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Review
. 2025 Sep;39(3):399-421.
doi: 10.1111/mve.12820. Epub 2025 Jul 16.

Current and future applications of species distribution and ecological niche modelling for the study of ticks and tick-borne pathogens

Uriel Mauricio Valdez-Espinoza  1   2 , Diego Santiago-Alarcon  3 , Fabricio Villalobos  4 , Roberta Marques  5 , Rodolfo Lagunes-Quintanilla  2 , Andrés Lira-Noriega  1
Affiliations
Review

Current and future applications of species distribution and ecological niche modelling for the study of ticks and tick-borne pathogens

Uriel Mauricio Valdez-Espinoza et al. Med Vet Entomol. 2025 Sep.

Abstract
in English, Spanish

Ecological niche models (ENMs) and species distribution models (SDMs) are essential tools for investigating the ecological requirements and geographic distributions of species at multiple spatial and temporal scales. While these modelling techniques have been employed across various taxonomic groups to explore ecology, evolution and biogeography, their application to ticks and tick-borne pathogens (TBPs) has yielded valuable-though not yet conclusive-perspectives for understanding epidemiology and pathogen transmission risk. Advances in research on these topics necessitate a review to determine whether there is consistency in the conceptual and methodological implementation of these approaches, as well as to identify needs for improvement and adaptation to more informative alternatives. Here, we aim to review the state of the art in the use of these concepts and tools in the study of tick species and TBPs worldwide to provide a clear understanding of their theoretical and methodological foundations, study topics, involved species, variables, geographic resolutions, applications of model outputs and thematic evolution. We conducted a formal literature review of 158 publications in the period from 1997 to May 2024, along with bibliometric and scientometric analyses. Results indicate that the main topic of study resides in the prediction of current and future potential geographic distribution, and most of the work has been carried out only for nine genera of ticks, with major focus on species belonging to the family Ixodidae and those affecting human health. Borrelia burgdorferi Johnson et al. (Spirochaetales: Borreliaceae) is the most explored pathogen. Studies have mostly used bioclimatic variables, but some studies also incorporate topographic variables from local to global scales, with resolutions ranging from 30 m to 80 km. Although ENM and SDM in ticks and TBPs have been routinely used, very few have been validated in the field, and their projections are not used in epidemiological monitoring. Over 60% of the studies do not report sufficient methodological information for replication. We also detected imprecise usage of the terms ENM and SDM, which are often used interchangeably. This lack of conceptual clarity impedes the adequate treatment of both ecological niches and geographic distributions, hindering advancement in this research field worldwide. We recommend including species of the family Argasidae in future studies to analyse their ecological requirements and potential distributions. These species have been poorly studied despite being vectors of pathogens causing diseases with medical and veterinary importance (e.g., relapsing fever and spirochetosis). Lastly, we identify key areas for improvement-from biogeographical knowledge gaps to the use of modern sampling methods, algorithms and hypotheses-that would enhance the application of these concepts and modelling techniques.

Los modelos de nicho ecológico (ENM, por sus siglas en inglés) y los modelos de distribución de especies (SDM) son herramientas esenciales para investigar los requerimientos ecológicos y la distribución geográfica de las especies a múltiples escalas espaciales y temporales. Aunque estas técnicas de modelado se han empleado en diversos grupos taxonómicos para explorar la ecología, la evolución y la biogeografía, su aplicación a garrapatas y patógenos transmitidos por garrapatas (TBPs) para comprender la epidemiología y el riesgo de transmisión de patógenos está lejos de ser concluyente y óptima en varios aspectos. Los avances en la investigación sobre estos temas hacen necesaria una revisión para determinar si existe coherencia en la implementación conceptual y metodológica de estos enfoques, así como para identificar necesidades de mejora y adaptación hacia alternativas más informativas. En este trabajo, revisamos el estado del arte en el uso de estos conceptos y herramientas en el estudio de especies de garrapatas y TBPs a nivel mundial, con el fin de ofrecer una comprensión clara de sus fundamentos teóricos y metodológicos, temas de estudio, especies involucradas, variables, resoluciones geográficas, aplicaciones de los resultados de los modelos y evolución temática. Realizamos una revisión formal de la literatura de 158 publicaciones comprendidas entre 1997 y mayo de 2024, junto con análisis bibliométricos y cienciométricos. Los resultados indican que el principal tema de estudio es la predicción de la distribución geográfica potencial actual y futura, y que la mayoría de los trabajos se han centrado únicamente en nueve géneros de garrapatas, con un enfoque mayoritario en especies de la familia Ixodidae y aquellas que afectan la salud humana. Borrelia burgdorferi Johnson et al. (Spirochaetales: Borreliaceae) es el patógeno más estudiado. La mayoría de los estudios han utilizado variables bioclimáticas, aunque algunos también incorporan variables topográficas, abarcando escalas locales a globales, con resoluciones que varían entre 30 metros y 80 kilómetros. Aunque los ENM y SDM se han utilizado rutinariamente en el estudio de garrapatas y TBPs, muy pocos han sido validados en campo, y sus proyecciones no se utilizan en la vigilancia epidemiológica. Más de 60% de los estudios no reportan información metodológica suficiente para su replicación. También detectamos un uso impreciso de los términos ENM y SDM, los cuales suelen utilizarse de manera intercambiable. Esta falta de claridad conceptual impide un tratamiento adecuado tanto de los nichos ecológicos como de las distribuciones geográficas, lo que obstaculiza el avance en este campo de investigación a nivel mundial. Recomendamos incluir especies de la familia Argasidae en estucwere created by adapting R scris requerimientos ecológicos y distribuciones potenciales. Estas especies han sido poco estudiadas a pesar de ser vectores de patógenos causantes de enfermedades de importancia médica y veterinaria (por ejemplo, fiebre recurrente, espiroquetosis). Por último, identificamos áreas de mejora–desde vacíos en el conocimiento biogeográfico hasta el uso de métodos de muestreo modernos, algoritmos e hipótesis actualizadas–que fortalecerían la aplicación de estos conceptos y técnicas de modelado.

Keywords: cattle; climate change; distribution; epidemiology; spatial ecology; tick‐borne diseases.

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References

REFERENCES

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