New insights into anticoagulant rodenticide risk assessment in raptors from the southeastern Iberian Peninsula

Abstract

Los rodenticidas anticoagulantes (RAs), utilizados para el control de roedores, representan una amenaza para la fauna silvestre, especialmente las aves rapaces, debido a su posición en la cadena trófica y sensibilidad a estos compuestos. El objetivo general de esta tesis doctoral es ampliar el conocimiento sobre el impacto de los RAs en especies no diana evaluando su presencia en sangre y sus efectos en cuatro especies de rapaces del sureste Ibérico. El análisis de las muestras mediante cromatografía líquida con espectrómetro de masas de triple cuadrupolo, permitió monitorear activamente la exposición a RAs. Además, se evaluaron factores ambientales y la dieta para comprender su posible influencia en la exposición, así como biomarcadores fisiológicos para analizar posibles efectos adversos. En el primer capítulo, se investigó la exposición a RAs en pollos de búho chico (Asio otus) de la Región de Murcia. Se detectaron residuos de RAs en el 98.6% de las 69 muestras de sangre analizadas. Predominaron los rodenticidas de segunda generación (SGARs), especialmente flocumafeno, brodifacum, difenacum y bromadiolona. La mayoría de las muestras contenían múltiples compuestos, reflejando una exposición repetida. La dieta predominante (roedores 51.4% y aves 44.2%) sugiere múltiples vías de exposición. El aumento del tiempo de protrombina (PT) indicó efectos adversos en la coagulación, aunque sin alcanzar umbrales de toxicidad aguda. En el segundo capítulo, se comparó la exposición a SGARs entre la lechuza común (Tyto alba) y el cernícalo vulgar (Falco tinnunculus). Se analizaron 136 muestras de sangre, detectándose una prevalencia del 50% en pollos de lechuza y del 68.6% en pollos de cernícalo. Los adultos de lechuza presentaron prevalencia del 100% y concentraciones significativamente más altas que los pollos. La exposición en cernícalos se correlacionó con áreas urbanizadas, mientras que en lechuzas estuvo influenciada por la densidad humana y la presencia de cultivos mixtos. En lechuzas, una mayor presencia de Rattus spp. en la dieta se asoció con mayor exposición y el PT estuvo positivamente correlacionado con la concentración total de SGARs en sangre. El tercer capítulo evaluó la exposición a RAs en pollos de búho real (Bubo bubo) y la influencia de factores ambientales y antropogénicos, incluyendo la proximidad a cauces de ríos y vertederos. Se analizaron 106 muestras de sangre recolectadas entre 2021 y 2022, detectándose RAs en el 91.5%, con SGARs significativamente más prevalentes que FGARs. Se identificaron concentraciones elevadas de flocumafeno, difenacum y brodifacum (hasta 57.43 ng mL⁻¹). La exposición a brodifacum y difenacum se asoció con la proximidad a ríos, lo que sugiere que estos ecosistemas pueden actuar como vías de contaminación. También se observaron concentraciones más altas cerca de vertederos y áreas urbanizadas. En el cuarto capítulo, se analizó la expresión génica de vkorc1 y vkorc1l1, dianas moleculares de los RAs, en 72 muestras de sangre de búho real. Se encontraron variaciones en la expresión de ambos genes, asociadas a varibles ambientales y actividad humana, lo que sugiere posibles mecanismos de compensación o adaptación fisiológica frente a estos factores. Estos resultados destacan la importancia de los biomarcadores genéticos en la evaluación del riesgo toxicológico de los RAs en especies silvestres. Los resultados subrayan la exposición generalizada a RAs en rapaces del sureste de España, con riesgo para la biodiversidad. La variabilidad en la dieta y el uso del hábitat influyeron en los patrones de exposición, con evidencias de múltiples rutas de contaminación. Las alteraciones en la coagulación indican efectos subletales que podrían comprometer la aptitud de las aves a medio-largo plazo. Este estudio enfatiza la necesidad de una regulación urgente de los RAs y estrategias ambientales para mitigar su impacto en especies no diana en ecosistemas semiáridos.

Anticoagulant rodenticides (ARs), used for rodent control, pose a threat to wildlife, especially birds of prey, due to their position in the food chain and sensitivity to these compounds. The main objective of this doctoral thesis is to expand knowledge on the impact of ARs on non-target species by assessing their presence in blood and their effects on four raptor species from the southeastern Iberian Peninsula. Sample analysis using high-performance liquid chromatography coupled with a triple quadrupole mass spectrometer allowed for active monitoring of AR exposure. Additionally, environmental factors and diet were evaluated to understand their potential influence on exposure, as well as physiological biomarkers to analyse possible adverse effects. In the first chapter, AR exposure was investigated in long-eared owl (Asio otus) nestlings from the Region of Murcia. A total of 69 blood samples were analysed, detecting AR residues in 98.6% of them. Second-generation anticoagulant rodenticides (SGARs) predominated, particularly flocoumafen, brodifacoum, difenacoum, and bromadiolone. Most samples contained multiple compounds, reflecting repeated exposure. The diet was dominated by rodents (51.4%) and birds (44.2%), suggesting multiple exposure pathways. Prolongation of prothrombin time (PT) indicated adverse effects on coagulation, although not reaching acute toxicity thresholds. In the second chapter, SGAR exposure was compared between the barn owl (Tyto alba) and the common kestrel (Falco tinnunculus). A total of 136 blood samples were analysed, detecting a prevalence of 50% in barn owl nestlings and 68.6% in kestrel nestlings. Adult barn owls showed 100% prevalence and significantly higher ΣSGAR concentrations than nestlings. Kestrel exposure correlated with urban areas, while barn owl exposure was mainly influenced by human population density and the presence of mixed crops. A higher presence of Rattus spp. in the barn owl diet was associated with increased exposure, and PT was positively correlated with blood ΣSGAR concentrations. The third chapter assessed AR exposure in Eurasian eagle owl (Bubo bubo) nestlings and the influence of environmental and anthropogenic factors, including proximity to riverbeds and landfills. A total of 106 blood samples were collected between 2021 and 2022, with ARs detected in 91.5% of them. SGARs were significantly more prevalent than first-generation anticoagulant rodenticides (FGARs), with high concentrations of flocoumafen, difenacoum, and brodifacoum (up to 57.43 ng mL⁻¹). Brodifacoum and difenacoum exposure was associated with proximity to ephemeral streams, suggesting that these ecosystems may act as contamination pathways. Higher concentrations were also observed near landfills and urbanized areas. In the fourth chapter, the gene expression of vkorc1 and vkorc1l1, molecular targets of ARs, was analysed in 72 blood samples from Eurasian eagle owls. Variations in the expression of both genes were associated with environmental variables and human activity, suggesting possible compensatory mechanisms or physiological adaptations. These results highlight the importance of genetic biomarkers in assessing the toxicological risk of ARs in wildlife species. These findings underscore widespread AR exposure in raptors from southeastern Spain, posing a risk to biodiversity. Variations in diet and habitat use influenced exposure patterns, with evidence of multiple contamination pathways. Coagulation alterations indicate sublethal effects that could compromise avian fitness in the medium to long term. This study emphasizes the urgent need to regulate AR use and develop environmental management strategies to minimize their impact on raptors and other non-target species in semi-arid ecosystems.