher elevations, particularly in temperate climates. However, the bioclimatic space associated with haemosporidian prevalence located in arid and semi-arid habitats might become heavily compromised as climate change becomes more severe. In relation to their host specificity, climate change projections suggest a northward latitudinal migration of the bioclimatic variables related to the presence of certain haemosporidian lineages. For specialist lineages, this shift may be more pronounced, given their geographic and host specificity limitations. Under both approaches (altitudinal and latitudinal analysis), our projections suggest that anthropogenic climate change may disrupt the life cycles of both haemosporidians and their vectors, altering infection dynamics and potentially introducing new risks for avian populations. These findings highlight the importance of incorporating climate change projections and analysis into the study of wildlife diseases and underscore the need for further research in relation to the environmental tolerances and host specificity of haemosporidian parasites."

"Los parásitos hemosporidios como Plasmodium, Haemoproteus y Leucocytozoon constituyen algunos de los principales agentes infecciosos en aves silvestres en el continente americano. Los parásitos dentro de cada uno de estos géneros exhiben una amplia gama de tolerancia ambiental y especificidad de hospedero, por lo que sus distribuciones se ven influenciadas por diversos factores medioambientales, de los cuales los más importantes son la temperatura y humedad. Estas infecciones son transmitidas por vectores del orden Diptera (mosquitos y moscas hematófagas) y pueden ocasionar trastornos de salud significativos en las poblaciones de aves silvestres, tales como reducciones en su éxito reproductivo e incrementos en las tasas de mortalidad. No obstante, a pesar de la existencia de diversos estudios acerca de los factores que influyen en la distribución y prevalencia de estos parásitos, aun es difícil evaluar los efectos del cambio climático a largo plazo sobre las dinámicas parásito-hospedero debido a la complejidad de las interacciones entre los hemosporidios, sus hospederos y el medioambiente. En el presente estudio, examinamos las variables bioclimáticas detrás de la prevalencia y presencia de los parásitos hemosporidios en comunidades aviares en el centro-este de México y sobre linajes hemosporidios registrados en América del Norte, con un enfoque especial sobre la manera en que el cambio climático podría afectar las tendencias de distribución de estos parásitos en el futuro. Mediante el uso de modelaje espacial, evaluamos las tendencias de distribución de los hemosporidios a lo largo de un gradiente altitudinal en México y con relación a su especificidad de hospedero bajo una escala continental. Nuestras proyecciones sugieren que, bajo escenarios contrastantes de cambio climático, los incrementos de temperatura y reducción en las tasas de precipitación en el país podrían ocasionar cambios en la expresión de las tasas de prevalencia de los hemosporidios a lo largo de un gradiente altitudinal, con incrementos potenciales de prevalencia en las regiones altas (especialmente en áreas de clima templado). Sin embargo, el espacio bioclimático asociado con la prevalencia de hemosporidios que se encuentra en regiones áridas y semiáridas podría encontrarse fuertemente comprometido conforme el cambio climático se vuelve más severo. Al tomar en consideración los grados de especificidad de hospedero que presentan estos parásitos, las proyecciones de cambio climático sugieren la existencia de una migración latitudinal de las condiciones bioclimáticas relacionadas con la presencia de ciertos linajes hemosporidios hacia el norte del continente, además de una pérdida de espacio bioclimático. Bajo ambos enfoques (análisis altitudinal y latitudinal), nuestras proyecciones sugieren que el cambio climático antropogénico podría alterar las dinámicas de infección y distribución de estos organismos y podría introducir riesgos imprevistos a las poblaciones aviares. Los resultados obtenidos sólo recalcan la importancia de incorporar las proyecciones de cambio climático en el estudio de las enfermedades de vida silvestre y enfatizan la necesidad de realizar mayores investigaciones en relación con la tolerancia ambiental de los parásitos hemosporidios bajo distintos enfoques."