Research in Panama/Investigación en Panamá (ENV 451) Executive Summaries/Resúmenes Ejecutivos Year/Año 2003 McGill University Professors/Profesores Roberto Ibáñez D. Rafael Samudio, Jr. - 1 -
Table of Contents Cuadro de Contenidos FOREWORD... 3 PRÓLOGO... 4 An investigation of hantavirus in Panama: considering the ecosystem approach to health.... 5 Una investigación del enfoque ecosistema de la salud.... 6 Monitoring amphibian populations in Parque Natural Metropolitano, Panama....7 Monitoreo de las poblaciones de los anfibios en el Parque Natural Metropolitano, Panama....8 Aquatic insect and tree diversity in the Panama Canal Watershed: The role played by physical stream variables and socio-economic characteristics.....10 La diversidad de insectos acuáticos y de árboles en la cuenca del Canal de Panamá: el papel de las características físicas de las quebradas y de las características socio-económicas de la población humana... 11-2 -
FOREWORD Since 1999 McGill University has been carrying an internship program course in Panama through the School of Environment: Research in Panama ENV 451. During these eight years, the purpose of this interdisciplinary semester course has been to provide students with theoretical and practical experience in the Neotropical environment and with the people of Panama. It is expected that this experience will help students to become responsible professionals and better citizens while improving their research skills. In this opportunity, 25 undergraduate students participated in this internship course during four months generating 11 different research projects comprised in three general themes: biodiversity and conservation, natural resources and conservation strategies, and human dimension and nature. These projects were carried on coordination with a series of organizations that served as host institutions for the students, including governmental and non-governmental organizations, base groups and international missions, as follows: Autoridad Nacional del Ambiente (ANAM) Unidad de Monitoreo Parque Natural Metropolitano (PNM) Smithsonian Tropical Research Institute (STRI) El Instituto Conmemorativo Gorgas de Estudios de la Salud This document includes the summaries of 3 projects that resulted from the collaboration among students and their host institutions. I consider that the information provided in these summaries show the top quality of projects performed, which are useful to guide future research and actions. I hereby acknowledge Dr. Roberto Ibáñez, co-instructor of this course, for his great contribution to the course success; Jason Cochran, TA for this course, for your constant support; Dr. Catherine Potvin for her keen observations and suggestions; and Nilka Tejeira, administrative assistant, for maintaining the order and remind us of deadlines. Thank you and hasta la vista! Rafael Samudio Jr., Ph.D. Coordinator professor of Research in Panama Panama, June 2003-3 -
PRÓLOGO Desde 1999 la Universidad de McGill ha estado realizando un curso dentro del programa de pasantías en Panamá a través de la Escuela del Ambiente: Investigación en Panamá ENV 451. Durante estos ocho años el propósito de este curso interdisciplinario semestral ha sido el de proveer a los estudiantes con la experiencia teórica y practica en el ambiente Neotropical y con la gente de Panamá. Se espera que esta experiencia ayudara a los estudiantes a ser profesionales responsables y mejores ciudadanos mientras que mejoran sus capacidades de investigación. En esta oportunidad, 25 estudiantes participaron en el curso de pasantía durante cuatro meses generando 11 diferentes proyectos de investigación en tres temas generales: biodiversidad y conservación, recursos naturales y estrategias de conservación y dimensión humana y naturaleza. Estos proyectos fueron realizados en coordinación con un grupo de organizaciones que sirvieron como anfitrionas para los estudiantes, incluyendo organizaciones gubernamentales y no gubernamentales, grupos de base y misiones internacionales, como se detallan a continuación: Autoridad Nacional del Ambiente (ANAM) Unidad de Monitoreo Parque Natural Metropolitano (PNM) Smithsonian Tropical Research Institute (STRI) El Instituto Conmemorativo Gorgas de Estudios de la Salud Este documento incluye los resúmenes de 3 proyectos que resultaron de la colaboración entre los estudiantes y las instituciones anfitrionas. Yo considero que la información brindada en estos resúmenes muestra la alta calidad de los proyectos realizados, los cuales son útiles como guías para futuras investigaciones y acciones. Por este medio yo agradezco al Dr. Roberto Ibáñez, co-instructor de este curso, por su gran contribución al éxito del curso; Jason Cochran, asistente del curso, por su constante apoyo; Dr. Catherine Potvin por sus atinadas observaciones y sugerencias; y a Nilka Tejeira, asistente administrativa, por mantener el orden y recordarnos de las fechas límites. Muchas gracias y hasta la vista! Rafael Samudio Jr., Ph.D. Profesor coordinador de Investigaciones en Panamá Panamá, junio de 2003-4 -
An Investigation of Hantavirus in Panama Claire Danby Alexandra Gaudreau Host Organization: El Instituto Conmemorativo Gorgas de Estudios de la Salud Hantavirus was a new emergent infectious disease in the Americas, however only appeared in Panamá in the year 2000, when an outbreak occurred in the Los Santos province. Since the outbreak the Gorgas Institute has initiated a series of multi-disciplinary investigations in the area. Beyond surveys of the human population, blood samples are continually being drawn from both human and rodent populations and ecological analysis of the environment is underway. The internship project we focused on was an investigation of the prevalence of hantavirus in the context of an ecosystem approach to health. In particular we created and analyzed a rodent trap database of two communities for the Gorgas Institute. This was considered within the context of hantavirus in Panamá, and the traditional medical ideology was contrasted to a new ecosystem approach to health. In order to create the database we learned how to use EpiInfo6 software and input data from the trap samplings performed in the two communities. After entering all the data, we used the different prompts within the database to create different cross-tables, means and frequencies for the individual variables. These variables were then graphed in order to determine that their distribution was normal. Next, we did several statistical tests comparing mean values across different variables (including the two communities, grid types, and cultivations) and used a non-parametric statistical test to test for significance. We then considered the analysis in the socio-economic and environmental context of these two communities. Although we found several significant differences between the trap variables for location, grid type, and cultivation- the small sample size of the database made the findings relatively insignificant. Using our field experience with Gorgas and information that we gathered from local experts, we investigated and evaluated the current state of Hantavirus in Panamá. We then examined the approach of the Gorgas Institute s investigation of hantavirus, and their search for solutions. We found that they had adopted a quasi-ecosystem approach to the outbreak and were looking at solutions for prevention of the syndrome beyond the clinical scope of traditional medicine. However, further efforts would be necessary in order to truly evaluate and understand the multi-dimensional nature not only of hantavirus but of health in general. An ecosystem approach to health is a recent innovation that is continually growing. This approach has potential to offer the best hopes for long-term solutions to health problems, including emerging diseases like hantavirus. - 5 -
Una Investigación de Hantavirus en Panamá -Reconocimiento del enfoque ecosistema de la salud- Claire Danby Alexandra Gaudreau Instituto anfitrión: El Instituto Conmemorativo Gorgas de Estudios de la Salud Hantavirus era una nueva enfermedad infecciosa en las Ameritas, pero solamente aparejó en Panamá en el año 2000, cuando hubo una epidemia en la Provincia de los Santos. Después, el Instituto Gorgas (ICGES) inició una serie de investigaciones en diferentes aspectos del área. No solamente están haciendo encuestas en las poblaciones de roedores y humanos, pero también los analizas geográficas. El proyecto de pasantía fue de investigar la prevalecía de hantavirus con un enfoque ecosistema de salud. Para dar al ICGES, hicimos una base de datos sobre las trampas de roedores en dos comunidades. Estudiábamos el hantavirus en Panamá en general, y la ideología de la medicina tradicional era contraste con el enfoque ecosistemática de la salud. Para crear la base de datos, aprendimos como utilizar y entrar datos en la programa de EpiInfo6. Utilizábamos el programa para crear mesas y frecuencias de datos. Hicimos gráficas y veamos que los datos no eran en distribución normal. Entonces hicimos pruebas estadísticas para comparar las medias de variables por: las comunidades, las redes y los cultivos. Finalmente discutimos las resultadas en el contexto socio-económico y ambiental de las dos comunidades y la Península Azuero. Encontrábamos resultadas estadísticas significativo pero el tamaño chico de muestras nos da resultadas relativamente insignificantes. Con nuestra experiencia de campo y información de expertos locales, investigamos y evaluamos estado de hantavirus en Panamá. Después examinábamos el enfoque del ICGES en la investigación y el busco para soluciones. Descubrimos que ICGES esta haciendo investigaciones de muchos diferentes aspectos y que esta mirando la problema del epidémico y de la salud en general- de más perspectivas que la medicina tradicional. Una enfoque ecosistema a la salud era una nueva innovación que esta siempre creciendo. Este enfoque tiene mucho potencial para ofrecer las mejores esperanzas por soluciones a largo plazo a los problemas moderno de salud y enfermedad, incluyendo enfermedades emergidas como el hantavirus. - 6 -
Alanah Heffez Rachele Levin Katherine Wieckowski Monitoring Amphibian Populations in Parque Natural Metropolitano Host: Parque Natural Metropolitano Over the past two decades there have been reports of a global amphibian decline as a result of a myriad of factors including climate change, habitat modification, habitat fragmentation, introduced species, UV-B radiation, chemical contaminants, acid precipitation and soil, disease, and trade. This phenomenon is prevalent throughout Central America, with declines occurring in both Costa Rica and Panama. This global and regional context has motivated Parque Natural Metropolitano (PNM) to commission an amphibian monitoring program in order to assess the state of the park s amphibian populations. Because PNM has always operated under budgetary constraints, they have never been able to realise this program, until this year. Given these circumstances our objectives were twofold. Firstly, in order to determine amphibian population densities, we created a simple monitoring protocol and collected the initial baseline data. Our protocol was designed, keeping in mind that future high school students, in collaboration with PNM, would be using it to continue our study. This partnership would allow for a long term study of amphibian populations without burdening PNM with any financial responsibilities. Secondly, because amphibians are considered to be indicators of environmental health we decided to study the effects of urban encroachment and pollution on the survivorship of amphibians. Our study took place in PNM during the dry season months of February and March. The monitoring of amphibian populations, and a survey of environmental factors determining habitat suitability, was conducted in the Quebrada Copfa. The second study examining anthropogenic sources of pollution affecting amphibian populations in PNM took place in the Rio Curundu, which boarders the park and is subject to various sources of contamination. To sample for amphibians we used a three tier system in order to maximise search effort and detect the greatest number of species. This involved a system of randomly placed 100m transects along the river or quebrada in which we performed visual encounter sampling (tier 1). Each transect had three randomly placed 2m belts which were thoroughly searched using catch and release tactics (tier 2). Ponds falling within transects were also searched (tier 3). In the Quebrada Copfa monitoring project we found diversity of amphibian species to be greater at night with a Simpson s index of 3.70, whereas during the day the Simpson s index was only 1.07. During our study we identified a species of frog, Agalychnis spurrelli, which they did not know lived in the park. With respect to environmental factors we found amphibian abundance to increase with amount of leaf litter, and to decrease with increased water temperature. We did not find a relationship between water depth, rate of flow, and canopy coverage, however this is probably because the quebrada is fairly uniform in all study sites. We found the greatest determining factor of amphibian density to be seasonal and temporal variation. In the Rio Curundu study we found that the only environmental factor to be significantly correlated with amphibian abundance was water depth (p=0.24). Contrarily, every water quality parameter we tested for was strongly and significantly correlated with amphibian abundance. BOD and dissolved oxygen were linearly related to abundance (R 2 =0.861; p 0.0005 and R 2 =0.8999, p=0.001, respectively). Turbidity and total coliforms also had strong correlations (spearman rank correlation = -0.949). Furthermore, our analysis showed that pollution does not progressively worsen as you go downstream along the Rio Curundu as was previously believed by park staff; site 4 was cleaner than site 1. However, after site 4 the river becomes extremely contaminated. The two studies described above have wider implications that are extremely useful for the management of amphibian populations within the park. The monitoring program, if continued by students, will allow the park to determine the population trends of amphibians and if they are in fact threatened and in need of protection. The study along the Rio Curundu, lends support to the notion of amphibians as indicators, thus allowing PNM to gauge the severity of the impact of the Rio s contamination on other animal species that use the river, within the park. If the results of these studies are appropriately used, they will aid PNM in its mandate to protect nature. - 7 -
Monitoreo de las Poblaciones de los Anfibios en el Parque Natural Metropolitano Alanah Heffez Rachele Levin Katherine Wieckowski Instituto anfitrión: Parque Natural Metropolitano Durante los últimos dos decenios, científicos por todos lados del mundo han notado que las poblaciones globales de los anfibios están disminuyendo. Las razones para esa disminución son varias e incluyen el calentamiento global, destrucción del hábitat, introducción de especies extranjeros, radiación solar UV-B, sustancias químicas toxicas, acidez, enfermedades, y comercio. Ese fenómeno de disminución es prevaleciente en todo Centroamérica. Disminuciones de anfibios están ocurriendo en Costa Rica y también en Panama. Para estas razones, en este contexto global, el Parque Natural Metropolitano quería crear un programa de monitoreo de anfibios para que pudieran evaluar el estado de las poblaciones de los anfibios en el parque. Como el parque siempre tenido restricciones financieras, no se ha podido lograr ese programa hasta este ano. Dado estas circunstancias, nosotras teníamos dos objetivos. El primero era que para determinar las densidades de las poblaciones de anfibios, hemos creado una metodología simple para hacer un muestreo de anfibios en el parque y hemos creado también una base de datos inicial para el primer ano. Hemos diseñado la metodología para que estudiantes de escuela secundaria, trabajando con PNM, lo pudieran hacer en los anos siguientes para continuar y extender la base de datos que hemos empezado este ano. Hemos pensado que seria bueno si los estudiantes de escuelas secundarias hicieron esto trabajo porque podrían continuar el monitoreo de anfibios en el parque a largo plazo y también porque así el parque no tendría que pagar a alguien para hacer el trabajo. Nuestro segundo objetivo era que dado que científicos creen que los anfibios son buenos indicadores del estado del ambiente, hemos decidido de estudiar los efectos de lugares urbanos e industriales y de la contaminación sobre la sobrecvivencia de los anfibios del parque. Nuestro estudio tuvo lugar en PNM durante la estación seca en los meses de Febrero y Marzo. El primer estudio tuvo lugar en la Quebrada Copfa, donde hemos hecho el monitoreo de las poblaciones de anfibios y un estudio de factores ambientales que podrían determinar conveniencia de hábitat en la quebrada. El segundo estudio tuvo lugar en el Río Curundu (que esta ubicado al lado de PNM y que esta muy contaminado) y en este estudio hemos examinado fuentes de contaminación que afectaban a las poblaciones de anfibios en PNM. Para hacer el monitoreo de los anfibios hemos usado un sistema de tres niveles. Para hacer el monitoreo, hemos utilizado una metodología de poner segmentos de 100 metros a lo largo de la quebrada para hacer el primer nivel de muestro, que es simplemente buscar y contar los anfibios (nivel 1). Cada segmento de 100 metros contenía 3 cuadrantes de 2 metros. En esos cuadrantes hemos buscado muy cuidadosamente para los anfibios usando tácticas de agarrar los anfibios y después dejarlos libre para que no contábamos el mismo animal dos veces (nivel 2). Si había charcas dentro de los cuadrantes, hemos buscado en ellas para anfibios también (nivel 3). En el proyecto del monitoreo de la Quebrada Copfa hemos encontrado que la diversidad de anfibios era mas grande durante la noche (índice Simpson de diversidad de 3.70) que durante el día (índice Simpson de diversidad de 1.07). Durante el muestreo del día, hemos identificado una especie de rana, Agalychnis spurrelli, que la dirección del parque no sabia que existía en el parque. En relación con los factores ambientales, hemos encontrado que la abundancia de los anfibios aumenta con un incremento en hojas rascas y disminuye con un aumento en la temperatura del agua. No hemos encontrado una relación entre abundancia y la profundidad del agua, la velocidad del agua, o la abundancia de vegetación de dosel. Pensamos que la razón por la cual no hemos encontrado relaciones entre abundancia de anfibios y estos factores es porque la Quebrada Copfa no cambia mucho entre los sitios en donde hemos hecho el muestreo. Hemos encontrado que el factor más importante que determina la densidad de anfibios son las fluctuaciones temporales y estacionales. Para el estudio del Río Curundu hemos notado que el único factor ambiental que es significativamente correlacionado con abundancia de anfibios era la profundidad del agua (p=0.24). Al contrario, todos los parámetros de calidad de agua que hemos analizado tenían correlaciones muy significativos con abundancia de anfibios. Demanda biológica de oxigeno (DBO) y oxigeno disuelto eran relacionados linealmente a la abundancia (R2=0.861; p 0.0005 y R 2 =0.8999, p=0.001, respectivamente). Turbidez y coliformes totales también tenían correlaciones fuertes. Además, nuestro análisis demostró que el río no llega a ser más y mas contaminado mas adelante (como antes creyeron la dirección del PNM). Al contrario, el sitio 4 es mas contaminado que el sitio 1. Claro que después del sitio 4, el río llega a ser muy contaminado. - 8 -
Los dos estudios tienen implicaciones muy grandes que podrían ser muy útiles para el manejo de las poblaciones de anfibios dentro del parque. El programa de monitoreo, si verdaderamente esta continuado por los estudiantes, podrá permitir al parque monitorer las poblaciones de anfibios y determinar si están amenazadas y si necesitan protección. El estudio del Río Curundu da apoyo a la idea que los anfibios son buenos indicadores del estado del ambiente. Esto podrá permitir a PNM de evaluar la severidad del impacto de la contaminación del Curundu sobre otras especies que utilizan el agua del rió en el parque. Si los resultados de estos estudios están utilizados apropiadamente, podrán ayudar el PNM en su mandato de proteger la natura. - 9 -
Mélanie Lapointe Aquatic insect and tree diversity in the Panama Canal Watershed: The role played by physical stream variables and socio-economic characteristics. Host Organization: Unidad de Monitoreo, Autoridad Nacional del Ambiente (ANAM) The Panama Canal watershed is located in one of the world s most biologically diverse areas. Its tropical forests contain a high diversity of plant and animal species. These forests are a crucial element in maintaining the canal s water supply, which is necessary to pursue the important shipping activities and to provide drinking water to the two biggest cities of the country, Panama and Colon. Since the watershed is located beside a large and expanding capital city, deforestation, land degradation and erosion are becoming significant threats. There is still a lot to be learned about the biodiversity of the Canal watershed. This research project is an attempt to learn more about the factors that influence the diversity of aquatic insects and trees in this region of Panama. The first project s objective is to determine the relation between physical stream characteristics and the diversity and community structure of aquatic macroinvertebrates. The second project is concerned with determining the relationship between tree biodiversity indices and socioeconomic characteristics of the surrounding human population. The data used for these research projects comes from the nine watersheds that ANAM sampled in 2001 for its biological monitoring database. For the aquatic insect project, the ecological and physical data was readily available at ANAM, but had not been analyzed yet. The abundance, richness and the proportion of functional feeding groups of aquatic macroinvertebrates were correlated with the percent of shade, the velocity of the current and the averaged depth of the riffles. For the second project, tree diversity indices were calculated using the data from ANAM s database while socio-economic characteristics of the human population living in the watershed were obtained from the Panamanian population census of 2000. They were then correlated using Spearman rank correlations. Abundance and richness of aquatic macroinvertebrates was not correlated with any of the physical characteristics measured. However, aquatic insect community structure was related to current velocity and riffle depth. In shallow slow moving waters, the proportion of predators was significantly higher. It is probably because predators require shallow water and low velocities in order to move and catch their preys effectively. Overall, the three physical stream characteristics chosen do not seem to be important in explaining the differences in aquatic insect communities between the nine streams studied. It is possible that chemical stream characteristics and human land use have a more important impact on aquatic insect s diversity and assemblage. More significant results were obtained with socio-economic characteristics and tree diversity. On the one hand, when there are more people living in a watershed, there is less tree diversity and a less even distribution of tree species because forests will be cut and replace by human settlements or agricultural fields where only the trees that are needed will be planted. On the other hand, when the people have a lower income and are poorer, tree species are more evenly distributed. Furthermore, when a larger percentage of the population is involved in agricultural activities, the tree diversity is higher and the dominance index is lower. It is probably because it is important for poor people and farmers to keep an environment as diverse as possible around them in order to have other revenue options more difficult times. In conclusion, some of the poverty indices were correlated to biodiversity indices, but it seems that there are higher levels of diversity and less dominance in the watersheds with the lowest population, which are also the watersheds where poverty levels are the highest. These watersheds are definitively the ones that have had less human-related development. This means that the increase in urban areas of the watersheds that have high population numbers can also have important impacts on the vegetation and area an important cause significant biodiversity loss. - 10 -
La diversidad de insectos acuáticos y de árboles en la cuenca del Canal de Panamá: el papel de las características físicas de las quebradas y de las características socio-económicas de la población humana. Mélanie Lapointe Organización: Unidad de Monitoreo, Autoridad Nacional del Ambiente (ANAM) La cuenca del Canal de Panamá esta situada en una región del mundo donde hay niveles altos de biodiversidad. Sus bosques tropicales contienen una diversidad de plantas y animales alta. Estos bosques son importantes para mantener la cantidad de agua necesaria para proseguir las actividades de los barcos y para el agua potable de las dos ciudades más grandes del país, Panamá y Colon. La cuenca esta localizada cerca de la capital que esta en un proceso de ampliación. Entonces deforestación, degradación del ambiente y erosión son problemas significativos. La biodiversidad de la cuenca del Canal ya no es bien conocida. Este proyecto se divide en dos partes y trata de conocer más sobre los factores que influyen la diversidad de insectos acuáticos y de árboles en esta región de Panamá. El objetivo de la primera parte es de relacionar las características físicas de las quebradas con la diversidad y la estructura de la comunidad de insectos acuáticos. El segundo proyecto concierne la relación entre la diversidad de árboles y las características socio-económicas de la población humana que vive cerca o a dentro de la cuenca. Los datos utilizados para estos proyectos vienen de la base de datos de ANAM para los nueve sitios de muestro del ano 2001. Para el proyecto de insectos acuáticos, ANAM ya tenia todos los datos, pero no los había analizados. El numero de individuales, de especies y las proporciones de los grupos que tienen diferentes papeles ecológicos fueron relacionados con el porcentaje de sombra, la velocidad del corriente y la profundidad del agua. Para el segundo proyecto, los índices de diversidad de árboles fueron calculados con los datos de ANAM. Las características socio-económicas de la población humana fueron obtenidas del censo de población 2000 de la Contraloría General de la Republica de Panamá. Después, utilicé las correlaciones de Spearman entre los índices de biodiversidad y las características socioeconómicas. El número de individuales y de especies no estuvieron relacionados con las características físicas estudiadas. Pero, la estructura de la comunidad de insectos acuáticos se relaciono con la velocidad del corriente y la profundidad del agua. Cuando la velocidad es mas baja y que la el agua no es profunda, hay una proporción mas grande de predadores en la comunidad. Es posible que los predadores necesiten estas condiciones de baja velocidad y menos profundidad para mudarse y cazar sus presas. En conclusión, las tres características físicas escogidas no son tan importantes para explicar las diferencias en las comunidades de insectos acuáticos de las nueve quebradas estudiadas. Parece que las características químicas, los usos del suelo y la influencia humana son otros factores que podrían ser más relacionados. Mas resultados significativos se obtuvieron con las características socio-económicas y la diversidad de árboles. En un lado, cuando hay mas personas que viven cerca o a dentro de la cuenca, la diversidad de árboles es menos alta y el índices de dominancia es mas alto porque la gente cortan los árboles para construir nuevos lugares poblados y hacer tierras agrícolas en las cuales van a plantar solamente las especies que son útiles. En un otro lado, cuando la gente tiene un ingreso mas bajo, es decir cuando la gente es más pobre, la vegetación no esta dominada por una especies de árboles. Además, cuando hay mucha gente que esta ocupada en actividades agrícolas, la diversidad de árboles es más alta y el índice de dominancia es mas bajo. Es posible que sea importante para la gente más pobre y los campesinos de conservar un ambiente diverso cerca de ellos para tener más opciones cuando los tiempos son más difíciles. En conclusión, algunos índices de pobreza estuvieron relacionados con índices de biodiversidad, pero parece que hay más diversidad y menos dominancia en las cuencas con menos habitantes que son también las cuencas donde hay un nivel de pobreza más alto. Estas cuencas son las que tienen menos desarrollo o actividades humanas. Eso quiere decir que el desarrollo y la urbanización de las cuencas que tienen una población alta tienen también impactos importantes sobre la vegetación y causa una disminución de biodiversidad. - 11 -