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Estimating Population Size with Noninvasive Capture-Mark-Recapture Data

Authors


  • The two authors contributed equally to this work.

Abstract

Abstract: Estimating population size of elusive and rare species is challenging. The difficulties in catching such species has triggered the use of samples collected noninvasively, such as feces or hair, from which genetic analysis yields data similar to capture-mark-recapture (CMR) data. There are, however, two differences between classical CMR and noninvasive CMR. First, capture and recapture data are gathered over multiple sampling sessions in classical CMR, whereas in noninvasive CMR they can be obtained from a single sampling session. Second, because of genotyping errors and unlike classical CMR, there is no simple relationship between (genetic) marks and individuals in noninvasive CMR. We evaluated, through simulations, the reliability of population size estimates based on noninvasive CMR. For equal sampling efforts, we compared estimates of population size N obtained from accumulation curves, a maximum likelihood, and a Bayesian estimator. For a closed population and without sampling heterogeneity, estimates obtained from noninvasive CMR were as reliable as estimates from classical CMR. The sampling structure (single or multiple session) did not alter the results, the Bayesian estimator in the case of a single sampling session presented the best compromise between low mean squared error and a 95% confidence interval encompassing the parametric value of N in most simulations. Finally, when suitable field and lab protocols were used, genotyping errors did not substantially bias population size estimates (bias < 3.5% in all simulations). The ability to reliably estimate population size from noninvasive samples taken during a single session offers a new and useful technique for the management and conservation of elusive and rare species.

Abstract

Resumen: La estimación del tamaño poblacional de especies elusivas y raras es un reto, Las dificultades para capturar a esas especies ha llevado al uso de la recolección de muestras no invasivas como heces o pelo, cuyos análisis genéticos proporcionan datos similares a los de captura-marca-recaptura (CMR). Sin embargo, hay dos diferencias entre CMR clásica y CMR no invasiva. Primero, los datos de captura y recaptura son recolectados en sesiones múltiples de muestreo en CMR clásico, mientras que en CMR no invasivo se pueden obtener en una sola sesión de muestreo. Segundo, debido a errores en la determinación del genotipo y a diferencia de CMR clásico, no hay una relación simple entre marcas (genéticas) e individuos en CMR no invasiva. Por medio de simulaciones evaluamos la confiabilidad de las estimaciones de tamaño poblacional basadas en CMR no invasiva. Para esfuerzos de muestreo comparamos estimaciones del tamaño poblacional N obtenidas de curvas de acumulación, una probabilidad máxima y un estimador Bayesiano. Para una población cerrada y sin heterogeneidad de muestreo, las estimaciones obtenidas de CMR no invasivo eran tan confiables como las estimaciones de CMR clásico. La estructura del muestreo (sesión única o múltiple) no alteró los resultados, en el caso de una sola sesión de muestreo el estimador Bayesiano presentó el mejor arreglo entre el menor error promedio y un intervalo de 95% de confianza en el valor paramétrico de N en la mayoría de las simulaciones. Finalmente, cuando se utilizaron protocolos de campo y laboratorio adecuados, los errores en la determinación de genotipos no sesgaron sustancialmente a las estimaciones de tamaño poblacional (sesgo < 3.5% en todas las simulaciones). La habilidad para estimar el tamaño poblacional confiablemente a partir de muestras no invasivas recolectadas en una sola sesión ofrece una técnica nueva y útil para la gestión y conservación de especies elusivas y raras.

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