Fronts from two-dimensional dispersal kernels: Beyond the nonoverlapping-generations model

Most integrodifference models of biological invasions are based on the nonoverlapping-generations approximation. However, the effect of multiple reproduction events overlapping generations on the front speed can be very important especially for species with a long life spam . Only in one-dimensional space has this approximation been relaxed previously, although almost all biological invasions take place in two dimensions. Here we present a model that takes into account the overlapping generations effect or, more generally, the stage structure of the population , and we analyze the main differences with the corresponding nonoverlappinggenerations results

Fronts from complex two-dimensional dispersal kernels: theory and application to Reid's paradox

Bimodal dispersal probability distributions with characteristic distances differing by several orders of magnitude have been derived and favorably compared to observations by Nathan [Nature (London) 418, 409 (2002)]. For such bimodal kernels, we show that two-dimensional molecular dynamics computer simulations are unable to yield accurate front speeds. Analytically, the usual continuous-space random walks (CSRWs) are applied to two dimensions. We also introduce discrete-space random walks and use them to check the CSRW results (because of the inefficiency of the numerical simulations). The physical results reported are shown to predict front speeds high enough to possibly explain Reid's paradox of rapid tree migration. We also show that, for a time-ordered evolution equation, fronts are always slower in two dimensions than in one dimension and that this difference is important both for unimodal and for bimodal kernels

Accelerated tumor invasion under non-isotropic cell dispersal in glioblastomas

Glioblastomas are highly diffuse, malignant tumors that have so far evaded clinical treatment. The strongly invasive behavior of cells in these tumors makes them very resistant to treatment, and for this reason both experimental and theoretical efforts have been directed toward understanding the spatiotemporal pattern of tumor spreading. Although usual models assume a standard diffusion behavior, recent experiments with cell cultures indicate that cells tend to move in directions close to that of glioblastoma invasion, thus indicating that a biasedrandom walk model may be much more appropriate. Here we show analytically that, for realistic parameter values, the speeds predicted by biased dispersal are consistent with experimentally measured data. We also find that models beyond reaction–diffusion–advection equations are necessary to capture this substantial effect of biased dispersal on glioblastoma spread

Dispersal probability distributions and the wave-front speed problem

The speed and width of front solutions to reaction-dispersal models are analyzed both analytically and numerically. We perform our analysis for Laplace and Gaussian distribution kernels, both for delayed and nondelayed models. The results are discussed in terms of the characteristic parameters of the models

Ursinia nana (Anthemideae, Asteraceae), and adventive from South Africa which is becoming naturalized in the Iberian Peninsula. Observations about its reproductive biology and fruit dispersal mechanism.

The presence of Ursinia nana, an Anthemideae of South-African origin which has been introduced into the NE Iberian Peninsula, is reported for the fi rst time in Europe. The data offered cover its precise location, morphology, chromosome number, ecology and a population census, as well as its life cycle, fl oral structure, reproductive biology and fruit dispersal mechanisms. Of special note are the clear predominance of autogamy (geitonogamy) over xenogamy as a reproductive system and the large number of fruits produced with high and immediate germinative capacity. These characteristics permit rapid colonization by the introduced species, which can become invasive. However, fruit predation by the ant Messor barbarus points to a natural mechanism that helps regulate population growth and makes biological control possible. Finally its possibilities of expansion in the colonized area and of naturalization in the NE Iberian Peninsula are assessed.

Ancient dispersal of the human fungal pathogen Cryptococcus gattii from the Amazon rainforest

Over the past two decades, several fungal outbreaks have occurred, including the high-profile 'Vancouver Island' and 'Pacific Northwest' outbreaks, caused by Cryptococcus gattii, which has affected hundreds of otherwise healthy humans and animals. Over the same time period, C. gattii was the cause of several additional case clusters at localities outside of the tropical and subtropical climate zones where the species normally occurs. In every case, the causative agent belongs to a previously rare genotype of C. gattii called AFLP6/VGII, but the origin of the outbreak clades remains enigmatic. Here we used phylogenetic and recombination analyses, based on AFLP and multiple MLST datasets, and coalescence gene genealogy to demonstrate that these outbreaks have arisen from a highly-recombining C. gattii population in the native rainforest of Northern Brazil. Thus the modern virulent C. gattii AFLP6/VGII outbreak lineages derived from mating events in South America and then dispersed to temperate regions where they cause serious infections in humans and animals.

Speed of travelling fronts: Two-dimensional and ballistic dispersal probability distributions

The speed of traveling fronts for a two-dimensional model of a delayed reactiondispersal process is derived analytically and from simulations of molecular dynamics. We show that the one-dimensional (1D) and two-dimensional (2D) versions of a given kernel do not yield always the same speed. It is also shown that the speeds of time-delayed fronts may be higher than those predicted by the corresponding non-delayed models. This result is shown for systems with peaked dispersal kernels which lead to ballistic transport

Can salvage logging affect seed dispersal by birds into burned forests?

The recovery of vegetation in Mediterranean ecosystems after wildfire is mostly a result of direct regeneration, since the same species existing before the fire regenerate on-site by seeding or resprouting. However, the possibility of plant colonization by dispersal of seeds from unburned areas remains poorly studied. We addressed the role of the frugivorous, bird-dependent seed dispersal (seed rain) of fleshy-fruited plants in a burned and managed forest in the second winter after a fire, before on-site fruit production had begun. We also assessed the effect on seed rain of different microhabitats resulting from salvage logging (erosion barriers, standing snags, open areas), as well as the microhabitats of unlogged patches and an unburned control forest, taking account of the importance of perches as seed rain sites. We found considerable seed rain by birds in the burned area. Seeds, mostly from Olive trees Olea europaea and Evergreen pistaches Pistacia lentiscus, belonged to plants fruiting only in surrounding unburned areas. Seed rain was heterogeneous, and depended on microhabitat, with the highest seed density in the unburned control forest but closely followed by the wood piles of erosion barriers. In contrast, very low densities were found under perches of standing snags. Furthermore, frugivorous bird richness seemed to be higher in the erosion barriers than elsewhere. Our results highlight the importance of this specific post-fire management in bird-dependent seed rain and also may suggest a consequent heterogeneous distribution of fleshy-fruited plants in burned and managed areas. However, there needs to be more study of the establishment success of dispersed seeds before an accurate assessment can be made of the role of bird-mediated seed dispersal in post-fire regeneration

Modelling of bird distribution under complex mediterranean landscape dynamics: open habitat birds and fire (MEDFIRE)

Report for the scientific sojourn at the Simon Fraser University, Canada, from July to September 2007. General context: landscape change during the last years is having significant impacts on biodiversity in many Mediterranean areas. Land abandonment, urbanisation and specially fire are profoundly transforming large areas in the Western Mediterranean basin and we know little on how these changes influence species distribution and in particular how these species will respond to further change in a context of global change including climate. General objectives: integrate landscape and population dynamics models in a platform allowing capturing species distribution responses to landscape changes and assessing impact on species distribution of different scenarios of further change. Specific objective 1: develop a landscape dynamic model capturing fire and forest succession dynamics in Catalonia and linked to a stochastic landscape occupancy (SLOM) (or spatially explicit population, SEPM) model for the Ortolan bunting, a species strongly linked to fire related habitat in the region. Predictions from the occupancy or spatially explicit population Ortolan bunting model (SEPM) should be evaluated using data from the DINDIS database. This database tracks bird colonisation of recently burnt big areas (&50 ha). Through a number of different SEPM scenarios with different values for a number of parameter, we should be able to assess different hypothesis in factors driving bird colonisation in new burnt patches. These factors to be mainly, landscape context (i.e. difficulty to reach the patch, and potential presence of coloniser sources), dispersal constraints, type of regenerating vegetation after fire, and species characteristics (niche breadth, etc).

L’impacte de les institucions internacionals sobre la Unió Europea: presa de decisions, integració i europeïtzació

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Center for European Integration de la Freie Universität Berlin, Alemania, entre 2007 i 2009. El tema central del projecte consisteix en la descripció matemàtica de processos espai-temporals mitjançant la teoria dels Continuous-Time Random Walks. L'aportació més significativa del nostre treball en aquest camp consisteix en considerar per primera vegada la interacció entre diversos processos actuant de manera acoblada, ja que fins ara els models existents es limitaven a l'estudi de processos individuals o independents. Aquesta idea fa possible, per exemple, plantejar un sistema de transport en l'espai i a la vegada un procés de reacció (una reacció química, per exemple), i estudiar estadísticament com cada un pot alterar el comportament de l'altre. Això suposa un salt qualitatiu important en la descripció de processos de reacció-dispersió, ja que els nostres models permeten incorporar patrons de dispersió i comportaments temporals (cicles de vida) força realistes en comparació amb els models convencionals. Per tal de completar aquest treball teòric ha estat necessari també desenvolupar algunes eines numèriques (models de xarxa) per facilitar la implementació dels models. En la vessant pràctica, hem aplicat aquestes idees al cas de la dinàmica entre virus i el sistema immunològic que té lloc quan es produeix una infecció a l'organisme. Diferents estudis experimentals portats a terme els últims anys mostren com la resposta immunològica dels organismes superiors presenta una dinàmica temporal força complexa (per exemple, en el cas de la resposta programada). Per aquest motiu, les nostres tècniques matemàtiques són d'especial utilitat per a l'anàlisi d'aquests sistemes. Finalment, altres possibles aplicacions dels models, com ara l'estudi d'invasions biològiques, també han estat considerades.

El riesgo de depredación y la competencia intraespecífica alteran el comportamiento de dispersión de semillas por parte de roedores

Los roedores tienen un importante papel como dispersores/depredadores de bellotas en los bosques Mediterráneos de Quercus spp. Existe abundante información del efecto de factores intrínsecos de las semillas (tamaño, composición) en la selección de las bellotas por estos animales, mientras que la influencia de otros procesos como el riesgo de depredación o la competencia intraespecífica han estado mucho menos estudiados. En un bosque mixto de encina y roble en el Parque Natural de Collserola, se ha investigado el patrón de dispersión/depredación de bellotas por parte del ratón de campo (Apodemus sylvaticus) en función del riesgo de depredación por parte de jineta (Genetta genetta) y la competencia intraespecífica (mediante un experimento en el que estos factores se simulaban a partir de olores). Un censo previo determinó que la población de roedores presente en el área de estudio estaba formada principalmente por Apodemys sylvaticus. Éstos respondieron al tratamiento de olor pues se observó un retraso significativo en la manipulación de bellotas de jineta respecto a los otros dos tratamientos. Asimismo, respecto a la distancia de dispersión se observó que las bellotas del tratamiento con olor a ratón eran dispersadas a menor distancia, a una distancia intermedia las de jineta y a mayor distancia las del tratamiento control. En todos los tratamientos, las bellotas dispersadas a zonas de microhábitat abierto fueron menos depredadas. Este trabajo sugiere que el patrón espacio temporal de dipersión/depredación de bellotas en bosques de encina y roble puede tener una elevada complejidad, a la vez que subraya el interés de mantener la integridad de las redes tróficas por sus efectos directos e indirectos sobre las poblaciones de organismos situados a diferentes niveles.

Behavioural Flexibility: evolutionary past and its role in a changing world

A través de la historia de la vida, gran parte de los organismos han desarrollado estrategias para responder a un mundo en constante cambio. Hoy en día, las actividades humanas producen cambios ambientales a una velocidad sin precedentes, lo cual se traduce en grandes desafíos para la persistencia de biodiversidad. Esta investigación evalúa las respuesta de los animales a los cambios ambientales enfocándose en la flexibilidad del comportamiento como estrategia adaptativa. En una primera aproximación a una escala evolutiva, se otorgan evidencias del vínculo hasta ahora tenue entre la cognición e historias de vida, entregando un claro apoyo a la relación entre longevidad, vida reproductiva y el tamaño del cerebro en mamíferos. La longevidad es el centro de muchas hipótesis respecto a las ventajas de desarrollar un cerebro grande, como por ejemplo en la hipótesis del buffer cognitivo y las respuestas flexibles frente a nuevos ambientes. En un segundo nivel, se abordan factores extrínsecos e intrínsecos que podrían explicar las diferencias individuales en innovación, un componente clave en la flexibilidad del comportamiento. Por medio de una aproximación experimental, se evalúan potenciales escenarios que podrían conducir a consistentes diferencias individuales en uno de los principales factores subyacentes a la innovación (i.e. la motivación), y el potencial control endocrino sobre estos escenarios. Posteriormente, con el objetivo de evaluar la respuesta de los animales frente a los cambios ambientales actuales, se explora la respuesta de los animales frente a una de las actividades humanas mas disruptivas sobre los ecosistemas, la urbanización. Por medio de un analisis filogenetico comparativo a nivel global en aves se abordan los mecanismos implicados en la perdida de biodiversidad observada en ambientes urbanos. Los resultados entregan evidencias sobre la importancia de procesos de dispersión local junto con el papel clave de los rasgos de historia de vida, pero en un sentido diferente al clasicamente pensado. Finalmente por medio de una revisión bibliográfica se entregan evidencias teóricas y empíricas que respaldan el rol clave de la flexibilidad del comportamiento en confrontar los desafíos de una vida urbana. La integración de estos resultados muestra cómo el pasado evolutivo contribuye a hacer frente a los retos ambientales actuales, y pone de relieve posibles consecuencias ante un planeta más cambiante que nunca.

Grain size analyses in tin-lead glazes based on 2d-sections

A problem in the archaeometric classification of Catalan Renaissance pottery is the fact, thatthe clay supply of the pottery workshops was centrally organized by guilds, and thereforeusually all potters of a single production centre produced chemically similar ceramics.However, analysing the glazes of the ware usually a large number of inclusions in the glaze isfound, which reveal technological differences between single workshops. These inclusionshave been used by the potters in order to opacify the transparent glaze and to achieve a whitebackground for further decoration.In order to distinguish different technological preparation procedures of the single workshops,at a Scanning Electron Microscope the chemical composition of those inclusions as well astheir size in the two-dimensional cut is recorded. Based on the latter, a frequency distributionof the apparent diameters is estimated for each sample and type of inclusion.Following an approach by S.D. Wicksell (1925), it is principally possible to transform thedistributions of the apparent 2D-diameters back to those of the true three-dimensional bodies.The applicability of this approach and its practical problems are examined using differentways of kernel density estimation and Monte-Carlo tests of the methodology. Finally, it istested in how far the obtained frequency distributions can be used to classify the pottery

Behavioural Flexibility: evolutionary past and its role in a changing world

A través de la historia de la vida, gran parte de los organismos han desarrollado estrategias para responder a un mundo en constante cambio. Hoy en día, las actividades humanas producen cambios ambientales a una velocidad sin precedentes, lo cual se traduce en grandes desafíos para la persistencia de biodiversidad. Esta investigación evalúa las respuesta de los animales a los cambios ambientales enfocándose en la flexibilidad del comportamiento como estrategia adaptativa. En una primera aproximación a una escala evolutiva, se otorgan evidencias del vínculo hasta ahora tenue entre la cognición e historias de vida, entregando un claro apoyo a la relación entre longevidad, vida reproductiva y el tamaño del cerebro en mamíferos. La longevidad es el centro de muchas hipótesis respecto a las ventajas de desarrollar un cerebro grande, como por ejemplo en la hipótesis del buffer cognitivo y las respuestas flexibles frente a nuevos ambientes. En un segundo nivel, se abordan factores extrínsecos e intrínsecos que podrían explicar las diferencias individuales en innovación, un componente clave en la flexibilidad del comportamiento. Por medio de una aproximación experimental, se evalúan potenciales escenarios que podrían conducir a consistentes diferencias individuales en uno de los principales factores subyacentes a la innovación (i.e. la motivación), y el potencial control endocrino sobre estos escenarios. Posteriormente, con el objetivo de evaluar la respuesta de los animales frente a los cambios ambientales actuales, se explora la respuesta de los animales frente a una de las actividades humanas mas disruptivas sobre los ecosistemas, la urbanización. Por medio de un analisis filogenetico comparativo a nivel global en aves se abordan los mecanismos implicados en la perdida de biodiversidad observada en ambientes urbanos. Los resultados entregan evidencias sobre la importancia de procesos de dispersión local junto con el papel clave de los rasgos de historia de vida, pero en un sentido diferente al clasicamente pensado. Finalmente por medio de una revisión bibliográfica se entregan evidencias teóricas y empíricas que respaldan el rol clave de la flexibilidad del comportamiento en confrontar los desafíos de una vida urbana. La integración de estos resultados muestra cómo el pasado evolutivo contribuye a hacer frente a los retos ambientales actuales, y pone de relieve posibles consecuencias ante un planeta más cambiante que nunca.

Developing methodologies to allow the robust prediction dynamic context dominated by perturbations

El principal objectiu del projecte era desenvolupar millores conceptuals i metodològiques que permetessin una millor predicció dels canvis en la distribució de les espècies (a una escala de paisatge) derivats de canvis ambientals en un context dominat per pertorbacions. En un primer estudi, vàrem comparar l'eficàcia de diferents models dinàmics per a predir la distribució de l'hortolà (Emberiza hortulana). Els nostres resultats indiquen que un model híbrid que combini canvis en la qualitat de l'hàbitat, derivats de canvis en el paisatge, amb un model poblacional espacialment explícit és una aproximació adequada per abordar canvis en la distribució d'espècies en contextos de dinàmica ambiental elevada i una capacitat de dispersió limitada de l'espècie objectiu. En un segon estudi abordarem la calibració mitjançant dades de seguiment de models de distribució dinàmics per a 12 espècies amb preferència per hàbitats oberts. Entre les conclusions extretes destaquem: (1) la necessitat de que les dades de seguiment abarquin aquelles àrees on es produeixen els canvis de qualitat; (2) el biaix que es produeix en la estimació dels paràmetres del model d'ocupació quan la hipòtesi de canvi de paisatge o el model de qualitat d'hàbitat són incorrectes. En el darrer treball estudiarem el possible impacte en 67 espècies d’ocells de diferents règims d’incendis, definits a partir de combinacions de nivells de canvi climàtic (portant a un augment esperat de la mida i freqüència d’incendis forestals), i eficiència d’extinció per part dels bombers. Segons els resultats dels nostres models, la combinació de factors antropogènics del regim d’incendis, tals com l’abandonament rural i l’extinció, poden ser més determinants per als canvis de distribució que els efectes derivats del canvi climàtic. Els productes generats inclouen tres publicacions científiques, una pàgina web amb resultats del projecte i una llibreria per a l'entorn estadístic R.