A New Species of Sand Racer, Psammodromus (Squamata: Lacertidae), from the Western Iberian Peninsula

A new species of lacertid lizard of the genus Psammodromus is described from the Iberian Peninsula. Genetic and recently published phenotypic data support the differentiation of Psammodromus hispanicus into three, and not as previously suggested two, distinct lineages. Age estimates, lineage allopatry, the lack of mitochondrial and nuclear haplotype sharing between lineages, ecological niche divergence, and the current biogeographic distribution, indicated that the three lineages correspond to three independent species. Here, we describe a new species, Psammodromus occidentalis sp. n., which is genetically different from the other sand racers and differentiated by the number of femoral pores, number of throat scales, snout shape, head ratio, green nuptial coloration, and number of supralabial scales below the subocular scale. We also propose to upgrade the two previously recognized subspecies, Psammodromus hispanicus hispanicus Fitzinger, 1826 from central Spain and Psammodromus hispanicus edwardsianus (Dugès, 1829) from eastern Spain, to the species level: Psammodromus hispanicus stat. nov. and Psammodromus edwardsianus stat. nov. Given that the holotype of Psammodromus hispanicus was lost, we designate a neotype. We also analysed museum specimens of P. blanci, P. microdactylus and P. algirus to describe differentiation of the Psammodromus hispanicus lineages/species from their closest relatives.

Phylogéographie des principales vipères européennes (Vipera ammodytes, V. aspis et V. berus), structuration génétique et multipaternité chez Vipera berus

Résumé: Les vipères du genre Vipera sont des serpents venimeux distribués dans la totalité du Paléarctique. Malgré cette répartition considérable, elles sont extrêmement menacées, leur déclin étant principalement dû à la destruction et à la fragmentation de leur habitat ainsi qu'à la persécution humaine. Afin d'apporter de nouveaux éléments dans le contexte de la protection de ce groupe de reptiles, nous avons utilisé durant ce travail de thèse différents marqueurs moléculaires pour étudier la structuration génétique à petite et à large échelle chez trois espèces appartenant au genre Vipera. La première étude, une phylogéographie moléculaire de la vipère ammodytes (Vipera ammodytes), a montré dans l'ensemble de l'aire de répartition une forte structuration génétique provenant d'isolements antérieures au Pléistocène. La présence d'un nombre important de clades dans le centre des Balkans suggère que cette région a fourni de nombreux refuges isolés durant les glaciations. Ces dernières ont également eu un impact considérable sur la diversité génétique au sein de la majorité des clades, suite à d'importants goulots d'étranglement durant le Pléistocène. L'étude de la phylogéographie de la vipère aspic (Vipera aspis) a montré une différenciation génétique entre les populations présentes de chaque côté des Alpes, mais également une forte structuration interne avec la mise en évidence d'un refuge en France. Cette étude est la première à établir clairement l'utilisation d'un refuge français pour un vertébré terrestre. La troisième partie de cette thèse a étudié la phylogéographie de la vipère péliade (Vipera berus), espèce cible de ce travail. En plus de la mise en évidence d'un groupe génétique inattendu (localisé dans le nord de l'Italie, le sud de l'Autriche, le nord de la Slovénie et l'extrême sud-est de la Suisse), la variabilité génétique au sein du groupe nordique (comprenant les animaux de l'entier de l'aire de répartition de l'espèce à l'exception des individus du groupe italien et les animaux provenant des Balkans) est suffisamment importante pour conclure à l'utilisation de refuges glaciaires nordiques durant les dernières glaciations, en complément des refuges habituellement décrits pour la majorité des espèces animales (soit les péninsules ibérique, italienne et balakanique). Ces résultats nous ont conduit à effectuer une étude morphologique (quatrième partie) comparant les vipères péliades du "clade italien" et du "clade nordique" décrits ci-dessus. Seules de petites différences morphologiques ont pu être mises en évidence, malgré une séparation de ces groupes estimée à plus d'un million d'années. Une étude à plus petite échelle, centrée sur le Massif jurassien et certaines populations alpines et françaises, a été entreprise afin d'estimer leur diversité génétique et d'évaluer la structuration génétique entre les populations à l'aide de marqueurs microsatellites (cinquième partie). Une importante structuration a été observée entre les populations distantes de plus de 3 kilomètres, la structuration entre les populations plus proches étant plus limitée. De plus, une diversité génétique plus faible dans les populations jurassiennes et alpines comparativement aux populations du massif central et de la côte atlantique a été constatée, probablement due à une perte de diversité génétique lors de la recolonisation post-glaciaire. La sixième étude s'est intéressée au succès reproducteur des mâles de vipères péliades en conditions naturelles. Une corrélation entre la taille des mâles et leur succès reproducteur a été relevée, les individus de plus grande taille ayant un succès reproducteur plus élevé. Le taux de multipaternité a aussi été investigué, démontrant que la proportion de pontes issues de plusieurs pères est élevée (69%) malgré la faible densité de vipères observée sur le site étudié. Finalement, aucun lien entre le nombre de pères au sein d'une ponte et la mortalité des jeunes à la naissance n'a pu être mis en évidence, contrastant avec des travaux précédents. En conclusion, l'observation de la structuration très marquée chez les vipères péliades devrait permettre d'affiner les méthodes de protection de l'espèce dans le massif jurassien. A plus large échelle, l'importante structuration génétique observée chez les vipères ammodytes, aspic et péliade résultant de l'utilisation de nombreux refuges glaciaires, complémentaires aux refuges habituellement utilisés par les espèces animales, démontre l'intérêt de l'analyse phylogéographique des reptiles pour la compréhension des phénomènes de colonisation et d' extinction des populations durant la fin du Tertiaire et le Quaternaire. La mise en évidence chez les différentes espèces de vipères étudiées de nombreux groupes génétiques distincts (ESUs) devrait conduire à des modifications de la taxonomie ainsi qu'au statut de protection de ces espèces. Abstract: The vipers of the genus Vipera are venomous snakes widespread throughout the Palaearctic regions. Despite a large distribution area, several species are extremely threatened, especially due to the destruction and fragmentation of their habitats, as well as by human persecution. In order to increase the knowledge on these species and to improve their protection, several molecular markers have been used to investigate the genetic structure on small and large scales, within three species of the genus Vipera. The first study, a molecular phylogeography of the nose-horned viper (Vipera ammodytes), showed a considerable structuring throughout the distribution area, due to isolation into refugia before the Pleistocene. A high number of clades in the centre of the Balkans suggests that this region harboured numerous isolated glacial refugia during the last glaciation. Moreover, low genetic diversity within several clades implies that most populations of nose-horned vipers have suffered bottlenecks during the Pleistocene. The study of the phylogeography of the asp viper (Vipera aspis) showed genetic differentiation between populations on each side of the Alps, as well as considerable internal genetic structure, suggesting the use of a glacial refugium in France. This study is the first to establish firmly the occurrence of a French refugia for a terrestrial vertebrate. The third part of this work involved a phylogeographic study of the adder (Vipera berus), the target species of this thesis. Three clades were revealed: a Balkan clade (corresponding to the subspecies V. b. sachalinensis), an unexpected Italian clade (limited to northern Italy, southern Austria, northern Slovenia and southeasternmost corner of Switzerland) and a Northern clade clade (including adders of the whole distribution area excepted animals from the Balkan and the Italian clades). The genetic variability within the Northern clade is sufficiently high to conclude that a northern glacial refugia during the last glaciation, in addition to those refugia already described for the main species (Iberian, Italian and Balkan peninsula). These results motivated a morphological study (part four) comparing the adders from the Italian and the Northern clades describe above. Only small morphological differences have been found, despite the split between these two clades have taken place more than 1 million years ago. A study on a local scale, focused on the Jura Mountains, on a few populations in the Alps and France was, performed to estimate the genetic diversity and the genetic structure between populations using microsatellite markers (part five). Considerable structure was observed between populations separated by more than 3 kilometres, whereas the structure between closer populations is less marked. Moreover, lower genetic diversity in the populations from Jura Mountains and Alps was noticed compared to populations from Massif Central of Atlantic coast. Such loss of genetic variation probably followed post-glacial recolonisation. The sixth study focused on the reproductive success of male adders in the wild. A positive correlation between body length and reproductive success was observed. Multiple paternity was also observed in most of clutches (69%) despite the low density of adders in the study area. Finally, no relationship was found between the number of fathers in a clutch and the survival of offspring at birth, contradicting previous studies. To conclude, the observation of a significant genetic structure in Vipera berus will enable recommendations to be made to improve protection of this species in the Jura Mountain. On a larger scale, the considerable genetic structure found within Vipera ammdoytes, V. aspis and V. berus, resulting from isolation in additional glacial refugia to those already described for other species, demonstrates the relevance of phylogeographic studies of reptiles to better understand the colonisation and disappearance during the last Tertiary and the Quaternary. The observation of several groups of evolutionary significant units (ESUs) within the three studied species might lead to a revision of the taxonomy, as well as their conservation status.

Population structure of three Psammodromus species in the Iberian Peninsula.

The knowledge of a species' population structure is essential for the development of adequate conservation actions as well as for the understanding of its evolution. The population structure is unknown in all species of the Genus Psammodromus, including the Western Sand Racer (Psammodromus occidentalis; a recently described species), the Edward's Sand Racer (P. edwardsianus) and the Spanish Sand Racer (P. hispanicus). In this article, the genetic variability and population structure of Psammodromus edwardsianus, P. hispanicus, and P. occidentalis were studied in the Iberian Peninsula covering their natural geographic distribution. Mitochondrial DNA showed genetically different units in all species with higher genetic variability in their southern populations (latitudinal variation). Genetic differentiation was different among species and contrasted to those of species with similar characteristics. Our results therefore highlight the importance of species-specific studies analysing population structure.

Garnet growth in the Nufenen Pass area (Swiss Alps)

Abstract : Textural division of a mineral in pyramids, with their apices located at the centre of the mineral and their bases corresponding to the mineral faces is called textural sector zoning. Textural sector zoning is observed in many metamorphic minerals like andalousite and garnet. Garnets found in the graphite rich black shales of the Mesozoic cover of the Gotthard Massif display textural sector zoning. The morphology of this sector zoning is not the same in different types of black shales observed in the Nufenen pass area. Garnets in foliated black shales display a well developed sector zoning while garnets found in cm-scale layered black shales display well developed sectors in the direction of the schistosity plane. This sector zoning is always associated with up to 30μm sized birefringent lamellae emanating radial from the sector boundaries. They alternate with isotrope lamellae. The garnet forming reaction was determined using singular value decomposition approach and results compared to thermodynamic calculations. It is of the form chl + mu + cc + cld = bt + fds + ank + gt + czo and is similar in both layered and foliated black shales. The calculated X(O) is close to 0.36 and does not significantly vary during the metamorphic history of the rock. This corresponds to X CO2, X CH4, and X H2O BSE imaging of garnets on oriented-cuts revealed that the orientation of the lamellae found within the sectors is controlled by crystallography. BSE imaging and electron microprobe analysis revealed that these lamellae are calcium rich compared to the isotropic lamellae. The addition of Ca to an almandine rich garnet causes a small distortion of the X site and potentially, ordering. Ordered and disordered garnet might have very similar free energies for this composition. Hence, two garnets with different composition can be precipitated with minor overstepping of the reaction. It is enough that continued nucleation of a new garnet layer slightly prefers the same structure to assure a fiber-like growth of both garnet compositions side by side. This hypothesis is in agreement with the thermodynamic properties of the garnet solid solution described in the literature and could explain the textures observed in garnets with these compositions. To understand the differences in sector zoning morphology, and crystal growth kinetics, crystal size distribution were determined in several samples using 2D spatial analysis of slab surfaces. The same nucleation rate law was chosen for all cases. Different growth rate law for non-layered black shales and layered black shales were used. Garnet in layered black shales grew according to a growth rate law of the form R=kt ½. The transport of nutrient is the limiting factor. Transport will occur preferentially on the schistosity planes. The shapes of the garnets in such rocks are therefore ovoid with the longest axis parallel to the schistosity planes. Sector zoning is less developed with sectors present only parallel to the schistosity planes. Garnet in non-layered blackshales grew according to a growth rate law of the form R=kt. The limiting factor is the attachment at the surface of the garnet. Garnets in these rocks will display a well developed sector zoning in all directions. The growth rate law is thus influenced by the texture of the rock. It favours or hinders the transport of nutrient to the mineral surface. Résumé : La zonation sectorielle texturale consiste en la division d'un cristal en pyramides dont les sommets sont localisés au centre du minéral. La base de ces pyramides correspond aux faces du minéral. Ce type de zonation est fréquemment observé dans les minéraux métamorphiques tels que l'andalousite ou le grenat. Les grenats présents dans les marnes riches en graphites de la couverture Mésozoïque du Massif du Gotthard présent une zonation sectorielle texturale. La morphologie de cette zonation n'est pas la même dans les marnes litées et dans les marnes foliées. Les grenats des marnes foliées montrent des secteurs bien développés dans 3 directions. Les grenats des marnes litées montrent des secteurs développés uniquement dans la direction des plans de schistosité. Cette zonation sectorielle est toujours associée à des lamelles biréfringentes de quelques microns de large qui partent de la limite des secteurs et qui sont perpendiculaires aux faces du grenat. Ces lamelles alternent avec des lamelles isotropes. La réaction de formation du grenat a été déterminée par calcul matriciel et thermodynamique. La réaction est de la forme chl + mu + cc + cld= bt + fds + ank + gt + czo. Elle est similaire dans les roches litées et dans les roches foliées. L'évaluation des conditions fluides montrent que le X(O) est proche de 0.36 et ne change pas de façon significative durant l'histoire métamorphique de la roche. Des images BSE sur des coupes orientées ont révélé que l'orientation de lamelles biréfringentes est contrôlée parla crystallographie. La comparaison des analyses à la microsonde électronique et des images BSE révèle également que les lamelles biréfringentes sont plus riches en calcium que les lamelles isotropes. L'addition de calcium va déformer légèrement le site X et ainsi créer un ordre sur ce site. L'énergie interne d'un grenat ordré et d'un grenat désordonné sont suffisamment proches pour qu'un léger dépassement de l'énergie de la réaction de formation permette la coexistence des 2 types de grenat dans le même minéral. La formation de lamelles est expliquée par le fait qu'un grenat préférera la même structure. Ces observations sont en accord avec la thermodynamique des solutions solides du grenat et permet d'expliquer les structures similaires observées dans des grenats provenant de lithologies différentes. Une étude de la distribution des tailles des grenats et une modélisation de la croissance a permis de mettre en évidence 2 mécanismes de croissance différents suivant la texture de la roche. Dans les 2 cas, la loi de nucléation est la même. Dans les roches litées, la loi de croissance est de forme R=kt½. Le transport des nutriments est le facteur limitant. Ce transport a lieu préférentiellement dans la direction des niveaux de schistosité. Les grenats ont une forme légèrement allongée car la croissance des secteurs est facilitée sur les niveaux de schistosité. La croissance des grenats dans les roches foliées suit une loi de croissance de la forme R=kt. Les seuls facteurs limitant la croissance sont les processus d'attachement à la surface du grenat. La loi de croissance de ces grenats est donc contrainte par la texture de la roche. Cela se marque par des différences dans la morphologie de la zonation sectorielle.

Threats from climate change to terrestrial vertebrate hotspots in europe.

We identified hotspots of terrestrial vertebrate species diversity in Europe and adjacent islands. Moreover, we assessed the extent to which by the end of the 21(st) century such hotspots will be exposed to average monthly temperature and precipitation patterns which can be regarded as extreme if compared to the climate experienced during 1950-2000. In particular, we considered the entire European sub-continent plus Turkey and a total of 1149 species of terrestrial vertebrates. For each species, we developed species-specific expert-based distribution models (validated against field data) which we used to calculate species richness maps for mammals, breeding birds, amphibians, and reptiles. Considering four global circulation model outputs and three emission scenarios, we generated an index of risk of exposure to extreme climates, and we used a bivariate local Moran's I to identify the areas with a significant association between hotspots of diversity and high risk of exposure to extreme climates. Our results outline that the Mediterranean basin represents both an important hotspot for biodiversity and especially for threatened species for all taxa. In particular, the Iberian and Italian peninsulas host particularly high species richness as measured over all groups, while the eastern Mediterranean basin is particularly rich in amphibians and reptiles; the islands (both Macaronesian and Mediterranean) host the highest richness of threatened species for all taxa occurs. Our results suggest that the main hotspots of biodiversity for terrestrial vertebrates may be extensively influenced by the climate change projected to occur over the coming decades, especially in the Mediterranean bioregion, posing serious concerns for biodiversity conservation.

Subduction and obduction processes in the Swiss Alps

The significance of the Brianconnais domain in the Alpine orogen is reviewed in the light of data concerning its collision with the active Adriatic margin and the passive Helvetic margin. The Brianconnais which formerly belonged to the Iberian plate, was located on the northern margin of the Alpine Tethys (Liguro-Piemont ocean) since its opening in the early-Middle Jurassic. Together with the Iberian plate the Brianconnais terrane was separated from the European plate in the Late Jurassic-Early Cretaceous, following the northern Atlantic, Bay of Biscay, Valais ocean opening. This was accompanied by the onset of subduction along the northern margin of Adria and the closure of the Alpine Tethys. Stratigraphic and metamorphic data regarding this subduction and the geohistory of the Brianconnais allows the scenario of subduction-obduction processes during the Late Cretaceous-early Tertiary in the eastern and western Alps to be specified. HP-LT metamorphism record a long-lasting history of oceanic subduction-accretion, followed in the Middle Eocene by the incorporation of the Brianconnais as an exotic terrane into the accretionary prism. Middle to Late Eocene cooling ages of the Brianconnais basement and the presence of pelagic, anorogenic sedimentation lasting until the Middle Eocene on the Brianconnais preclude any sort of collision before that time between this domain and the active Adria margin or the Helvetic margin. This is confirmed by plate reconstructions constrained by magnetic anomalies in the Atlantic domain. Only a small percentage of the former Brianconnais domain was obducted, most of the crust and lithospheric roots were subducted. This applies also to domains formerly belonging to the southern Alpine Tethys margin (Austroalpine-inner Carpathian domain). It is proposed that there was a single Palaeogene subduction zone responsible for the Alpine orogen formation (from northern Spain to the East Carpathians), with the exception of a short-lived Late Cretaceous partial closure of the Valais ocean. Subduction in the western Tethyan domain originated during the closure of the Meliata ocean during the Jurassic incorporating the Austroalpine-Carpathian domain as terranes during the Cretaceous. The subduction zone propagated into the northern margin of Adria and then to the northern margin of the Iberian plate, where it gave birth to the Pyrenean-Provencal orogenic belt. This implies the absence of a separated Cretaceous subduction zone within the Austro-Carpathian Penninic ocean. Collision of Iberia with Europe forced the subduction to jump to the SE margin of Iberia in the Eocene, creating the Apenninic orogenic wedge and inverting the vergence of subduction from south- to north-directed. (C) 1998 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

40Ar/39Ar dating of Penninic Front tectonic displacement (W Alps) during the Lower Oligocene (31-34 Ma)

Direct absolute dating of the Penninic Frontal Thrust tectonic motion is achieved using the Ar-40/Ar-39 technique in the Pelvoux Crystalline Massif (Western Alps). The dated phengites were formed syn-kinematically in shear zones. They underline the brittle-ductile stretching lineation, pressure-shadow fibres and slickensides consistent with underthrusting of the European continental slab below the propagating Penninic Thrust. Chlorite-phengite thermobarometry yields 10-15 km and T similar to 280 degrees C, while Ar-40/Ar-39 phengite ages mainly range between 34 and 30 Ma, with one younger age at 27 Ma. This Early Oligocene age range matches a major tectonic rearrangement of the Alpine chain. Preservation of prograde Ar-40/Ar-39 ages is ascribed to passive exhumation of the Pelvoux shear zone network, sandwiched between more external thrusts and the Penninic Front reactivated as an E-dipping detachment fault. Partial resetting in the Low Temperature part of argon spectra below 24 Ma is ascribed to brittle deformation and alteration of phengites.

THE USE OF SIMULATIONS IN EVOLUTIONARY POPULATION GENETICS: APPLICATIONS ON HUMANS, OWLS AND VIRTUAL ORGANISMS

Summary (in English) Computer simulations provide a practical way to address scientific questions that would be otherwise intractable. In evolutionary biology, and in population genetics in particular, the investigation of evolutionary processes frequently involves the implementation of complex models, making simulations a particularly valuable tool in the area. In this thesis work, I explored three questions involving the geographical range expansion of populations, taking advantage of spatially explicit simulations coupled with approximate Bayesian computation. First, the neutral evolutionary history of the human spread around the world was investigated, leading to a surprisingly simple model: A straightforward diffusion process of migrations from east Africa throughout a world map with homogeneous landmasses replicated to very large extent the complex patterns observed in real human populations, suggesting a more continuous (as opposed to structured) view of the distribution of modern human genetic diversity, which may play a better role as a base model for further studies. Second, the postglacial evolution of the European barn owl, with the formation of a remarkable coat-color cline, was inspected with two rounds of simulations: (i) determine the demographic background history and (ii) test the probability of a phenotypic cline, like the one observed in the natural populations, to appear without natural selection. We verified that the modern barn owl population originated from a single Iberian refugium and that they formed their color cline, not due to neutral evolution, but with the necessary participation of selection. The third and last part of this thesis refers to a simulation-only study inspired by the barn owl case above. In this chapter, we showed that selection is, indeed, effective during range expansions and that it leaves a distinguished signature, which can then be used to detect and measure natural selection in range-expanding populations. Résumé (en français) Les simulations fournissent un moyen pratique pour répondre à des questions scientifiques qui seraient inabordable autrement. En génétique des populations, l'étude des processus évolutifs implique souvent la mise en oeuvre de modèles complexes, et les simulations sont un outil particulièrement précieux dans ce domaine. Dans cette thèse, j'ai exploré trois questions en utilisant des simulations spatialement explicites dans un cadre de calculs Bayésiens approximés (approximate Bayesian computation : ABC). Tout d'abord, l'histoire de la colonisation humaine mondiale et de l'évolution de parties neutres du génome a été étudiée grâce à un modèle étonnement simple. Un processus de diffusion des migrants de l'Afrique orientale à travers un monde avec des masses terrestres homogènes a reproduit, dans une très large mesure, les signatures génétiques complexes observées dans les populations humaines réelles. Un tel modèle continu (opposé à un modèle structuré en populations) pourrait être très utile comme modèle de base dans l'étude de génétique humaine à l'avenir. Deuxièmement, l'évolution postglaciaire d'un gradient de couleur chez l'Effraie des clocher (Tyto alba) Européenne, a été examiné avec deux séries de simulations pour : (i) déterminer l'histoire démographique de base et (ii) tester la probabilité qu'un gradient phénotypique, tel qu'observé dans les populations naturelles puisse apparaître sans sélection naturelle. Nous avons montré que la population actuelle des chouettes est sortie d'un unique refuge ibérique et que le gradient de couleur ne peux pas s'être formé de manière neutre (sans l'action de la sélection naturelle). La troisième partie de cette thèse se réfère à une étude par simulations inspirée par l'étude de l'Effraie. Dans ce dernier chapitre, nous avons montré que la sélection est, en effet, aussi efficace dans les cas d'expansion d'aire de distribution et qu'elle laisse une signature unique, qui peut être utilisée pour la détecter et estimer sa force.

Treeline and climate change : analyzing and modeling patterns and shifts in the Swiss Alps

Summary: Global warming has led to an average earth surface temperature increase of about 0.7 °C in the 20th century, according to the 2007 IPCC report. In Switzerland, the temperature increase in the same period was even higher: 1.3 °C in the Northern Alps anal 1.7 °C in the Southern Alps. The impacts of this warming on ecosystems aspecially on climatically sensitive systems like the treeline ecotone -are already visible today. Alpine treeline species show increased growth rates, more establishment of young trees in forest gaps is observed in many locations and treelines are migrating upwards. With the forecasted warming, this globally visible phenomenon is expected to continue. This PhD thesis aimed to develop a set of methods and models to investigate current and future climatic treeline positions and treeline shifts in the Swiss Alps in a spatial context. The focus was therefore on: 1) the quantification of current treeline dynamics and its potential causes, 2) the evaluation and improvement of temperaturebased treeline indicators and 3) the spatial analysis and projection of past, current and future climatic treeline positions and their respective elevational shifts. The methods used involved a combination of field temperature measurements, statistical modeling and spatial modeling in a geographical information system. To determine treeline shifts and assign the respective drivers, neighborhood relationships between forest patches were analyzed using moving window algorithms. Time series regression modeling was used in the development of an air-to-soil temperature transfer model to calculate thermal treeline indicators. The indicators were then applied spatially to delineate the climatic treeline, based on interpolated temperature data. Observation of recent forest dynamics in the Swiss treeline ecotone showed that changes were mainly due to forest in-growth, but also partly to upward attitudinal shifts. The recent reduction in agricultural land-use was found to be the dominant driver of these changes. Climate-driven changes were identified only at the uppermost limits of the treeline ecotone. Seasonal mean temperature indicators were found to be the best for predicting climatic treelines. Applying dynamic seasonal delimitations and the air-to-soil temperature transfer model improved the indicators' applicability for spatial modeling. Reproducing the climatic treelines of the past 45 years revealed regionally different attitudinal shifts, the largest being located near the highest mountain mass. Modeling climatic treelines based on two IPCC climate warming scenarios predicted major shifts in treeline altitude. However, the currently-observed treeline is not expected to reach this limit easily, due to lagged reaction, possible climate feedback effects and other limiting factors. Résumé: Selon le rapport 2007 de l'IPCC, le réchauffement global a induit une augmentation de la température terrestre de 0.7 °C en moyenne au cours du 20e siècle. En Suisse, l'augmentation durant la même période a été plus importante: 1.3 °C dans les Alpes du nord et 1.7 °C dans les Alpes du sud. Les impacts de ce réchauffement sur les écosystèmes - en particuliers les systèmes sensibles comme l'écotone de la limite des arbres - sont déjà visibles aujourd'hui. Les espèces de la limite alpine des forêts ont des taux de croissance plus forts, on observe en de nombreux endroits un accroissement du nombre de jeunes arbres s'établissant dans les trouées et la limite des arbres migre vers le haut. Compte tenu du réchauffement prévu, on s'attend à ce que ce phénomène, visible globalement, persiste. Cette thèse de doctorat visait à développer un jeu de méthodes et de modèles pour étudier dans un contexte spatial la position présente et future de la limite climatique des arbres, ainsi que ses déplacements, au sein des Alpes suisses. L'étude s'est donc focalisée sur: 1) la quantification de la dynamique actuelle de la limite des arbres et ses causes potentielles, 2) l'évaluation et l'amélioration des indicateurs, basés sur la température, pour la limite des arbres et 3) l'analyse spatiale et la projection de la position climatique passée, présente et future de la limite des arbres et des déplacements altitudinaux de cette position. Les méthodes utilisées sont une combinaison de mesures de température sur le terrain, de modélisation statistique et de la modélisation spatiale à l'aide d'un système d'information géographique. Les relations de voisinage entre parcelles de forêt ont été analysées à l'aide d'algorithmes utilisant des fenêtres mobiles, afin de mesurer les déplacements de la limite des arbres et déterminer leurs causes. Un modèle de transfert de température air-sol, basé sur les modèles de régression sur séries temporelles, a été développé pour calculer des indicateurs thermiques de la limite des arbres. Les indicateurs ont ensuite été appliqués spatialement pour délimiter la limite climatique des arbres, sur la base de données de températures interpolées. L'observation de la dynamique forestière récente dans l'écotone de la limite des arbres en Suisse a montré que les changements étaient principalement dus à la fermeture des trouées, mais aussi en partie à des déplacements vers des altitudes plus élevées. Il a été montré que la récente déprise agricole était la cause principale de ces changements. Des changements dus au climat n'ont été identifiés qu'aux limites supérieures de l'écotone de la limite des arbres. Les indicateurs de température moyenne saisonnière se sont avérés le mieux convenir pour prédire la limite climatique des arbres. L'application de limites dynamiques saisonnières et du modèle de transfert de température air-sol a amélioré l'applicabilité des indicateurs pour la modélisation spatiale. La reproduction des limites climatiques des arbres durant ces 45 dernières années a mis en évidence des changements d'altitude différents selon les régions, les plus importants étant situés près du plus haut massif montagneux. La modélisation des limites climatiques des arbres d'après deux scénarios de réchauffement climatique de l'IPCC a prédit des changements majeurs de l'altitude de la limite des arbres. Toutefois, l'on ne s'attend pas à ce que la limite des arbres actuellement observée atteigne cette limite facilement, en raison du délai de réaction, d'effets rétroactifs du climat et d'autres facteurs limitants.

An experimental study on the shallow-level migmatization of ferrogabbros from the Fuerteventura Basal Complex, Canary Islands

Spectacular shallow-level migmatization of ferrogabbroic rocks occurs in a metamorphic contact aureole of a gabbroic pluton of the Tierra Mala massif (TM) on Fuerteventura (Canary Islands). In order to improve our knowledge of the low pressure melting behavior of gabbroic rocks and to constrain the conditions of migmatization of the TM gabbros, we performed partial melting experiments on a natural ferrogabbro, which is assumed as protolith of the migmatites. The experiments were performed in an internally heated pressure vessel (IHPV) at 200 MPa, 930-1150 degreesC at relatively oxidizing conditions. Distinct amounts of water were added to the charge. From 930 to 1000 degreesC, the observed experimental phases are plagioclase (An(60-70)), clinopyroxene, amphibole (titanian magnesiohastingsites), two Fe-Ti oxides, and a basaltic, K-poor melt. Above 1000 degreesC, amphibole is no longer stable. The first melts are very rich in non-native plagioclase (>70 wt.%). This indicates that at the beginning of partial melting plagioclase is the major phase which is consumed to produce melt. In the experiments, plagioclase is stable up to high temperatures (1060 degreesC) showing increasing An content with temperature. This is not compatible with the natural migmatites, in which An-rich plagioclase is absent in the melanosomes, while amphibole is stable. Our results show that the partial melting of the natural rocks cannot be regarded as an ``in-situ'' process that occurred in a closed system. Considerable amounts of alkalis probably transported by water-rich fluids, derived from the mafic pluton underplating the TM gabbro, were necessary to drive the melting reaction out of the stability range of plagioclase. A partial melting experiment with a migmatite gabbro showing typical ``in-situ'' textures as starting material supports this assumption. Crystallization experiments performed at 1000 degreesC on a glass of the fitised ferrogabbro with different water contents added to the charge show that generally high water activities could be achieved (crystallization of amphibole), independently of the bulk water content, even in a system with very low initial bulk water content (0.3 wt.%). Increasing water contents produce plagioclase richer in An, reduces the modal proportion of plagioclase in the crystallizing assemblage and extends the melt fraction. High melt fractions of >30 wt.% could only be observed in systems with high bulk water contents (> - 2 wt.%). This indicates that the migmatites were generated under water-rich conditions (probably water-saturated), since those migmatites, which are characterized as ``in-situ'' formations, show generally high amounts of leucosomes (>30 wt.%). (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Regional variation in sex ratios and sex allocation in androdioecious Mercurialis annua.

In androdioecious metapopulations, where males co-occur with hermaphrodites, the absence of males from certain populations or regions may be explained by locally high selfing rates, high hermaphrodite outcross siring success (e.g. due to high pollen production by hermaphrodites), or to stochastic processes (e.g. the failure of males to invade populations or regions following colonization or range expansion by hermaphrodites). In the Iberian Peninsula and Morocco, the presence of males with hermaphrodites in the wind-pollinated androdioecious plant Mercurialis annua (Euphorbiaceae) varies both among populations within relatively small regions and among regions, with some regions lacking males from all populations. The species is known to have expanded its range into the Iberian Peninsula from a southern refugium. To account for variation in male presence in M. annua, we test the following hypotheses: (1) that males are absent in areas where plant densities are lower, because selfing rates should be correspondingly higher; (2) that males are absent in areas where hermaphrodites produce more pollen; and (3) that males are absent in areas where there is an elevated proportion of populations in which plant density and hermaphrodite pollen production disfavour their invasion. We found support for predictions two and three in Morocco (the putative Pleistocene refugium for M. annua) but no support for any hypothesis in Iberia (the expanded range). Our results are partially consistent with a hypothesis of sex-allocation equilibrium for populations in Morocco; in Iberia, the absence of males from large geographical regions is more consistent with a model of sex-ratio evolution in a metapopulation with recurrent population turnover. Our study points to the role of both frequency-dependent selection and contingencies imposed by colonization during range expansions and in metapopulations.

Integrative analyses of speciation and divergence in Psammodromus hispanicus (Squamata: Lacertidae).

ABSTRACT: BACKGROUND: Genetic, phenotypic and ecological divergence within a lineage is the result of past and ongoing evolutionary processes, which lead ultimately to diversification and speciation. Integrative analyses allow linking diversification to geological, climatic, and ecological events, and thus disentangling the relative importance of different evolutionary drivers in generating and maintaining current species richness. RESULTS: Here, we use phylogenetic, phenotypic, geographic, and environmental data to investigate diversification in the Spanish sand racer (Psammodromus hispanicus). Phylogenetic, molecular clock dating, and phenotypic analyses show that P. hispanicus consists of three lineages. One lineage from Western Spain diverged 8.3 (2.9-14.7) Mya from the ancestor of Psammodromus hispanicus edwardsianus and P. hispanicus hispanicus Central lineage. The latter diverged 4.8 (1.5-8.7) Mya. Molecular clock dating, together with population genetic analyses, indicate that the three lineages experienced northward range expansions from southern Iberian refugia during Pleistocene glacial periods. Ecological niche modelling shows that suitable habitat of the Western lineage and P. h. edwardsianus overlap over vast areas, but that a barrier may hinder dispersal and genetic mixing of populations of both lineages. P. h. hispanicus Central lineage inhabits an ecological niche that overlaps marginally with the other two lineages. CONCLUSIONS: Our results provide evidence for divergence in allopatry and niche conservatism between the Western lineage and the ancestor of P. h. edwardsianus and P. h. hispanicus Central lineage, whereas they suggest that niche divergence is involved in the origin of the latter two lineages. Both processes were temporally separated and may be responsible for the here documented genetic and phenotypic diversity of P. hispanicus. The temporal pattern is in line with those proposed for other animal lineages. It suggests that geographic isolation and vicariance played an important role in the early diversification of the group, and that lineage diversification was further amplified through ecological divergence.

Melt topology and chemistry during partial melting in contact aureoles : an experimental study and field example

This study was initiated to investigate partial melting within the high-grade metamorphic rocks beneath the Little Cottonwood contact aureole (Utah, USA), in order to understand the melt generation, melt migration, and geometry of initial melt distribution on grain scale during crustal anatexis. The emplacement of the Little Cottonwood stock produced a contact aureole in the pelitic host rocks of the Big Cottonwood formation (BC). Metamorphic isogrades in pelitic rocks range form biotite to 2nd sillimanite grade as a function of distance from the contact. Migmatites are restricted to the highest grade and resulted form partial melting of the BC formation rocks. First melt was produced by a combined muscovite/biotite dehydration reaction in the sillimanite + k-feldspar stability field. Melt extraction from the pelites resulted in restites (magnetite + cordierite + alumosilicate ± biotite) surrounded by feldspar enriched quartzite zones. This texture is the result of gradual infiltration of partial melts into the quartzite. Larger, discrete melt accumulation occurred in extensional or transpressional domains such as boudin necks, veins, and ductile shear zones. Melt composition are Si02- rich, crystallized as pegmatites, and apparently were very mobile. They were able to infiltrate the quartzite pervaisivly. These melts are similar in composition to first melts produced in the hydrothermal partial melt experiments at 2kbar between 700 - 800°C on fine grained high metamorphic rocks (andalusite-cordierited-biotite-zone) of the BC formation. The experimental melts are water rich and in disequilibrium with the melting rock. Initial melt composition is heterogeneous for short run duration, reflective a lack of chemical equilibrium between individual melt pools. Rock core scale heterogeneity decreased with time indicating partial homogenization of melt compositions. A simultaneous shift of melt composition to higher silica content with time was observed. The silica content of the melt increased due to local melt/mineral reactions. Melt textures indicate that reactive melt transport is most efficient along grain boundaries rimmed by dissimilar grains. Melt heterogeneity resulted in chemical potential gradients which are major driving forces for initial melt migration and govern melt distribution during initial melting. An additional subject of the thesis is the crystal size distributions of opaque minerals in a fine-grained, high-grade meta-pelite of the Big Cottonwood which were obtained from 3D X-ray tomography (uCT) and 2D thin section analysis. µCT delivers accurate size distributions within a restricted range (~ a factor of 20 in size in a single 3D image), while the absolute number of crystals is difficult to obtain from these sparsely distributed, small crystals on the basis of 2D images. Crystal size distributions obtained from both methods are otherwise similar. - Ce travail de recherche a été entrepris dans le but d'étudier les processus de fusion partielle dans les roches fortement métamorphiques de l'auréole de contact de Little Cottonwood (Utah, USA) et ceci afin de comprendre la génération de liquide de fusion, la migration de ces liquides et la géométrie de la distribution initiale des liquides de fusion à l'échelle du grain durant l'anatexie de la croûte. L'emplacement du petit massif intrusif de Little Cottonwood a produit une auréole de contact dans les roches pélitiques encaissantes appartenant à la Foimation du Big Cottonwood (BC). Les isogrades métamorphiques dans les roches pélitiques varient de l'isograde de la biotite à la deuxième isograde de la sillimanite en fonction de la distance par rapport au massif intrusif. Les migmatites sont restreintes aux zones montrant le plus haut degré métamorphique et résultent de la fusion partielle des roches de la Formation de BC. Le premier liquide de fusion a été produit par la réaction de déshydratation combinée de la muscovite et de la biotite dans le champ de stabilité du feldspath potassique Pt de la sillimanite. L'extraction du liquide de fusion des pélites forme des restites (magnétites + cordiérite + aluminosilicate ± biotite) entourées par des zones de quartzites enrichies en feldspath. Cette texture est le résultat de l'infiltration graduelle du liquide de fusion partielle dans les quartzites. Des accumulations distinctes et plus larges de liquide de fusion ont lieu dans des domaines d'extension ou de transpression tels que les boudins, les veines, et les zones de cisaillement ductile. La composition des liquides de fusion est similaire à celle des liquides pegmatoïdes, et ces liquides sont apparemment très mobiles et capables d'infiltrer les quartzites. Ces liquides de fusion ont la même composition que les premiers liquides produits dans les expériences hydrotheunales de fusion partielle à 2kbar et entre 700-800° C sur les roches finement grenues et hautement métamorphiques (andalousite-cordiérite-biotite zone) de la Formation de BC. Les liquides de fusion obtenus expérimentalement sont riches en eau et sont en déséquilibre avec la roche en fusion. La composition initiale des liquides de fusion est hétérogène pour les expériences de courte durée et reflète l'absence d'équilibre chimique entre les différentes zones d'accumulation des liquides de fusion. L'hétérogénéité à l'échelle du noyau s'estompe avec le temps et témoigne de l'homogénéisation de la composition des liquides de fusion. Par ailleurs, on observe parallèlement un décalage de la composition des liquides vers des compositions plus riches en silice au cours du temps. Le contenu en silice des liquides de fusion évolue vers un liquide pegmatitique en raison des réactions liquides/minéraux. Les textures des liquides de fusion indiquent que le transport des liquides est plus efficace le long des bordures de grains bordés par des grains différents. Aucun changement apparent du volume total n'est visible. L'hétérogénéité des liquides s'accompagne d'un gradient de potentiel chimique qui sert de moteur principal à la migration des liquides et à la distribution des liquides durant la fusion. Un sujet complémentaire de ce travail de thèse réside dans l'étude de la distribution de la taille des cristaux opaques dans les pélites finement grenues et fortement métamorphiques de la Formation de Big Cottonwood. Les distributions de taille ont été obtenues suite à l'analyse d'images 3D acquise par tomographie ainsi que par analyse de lames minces. La microtomographie par rayon X fournit une distribution de taille précise sur une marge restreinte (- un facteur de taille 20 dans une seule image 3D), alors que le nombre absolu de cristaux est difficile à obtenir sur la base d'image 2D en raison de la petite taille et de la faible abondance de ces cristaux. Les distributions de taille obtenues par les deux méthodes sont sinon similaire. Abstact: Chemical differentiation of the primitive Earth was due to melting and separation of melts. Today, melt generation and emplacement is still the dominant process for the growth of the crust. Most granite formation is due to partial melting of the lower crust, followed by transport of magma through the crust to the shallow crust where it is emplaced. Partial melting and melt segregation are essential steps before such a granitic magma can ascent through the crust. The chemistry and physics of partial melting and segregation is complex. Hence detailed studies, in which field observations yield critical information that can be compared to experimental observations, are crucial to the understanding of these fundamental processes that lead and are leading to the chemical stratification of the Earth. The research presented in this thesis is a combined field and experimental study of partial melting of high-grade meta-pelitic rocks of the Little Cottonwood contact aureole (Utah, USA). Contact metamorphic rocks are ideal for textural studies of melt generation, since the relatively short times of the metamorphic event prevents much of the recrystallization which plagues textural studies of lower crustal rocks. The purpose of the study is to characterize melt generation, identify melting reactions, and to constrain melt formation, segregation and migration mechanisms. In parallel an experimental study was undertaken to investigate melt in the high grade meta pelitic rocks, to confirm melt composition, and to compare textures of the partial molten rock cores in the absence of deformation. Results show that a pegmatoidal melt is produced by partial melting of the pelitic rocks. This melt is highly mobile. It is capable of pervasive infiltration of the adjacent quartzite. Infiltration results in rounded quartz grains bordered by a thin feldspar rim. Using computed micro X-ray tomography these melt networks can be imaged. The infiltrated melt leads to rheological weakening and to a decompaction of the solid quartzite. Such decompaction can explain the recent discovery of abundant xenocrysts in many magmas, since it favors the isolation of mineral grains. Pervasive infiltration is apparently strongly influenced by melt viscosity and melt-crystal wetting behavior, both of which depend on the water content of melt and the temperature. In all experiments the first melt is produced on grain boundaries, dominantly by the local minerals. Grain scale heterogeneity of a melting rock leads thus to chemical concentration gradients in the melt, which are the driving force for initial melt migration. Pervasive melt films along grain boundaries leading to an interconnected network are immediately established. The initial chemical heterogeneities in the melt diminish with time. Résumé large public: La différenciation chimique de la Terre primitive est la conséquence de la fusion des roches et de la séparation des liquides qui en résultent. Aujourd'hui, la production de liquide magmatique est toujours le mécanisme dominant pour la croissance de la croûte terrestre. Ainsi la formation de la plupart des granites est un processus qui implique la production de magma par fusion partielle de la croûte inférieure, la migration de ces magmas à travers la croûte et finalement son emplacement dans les niveaux superficielle de la croûte terrestre. Au cours de cette évolution, les processus de fusion partielle et de ségrégation sont des étapes indispensables à l'ascension des granites à travers la croûte. Les conditions physico-chimiques nécessaires à la fusion partielle et à l'extraction de ces liquides sont complexes. C'est pourquoi des études détaillées des processus de fusion partielle sont cruciales pour la compréhension de ces mécanismes fondamentaux responsables de la stratification chimique de la Terre. Parmi ces études, les observations de terrain apportent notamment des informations déterminantes qui peuvent être comparées aux données expérimentales. Le travail de recherche présenté dans ce mémoire de thèse associe études de terrain et données expérimentales sur la fusion partielle des roches pélitiques de haut degré métamorphiques provenant de l'auréole de contact de Little Cottonwood (Utah, USA). Les roches du métamorphisme de contact sont idéales pour l'étude de la folination de liquide de fusion. En effet, la durée relativement courte de ce type d'événement métamorphique prévient en grande partie la recristallisation qui perturbe les études de texture des roches dans la croûte inférieure. Le but de cette étude est de caractériser la génération des liquides de fusion, d'identifier les réactions responsables de la fusion de ces roches et de contraindre la formation de ces liquides et leur mécanisme de ségrégation et de migration. Parallèlement, des travaux expérimentaux ont été entrepris pour reproduire la fusion partielle de ces roches en laboratoire. Cette étude a été effectuée dans le but de confirmer la composition chimique des liquides, et de comparer les textures obtenues en l'absence de déformation. Les résultats montrent qu'un liquide de fusion pegmatoïde est produit par fusion partielle des roches pélitiques. La grande mobilité de ce liquide permet une infiltration pénétrative dans les quarzites. Ces infiltrations se manifestent par des grains de quartz arrondis entourés par une fine bordure de feldspath. L'utilisation de la tomography à rayons X a permis d'obtenir des images de ce réseau de liquide de fusion. L'infiltration de liquide de fusion entraîne un affaiblissement de la rhéologie de la roche ainsi qu'une décompaction des quartzites massifs. Une telle décompaction peut expliquer la découverte récente d'abondants xénocristaux dans beaucoup de magmas, puisque elle favorise l'isolation des minéraux. L'infiltration pénétrative est apparemment fortement influencée par la viscosité du fluide de fusion et le comportement de la tension superficielle entre les cristaux et le liquide, les deux étant dépendant du contenu en eau dans le liquide de fusion et de la température. Dans toutes les expériences, le premier liquide est produit sur les bordures de grains, principalement par les minéraux locaux. L'hétérogénéité à l'échelle des grains d'une roche en fusion conduit donc à un gradient de concentration chimique dans le liquide, qui sert de moteur à l'initiation de la migration du liquide. Des fines couches de liquide de fusion le long de bordures de grains formant un réseau enchevêtré s'établit immédiatement. Les hétérogénéités chimiques initiales dans le liquide s'estompent avec le temps.

The Tertiary structural and thermal evolution of the central Alps - Compressional and extensional structures in an orogenic belt

The Western Alpine Are has been created during the Cretaceous and the Tertiary orogenies. The interference patterns of the Tertiary structures suggest their formation during continental collision of the European and the Adriatic Plates, with an accompanying anticlockwise rotation of the Adriatic indenter. Extensional structures are mainly related to ductile deformation by simple shear. These structures developed at a deep tectonic level, in granitic crustal rocks, at depths in excess of 10 km. In the early Palaeogene period of the Tertiary Orogeny, the main Tertiary nappe emplacement resulted from a NW-thrusting of the Austroalpine, Penninic and Helvetic nappes. Heating of the deep zone of the Upper Cretaceous and Tertiary nappe stack by geothermal heat flow is responsible for the Tertiary regional metamorphism, reaching amphibolite-facies conditions in the Lepontine Gneiss Dome (geothermal gradient 25 degrees C/ km). The Tertiary thrusting occurred mainly during prograde metamorphic conditions with creation of a penetrative NW-SE-oriented stretching lineation, X(1) (finite extension), parallel to the direction of simple shear. Earliest cooling after the culmination of the Tertiary metamorphism, some 38 Ma ago, is recorded by the cooling curves of the Monte Rosa and Mischabel nappes to the west and the Suretta Nappe to the east of the Lepontine Gneiss Dome. The onset of dextral transpression, with a strong extension parallel to the mountain belt, and the oldest S-vergent `'backfolding'' took place some 35 to 30 Ma ago during retrograde amphibolite-facies conditions and before the intrusion of the Oligocene dikes north of the Periadriatic Line. The main updoming of the Lepontine Gneiss Dome started some 32-30 Ma ago with the intrusion of the Bergell tonalites and granodiorites, concomitant with S-vergent backfolding and backthrusting and dextral strike-slip movements along the Tonale and Canavese Lines (Argand's Insubric phase). Subsequently, the center of main updoming migrated slowly to the west, reaching the Simplon region some 20 Ma ago. This was contemporaneous with the westward migration of the Adriatic indenter. Between 20 Ma and the present, the Western Aar Massif-Toce culmination was the center of strong uplift. The youngest S-vergent backfolds, the Glishorn anticline and the Berisal syncline fold the 12 Ma Rb/Sr biotite isochron and are cut by the 11 Ma old Rhone-Simplon Line. The discrete Rhone-Simplon Line represents a late retrograde manifestation in the preexisting ductile Simplon Shear Zone. This fault zone is still active today. The Oligocene-Neogene dextral transpression and extension in the Simplon area were concurrent with thrusting to the northwest of the Helvetic nappes, the Prealpes (35-15 Ma) and with the Jura thin-skinned thrust (11-3 Ma). It was also contemporaneous with thrusting to the south of the Bergamasc (> 35-5 Ma) and Milan thrusts (16-5 Ma).