A pond of knowledge: a multi-disciplinary perspective on amphibian conservation

As the dramatic decline of amphibian populations worldwide is becoming increasingly alarming, the question arises of whether a sustainable coexistence between humans and these ‘foul and loathsome beasts’ is possible at all. To address this issue, this doctoral thesis focuses on the Province of Trento as a case study to investigate the presence and wellbeing of amphibian communities in protected areas as well as artificial and human-impacted sites applying different molecular and statistical approaches, including an innovative multidisciplinary workflow based on landscape planning methods. First, I developed a new, non-invasive protocol based on environmental DNA samples, testing it on the model species Rana temporaria. This study proved that the new protocol can be used to obtain information on both species presence and genetic diversity, as I found that standard genetic diversity indices calculated with this approach strongly correlated with that estimated with traditional methods. Secondly, I therefore extended this innovative protocol to all amphibian species living in the study area, testing the new workflow both in the field, across a variety of natural and artificial habitats, and during bioinformatic analysis, successfully retrieving mitochondrial haplotype data of ten amphibian species. Thirdly, I included these amphibian presence data, along with a series of ecological and landscape indices characterizing the considered sites, into a multidimensional analysis approach derived from landscape planning theory. The first results of this study highlighted the important role of protected wetlands for amphibian communities’ conservation, and also indicated farm ponds as potential additional breeding sites for amphibians. Lastly, I characterized the composition of both bacterial and fungal skin communities in Bombina variegata populations from habitats with varying degrees of anthropogenic impact, showing that these microbial communities are indeed affected by human presence and activities, but showing discording patterns between different diversity indices (i.e., alpha and beta diversity). In conclusion, despite confirming the influence of anthropogenic pressures on presence and wellbeing of amphibians, this thesis also highlighted the existence of possible ‘intermediate’ habitats where human-amphibian cohabitation is possible (i.e., farm ponds), as well as the necessity of integrating approaches from different disciplines to achieve a unified conservation framework aimed at a truly sustainable development

Mentre il drammatico declino globale delle popolazioni di anfibi diviene sempre più allarmante, sorge la domanda se sia effettivamente possibile una convivenza sostenibile tra gli esseri umani e queste “bestie immonde e ripugnanti”. Nel tentativo di affrontare questa questione, questa tesi di dottorato si concentra sulla Provincia di Trento come caso di studio per indagare la presenza e il benessere delle comunità di anfibi all’interno di aree protette e siti artificiali e soggetti a impatto antropico, applicando diversi approcci molecolari e statistici, incluso un innovativo workflow multidisciplinare basato su metodi di pianificazione del paesaggio. Innanzitutto, ho sviluppato un nuovo protocollo non invasivo basato su campioni di DNA ambientale, testandolo sulla specie modello Rana temporaria. Da questo studio è emerso che il protocollo può essere utilizzato per ottenere informazioni sia sulla presenza delle specie che sulla loro diversità genetica, poiché ho dimostrato che gli indici standard di diversità genetica calcolati con questo approccio e con i metodi tradizionali sono fortemente correlati. In secondo luogo, ho quindi esteso questo protocollo a tutte le specie di anfibi nell'area di studio, testando il nuovo workflow sia sul campo, in una varietà di habitat naturali e artificiali, sia durante l'analisi bioinformatica, ottenendo con successo dati sugli aplotipi mitocondriali di dieci specie di anfibi. In terzo luogo, ho incluso questi dati di presenza di anfibi, insieme ad una serie di indici ecologici e paesaggistici che caratterizzano i siti considerati, in un approccio di analisi multidimensionale utilizzato in pianificazione del paesaggio. I primi risultati hanno evidenziato l’importante ruolo delle zone umide protette per la conservazione delle comunità di anfibi e hanno anche indicato le pozze d’alpeggio come potenziali ulteriori siti di riproduzione per gli anfibi. Infine, ho caratterizzato la composizione delle comunità cutanee sia batteriche che fungine nelle popolazioni di Bombina variegata da habitat con vari gradi di impatto antropico, dimostrando che queste comunità microbiche sono in effetti influenzate dalla presenza e dalle attività umane, seppur presentando pattern discordanti tra diversi indici di diversità (cioè, diversità alfa e beta). In conclusione, pur confermando l'influenza delle pressioni antropiche sulla presenza e sul benessere degli anfibi, questa tesi ha anche evidenziato l'esistenza di possibili habitat 'intermedi' dove la convivenza uomo-anfibi è possibile (ad esempio, le pozze d’alpeggio), nonché la necessità di integrare approcci provenienti da diverse discipline per ottenere un quadro di conservazione unificato mirato a uno sviluppo veramente sostenibile.