Hair as a tool for identification of predators and prey: a study based on scats of jaguars (Panthera onca) and pumas (Puma concolor) / Pelos como ferramenta de identificação de predadores e presas: um estudo baseado em fezes de onças-pintadas (Panthera onca) e pumas (Puma concolor)

Abstract: Microscopic hair identification is a non-invasive, simple, and economical method applied in scientific studies to identify mammal species. In ecology, this method is used mainly in mastofaunistic inventories and dietary studies. In the last decade, the number of dietary studies using the microscopic identification of hairs has grown substantially, but the application of this technique as a tool for the identification of both predators and prey species is still scant. Thus, the aim of this study was to identify predator and prey hairs in scat samples from the two largest species of carnivores in the Neotropical region, the jaguar (Panthera onca Linnaeus, 1758) and the puma (Puma concolor Linnaeus, 1771). We examined a total of 100 scat samples being 50 from the Pantanal of Mato Grosso do Sul and 50 from the Atlantic Forest of Paraná. We used different identification categories that included the hair microscopic and macroscopic identification, as well as the use of hooves and nails present in the scats associated with tracks and kills found in the field. We identified 57 prey items in the Pantanal samples and 61 in the Atlantic Forest samples. Predator´s hairs were identified in 34% of Pantanal samples and in 46% of Atlantic Forest samples. The combination of hair microscopic and macroscopic characteristics was efficient in the identification of different taxonomic levels, with most identifications reaching the level of the species. However, the methodological protocol for microscopic hair identification was not fully effective in obtaining all the microstructural patterns of the studied mammals. Adjustments in the technique are necessary to differentiate microstructural characteristics of species belonging to the same family. We recommend macroscopic identification of scat content items (hairs, hooves or nails) of both prey and predators to be used to complete the microscopic hair identification technique in dietary ecological studies.

Resumo: A identificação microscópica do pelo é um método não invasivo, simples e econômico, aplicado em estudos de identificação de várias espécies. Em ecologia, esse método é usado principalmente em inventários mastofaunísticos e estudos de dieta. Na última década, a identificação microscópica de pelos em estudos de dieta tem crescido substancialmente, porém ainda conhecemos muito pouco sobre o uso das características microscópicas e macroscópicas dos pelos para identificação tanto de presas quanto de predadores. Assim, o objetivo deste estudo foi identificar pelos de predadores e presas em amostras fecais das duas maiores espécies de carnívoros da região Neotropical, onças (Panthera onca Linnaeus, 1758) e pumas (Puma concolor Linnaeus, 1771). Foram examinadas um total de 100 amostras de fezes, provenientes do Pantanal de Mato Grosso do Sul e da Mata Atlântica do estado do Paraná, sendo 50 amostras de cada local. Utilizamos diferentes categorias de identificação que incluíam a identificação microscópica e macroscópica do pelo, bem como o uso de outros vestígios como cascos e unhas presentes nas fezes e pegadas e carcaças encontradas em campo. Nós identificamos 57 itens de presas nas amostras do Pantanal e 61 itens de presas nas amostras da Mata Atlântica. Pelos dos predadores foram identificados em 34% das amostras do Pantanal e 46% das amostras da Mata Atlântica. A combinação de características microscópicas e macroscópicas dos pelos foi eficiente na identificação de diferentes níveis taxonômicos, com a maioria das identificações atingindo o nível da espécie. No entanto, o protocolo metodológico de identificação microscópica dos pelos não foi totalmente eficaz para obter todos os padrões microestruturais dos mamíferos estudados. São necessários ajustes na técnica para diferenciar características microestruturais de espécies pertencentes à mesma família. Recomendamos que a identificação macroscópica de itens alimentares (pelos, cascos ou unhas) tanto de presas quanto de predadores seja usada para completar a técnica de identificação microscópica dos pelos em estudos de ecologia alimentar..

Análise tricológica em morcegos do Brasil revela diferenciação ao nível de família (Mammalia: Chiroptera)

O estudo da microestrutura dos pelos pode ser aplicado em diversas áreas, como: zoologia, ecologia, ciências forenses, arqueologia, epidemiologia e paleontologia, além de ser uma ferramenta útil e importante na identificação das espécies de mamíferos. O objetivo do presente estudo foi analisar os padrões da microestrutura cuticular dos pelos de 68 espécies de morcegos ocorrentes no Brasil. Foram coletados pelos do dorso de espécimes depositados em coleção científica (via úmida). Posteriormente esses pelos foram prensados em lâminas para microscopia junto a uma fina camada de esmalte incolor, com o objetivo de marcar a impressão cuticular, que foi observada em microscópio óptico e comparada com literatura específica. As impressões cuticulares foram classificadas em oito padrões morfológicos: (1) folidáceo estreito, (2) conoidal liso, (3) conoidal contínuo liso, (4) conoidal ornamentado largo, (5) conoidal ornamentado descontínuo, (6) conoidal ornamentado dentado, (7) conoidal liso com bráctea e (8) ondeado oblíquo. Foi possível a diferenciação em nível de Família ou Subfamília. A partir da morfologia cuticular dos pelos foi construída uma chave para identificação de pelos de morcegos até o nível de família ou Subfamília (no caso de Phyllostomidae).(AU)

The study of the microstructure of hair can be applied in several areas, such as: zoology, ecology, forensic sciences, archaeology, epidemiology and paleonthology, asides from being and useful and important tool on identifying mammal species. The objective of the present study was to analyze the patterns of cuticular microstructure of the hair of 67 bat species occurring in Brazil. The hairs were collected from the back of specimens deposited in a scientific collection (wet method). Later, these hairs were pressed in a glass slide for microscopy with a fine layer of uncolored nail polish for marking the cuticular impression, which was observed in optical microscope and compared to specific literature. The cuticular impressions were classified in eight morphological patterns: (1) narrow leaf shaped, (2) straight conoidal, (3) continuous straight conoidal, (4) ornamented wide conoidal, (5) uncontinuous ornamented conoidal, (6) cogged ornamented conoidal, (7) straight conoidal with bracts and (8) obliquous waved. The diferentiation was possible to the level of Family or Subfamily. By the cuticular morphology of hair, an identification key was made for bats hairs to the level of Family or Subfamily (in the case of Phyllostomidae).(AU)

Análise tricológica em morcegos do Brasil revela diferenciação ao nível de família (Mammalia: Chiroptera)

O estudo da microestrutura dos pelos pode ser aplicado em diversas áreas, como: zoologia, ecologia, ciências forenses, arqueologia, epidemiologia e paleontologia, além de ser uma ferramenta útil e importante na identificação das espécies de mamíferos. O objetivo do presente estudo foi analisar os padrões da microestrutura cuticular dos pelos de 68 espécies de morcegos ocorrentes no Brasil. Foram coletados pelos do dorso de espécimes depositados em coleção científica (via úmida). Posteriormente esses pelos foram prensados em lâminas para microscopia junto a uma fina camada de esmalte incolor, com o objetivo de marcar a impressão cuticular, que foi observada em microscópio óptico e comparada com literatura específica. As impressões cuticulares foram classificadas em oito padrões morfológicos: (1) folidáceo estreito, (2) conoidal liso, (3) conoidal contínuo liso, (4) conoidal ornamentado largo, (5) conoidal ornamentado descontínuo, (6) conoidal ornamentado dentado, (7) conoidal liso com bráctea e (8) ondeado oblíquo. Foi possível a diferenciação em nível de Família ou Subfamília. A partir da morfologia cuticular dos pelos foi construída uma chave para identificação de pelos de morcegos até o nível de família ou Subfamília (no caso de Phyllostomidae).

The study of the microstructure of hair can be applied in several areas, such as: zoology, ecology, forensic sciences, archaeology, epidemiology and paleonthology, asides from being and useful and important tool on identifying mammal species. The objective of the present study was to analyze the patterns of cuticular microstructure of the hair of 67 bat species occurring in Brazil. The hairs were collected from the back of specimens deposited in a scientific collection (wet method). Later, these hairs were pressed in a glass slide for microscopy with a fine layer of uncolored nail polish for marking the cuticular impression, which was observed in optical microscope and compared to specific literature. The cuticular impressions were classified in eight morphological patterns: (1) narrow leaf shaped, (2) straight conoidal, (3) continuous straight conoidal, (4) ornamented wide conoidal, (5) uncontinuous ornamented conoidal, (6) cogged ornamented conoidal, (7) straight conoidal with bracts and (8) obliquous waved. The diferentiation was possible to the level of Family or Subfamily. By the cuticular morphology of hair, an identification key was made for bat’s hairs to the level of Family or Subfamily (in the case of Phyllostomidae).

The cuticular profile of the aristiform hair as a characteristic feature of Abrawayaomys (Rodentia: Cricetidae)

The cuticle is the outermost of the three cellular layers of the mammalian hair. It comprises numerous keratinized scales, whose morphology, combined with other microscopic characteristics of the hair, confers characteristic signature traits to various different species. This study aimed to analyze whether the cuticular patterns of the aristiform hair had any signature implications for the two species of the genus Abrawayaomys Cunha & Cruz, 1979. We identified the cuticular profiles of A. ruschi and A. chebezi. Both species have similar hair pattern. The base of the hair shows "irregular waved" scales with smooth and continuous edges, and the apex showed "transversal waved" small-sized scales with continuous and ornamented edges. The middle portion of the hair exhibits different cuticular patterns on different sides of a single hair follicle: "transversal waved" on the dorsal side and "narrow losangled" on the ventral side. This distribution pattern of the cuticular scales is an unprecedented record for any mammal, and it is an important generic feature that allows the identification of single samples, such as those found in predators' gastrointestinal contents. The species in question are considered rare due to the restricted number of specimens deposited in scientific collections. Our findings may contribute to expanding the species' geographic range by making it possible to identify it in various situations. These results highlight the relevance of studies pertaining the identification of the micromorphology of the aristiform hair, which can be used as a tool to accurately identify rodents.(AU)

The cuticular profile of the aristiform hair as a characteristic feature of Abrawayaomys (Rodentia: Cricetidae)

The cuticle is the outermost of the three cellular layers of the mammalian hair. It comprises numerous keratinized scales, whose morphology, combined with other microscopic characteristics of the hair, confers characteristic signature traits to various different species. This study aimed to analyze whether the cuticular patterns of the aristiform hair had any signature implications for the two species of the genus Abrawayaomys Cunha & Cruz, 1979. We identified the cuticular profiles of A. ruschi and A. chebezi. Both species have similar hair pattern. The base of the hair shows "irregular waved" scales with smooth and continuous edges, and the apex showed "transversal waved" small-sized scales with continuous and ornamented edges. The middle portion of the hair exhibits different cuticular patterns on different sides of a single hair follicle: "transversal waved" on the dorsal side and "narrow losangled" on the ventral side. This distribution pattern of the cuticular scales is an unprecedented record for any mammal, and it is an important generic feature that allows the identification of single samples, such as those found in predators' gastrointestinal contents. The species in question are considered rare due to the restricted number of specimens deposited in scientific collections. Our findings may contribute to expanding the species' geographic range by making it possible to identify it in various situations. These results highlight the relevance of studies pertaining the identification of the micromorphology of the aristiform hair, which can be used as a tool to accurately identify rodents.

Identificação de marsupiais do Rio Grande do Sul através da microestrutura dos pelos-guarda / Identification of marsupials from southern Brazil using microstructure of guard-hairs

A análise dos padrões microscópicos de pelos de mamíferos é uma técnica não-invasiva que pode auxiliar na identificação dos marsupiais brasileiros. O objetivo deste trabalho foi identificar padrões microscópicos dos pelos-guarda (cutícula e medula) de marsupiais ocorrentes no Rio Grande do Sul (RS), propondo uma chave dicotômica para sua identificação a partir dessas estruturas. Além disso, nós apresentamos, com detalhes, os padrões tricológicos de espécimes do gênero Monodelphis, um gênero ainda taxonomicamente obscuro que requer revisão no RS. Obtivemos o material analisado por meio da coleta de pelos de marsupiais capturados em campo ou provenientes de coleções de diferentes instituições. Identificamos os padrões dos pelos de dez espécies de marsupiais: Caluromys lanatus, Chironectes minimus, Didelphis aurita, Didelphis albiventris, Cryptonanus guahybae, Gracilinanus agilis, Gracilinanus microtarsus, Lutreolina crassicaudata, Micoureus paraguayanus e Philander frenatus. Os indivíduos do gênero Monodelphis foram analisados em conjunto, como parte do grupo dimidiata. Encontramos três padrões dentro desse grupo, sugerindo que possa haver uma terceira espécie além das duas normalmente reconhecidas (M. brevicaudis e M. dimidiata). A análise dos padrões microscópicos dos pelos possibilitou a identificação, com sucesso, da grande maioria das espécies à que pertencem os marsupiais do Rio Grande do Sul. Os resultados obtidos sugerem que as duas espécies de Monodelphis grupo dimidiata possam ocorrer com uma distribuição distinta no estado, estando uma presente principalmente na porção norte e a outra na porção leste do RS, com sobreposição na região central.

The analysis of mammalian hairs is a non-invasive technique that may help in the identification of Brazilian marsupials. Our objective was to identify microscopic patterns of marsupial guard-hairs (cuticle and medulla) from species with occurrence in the state of Rio Grande do Sul, southern Brazil. We also present a hair-based identification key for this group. Specifically for Monodelphis, a still taxonomically obscure genus that needs revision, we present detailed description of observed hair patterns. We obtained the analyzed material by collecting hair samples of marsupials captured in field or else deposited in different zoological collections. We identified hair patterns of ten marsupial species: Caluromys lanatus, Chironectes minimus, Didelphis aurita, Didelphis albiventris, Cryptonanus guahybae, Gracilinanus agilis, Gracilinanus microtarsus, Lutreolina crassicaudata, Micoureus paraguayanus and Philander frenatus. Individuals of the Monodelphis genus were analyzed together, considered as part of the dimidiata group. We found three distinct patterns for this group, suggesting the possible occurrence of a third species besides the two already recognized (M. brevicaudis and M. dimidiata). These morphs show distinct distribution in the state, with some degree of distribution overlap. The analysis of microscopic patterns of mammal hairs allowed the successful identification of the great majority of marsupials that occur in the Rio Grande do Sul state. Our results suggest that the two Monodelphis species of the dimidiata group might occur with a distinct distribution in the state, one of them occupying mainly the northern part and the other one the eastern region, with some overlap in the central part of the state.

Microestrutura de pêlos-guarda de felídeos Brasileiros: considerações para a identificação de espécies / Guard-hair microstructure of Brazilian felids: considerations for species identification

O exame da microestrutura da cutícula e medula dos pêlos é uma técnica simples e de baixo custo para identificar espécies de mamíferos para uma variedade de aplicações. Foram estudados pêlos-guarda de 66 indivíduos de oito espécies de felídeos brasileiros (Leopardus colocolo, L.geoffroyi, L.pardalis, L.tigrinus, L.wiedii, Panthera onca, Puma concolor, Puma yagouaroundi), através de amostras colhidas de animais anestesiados em zoológicos. A microestrutura dos pêlos-guarda foi analisada e descrita através de impressões cuticulares e preparações medulares, e posteriormente foi feito um teste cego para avaliar a acurácia da identificação específica. Embora tenham sido encontrados caracteres morfológicos distintos para cada espécie, a sutileza destes caracteres e sua sobreposição entre as diferentes espécies resultaram em uma acurácia relativamente baixa (75 por cento). A identificação de pares ou trios de espécies cujos pêlos têm morfologia mais semelhante (Grupo A: L. pardalis, L. tigrinus, L. wiedii; Grupo B: L. colocolo, L. geoffroyi, P. yagouaroundi; Grupo C: P. concolor, P. onca) elevou a acurácia significativamente (91 por cento). A identificação dos felídeos brasileiros através da microestrutura de seus pêlos é desafiadora e requer um exame cuidadoso de caracteres sutis, devendo ser apoiada por outras técnicas mais acuradas e/ou ser limitada principalmente às aplicações que não requerem identificação específica ou que trabalhem em escalas taxonômicas mais amplas.

The analysis of cuticle and medulla hair microstructure is a simple and inexpensive technique to identify mammal species for a variety of applications. We studied the guard-hairs of 66 individuals of eight felid species occurring in Brazil (Leopardus colocolo, L.geoffroyi, L.pardalis, L.tigrinus, L.wiedii, Panthera onca, Puma concolor, Puma yagouaroundi), through hair samples collected from anesthetized zoo animals. The microstructure of the guard-hairs was analyzed and described through cuticle impressions and medulla preparations; a blind test was conducted to evaluate the accuracy of species identification. Although distinctive morphological characters could be identified for each species, the subtlety of these characters and the overlap of features among species resulted in a relatively poor accuracy (75 percent). The identification of pairs or trios of species whose hair has similar morphologies (Group A: L. pardalis, L. tigrinus, L. wiedii; Group B: L. colocolo, L. geoffroyi, P. yagouaroundi; Group C: P. concolor, P. onca) significantly improved accuracy (91 percent). The identification of Brazilian felids through the microstructure of their hair is challenging and requires careful examination of subtle features, and should be complemented by more accurate techniques and/or be limited mostly to applications where high accuracy is not essential or where a broader taxonomic scale is being evaluated.

Microestruturas de pêlos de pequenos mamíferos não-voadores: chave para identificação de espécies de agroecossistemas do estado de São Paulo, Brasil / Microstructures of the hair of non-volant small mammals: key to the identification of species from agroecosystems of the State of São Paulo, Brazil

Hair microstructure characteristics have been used for species identification in taxonomic, ecological, paleontological, archeological and forensic research. This study aims to describe the hair structure from small mammals commonly found in agroecosystems of the São Paulo State. The hairs were collected from the dorsal region of previously identified specimens collected in agricultural areas (sugar-cane plantations), pasture areas, silviculture areas (eucalyptus plantation) and fragments of native vegetation (semideciduos Atlantic Forest and Cerrado). Optic microscope was not effective for describing the form and the border of scales, which were described using scanning electronic microscope. A dichotomic key of identification is presented for 11 species of non-volant small mammals (seven rodents and four marsupials).

Características microestruturais dos pêlos vêm sendo usadas para identificação de espécies em pesquisas taxonômicas, ecológicas, paleontológicas, arqueológicas e forenses. Este estudo tem como objetivo a descrição da estrutura dos pêlos de algumas espécies de pequenos mamíferos não-voadores comumente encontrados em agroecossistemas do Estado de São Paulo. Os pêlos foram coletados do dorso de espécimes previamente identificados coletados em áreas de agricultura (canavial), pastagens, silvicultura (plantio de eucalipto) e fragmentos de vegetação nativa (floresta semidecídua e cerrado). O microscópio óptico apresentou limitações para a descrição do formato e borda das escamas, os quais foram descritos através do uso de microscópio eletrônico de varredura. Uma chave de identificação dicotômica é apresentada para 11 espécies de pequenos mamíferos não-voadores (sete roedores e quatro marsupiais).