Climate change effects on animal and plant phylogenetic diversity in southern Africa

Much attention has been paid to the effects of climate change on species' range reductions and extinctions. There is however surprisingly little information on how climate change driven threat may impact the tree of life and result in loss of phylogenetic diversity (PD). Some plant families and mammalian orders reveal nonrandom extinction patterns, but many other plant families do not. Do these discrepancies reflect different speciation histories and does climate induced extinction result in the same discrepancies among different groups? Answers to these questions require representative taxon sampling. Here, we combine phylogenetic analyses, species distribution modeling, and climate change projections on two of the largest plant families in the Cape Floristic Region (Proteaceae and Restionaceae), as well as the second most diverse mammalian order in Southern Africa (Chiroptera), and an herbivorous insect genus (Platypleura) in the family Cicadidae to answer this question. We model current and future species distributions to assess species threat levels over the next 70years, and then compare projected with random PD survival. Results for these animal and plant clades reveal congruence. PD losses are not significantly higher under predicted extinction than under random extinction simulations. So far the evidence suggests that focusing resources on climate threatened species alone may not result in disproportionate benefits for the preservation of evolutionary history.

Variation in habitat suitability does not always relate to variation in species' plant functional traits.

Habitat suitability models, which relate species occurrences to environmental variables, are assumed to predict suitable conditions for a given species. If these models are reliable, they should relate to change in plant growth and function. In this paper, we ask the question whether habitat suitability models are able to predict variation in plant functional traits, often assumed to be a good surrogate for a species' overall health and vigour. Using a thorough sampling design, we show a tight link between variation in plant functional traits and habitat suitability for some species, but not for others. Our contrasting results pave the way towards a better understanding of how species cope with varying habitat conditions and demonstrate that habitat suitability models can provide meaningful descriptions of the functional niche in some cases, but not in others.

Introduced freshwater blenny influences the diet and body condition of the invasive dice snake in Lake Geneva

Non-indigenous species can have strong impacts on biodiversity by affecting trophic relationships in their new environments. The piscivorous dice snake (Natrix tessellata) has been introduced to Geneva Lake, western Switzerland, where the endangered viperine snake (Natrix maura) is native. Local, dramatic declines in the viperine snake population might be associated with the appearance of the dice snake through dietary overlap between these 2 species, which mainly feed on bullhead (Cottus gobio). In response to this decline, a control program for dice snake was implemented in 2007 to reduce numbers of this introduced snake. In 2010, a new species of fish, the freshwater blenny (Salaria fluviatilis), which shares the same habitat as the bullhead, was introduced into Lake Geneva and has since reached high densities. We determined the impact of freshwater blenny on diet composition and body condition of dice snakes. In addition, we tested for effects of the control program on the body condition of dice snakes and viperine snakes. We collected 294 dice snakes between 2007 and 2013. Based on morphology and a genetic marker (cytochrome b gene), we determined the ®sh species contained in these snakes' stomachs. We found a drastic switch in dice snake diet following the arrival of freshwater blenny, as consumption of bullhead declined by 68% and was replaced by the blenny. In addition, the body condition of dice snakes increased significantly after the arrival of freshwater blenny. The body condition of both snake species was positively correlated with the number of dice snakes removed from the study area. This finding has important implications concerning the conservation of the endangered viperine snake, and suggests that the control program of dice snakes should be continued.

Amino acid coevolution reveals three-dimensional structure and functional domains of insect odorant receptors.

Insect odorant receptors (ORs) comprise an enormous protein family that translates environmental chemical signals into neuronal electrical activity. These heptahelical receptors are proposed to function as ligand-gated ion channels and/or to act metabotropically as G protein-coupled receptors (GPCRs). Resolving their signalling mechanism has been hampered by the lack of tertiary structural information and primary sequence similarity to other proteins. We use amino acid evolutionary covariation across these ORs to define restraints on structural proximity of residue pairs, which permit de novo generation of three-dimensional models. The validity of our analysis is supported by the location of functionally important residues in highly constrained regions of the protein. Importantly, insect OR models exhibit a distinct transmembrane domain packing arrangement to that of canonical GPCRs, establishing the structural unrelatedness of these receptor families. The evolutionary couplings and models predict odour binding and ion conduction domains, and provide a template for rationale structure-activity dissection.

Influence of climate on the presence of colour polymorphism in two montane reptile species.

The coloration of ectotherms plays an important role in thermoregulation processes. Dark individuals should heat up faster and be able to reach a higher body temperature than light individuals and should therefore have benefits in cool areas. In central Europe, montane local populations of adder (Vipera berus) and asp viper (Vipera aspis) exhibit a varying proportion of melanistic individuals. We tested whether the presence of melanistic V. aspis and V. berus could be explained by climatic conditions. We measured the climatic niche position and breadth of monomorphic (including strictly patterned individuals) and polymorphic local populations, calculated their niche overlap and tested for niche equivalency and similarity. In accordance with expectations, niche overlap between polymorphic local populations of both species is high, and even higher than that of polymorphic versus monomorphic montane local populations of V. aspis, suggesting a predominant role of melanism in determining the niche of ectothermic vertebrates. However, unexpectedly, the niche of polymorphic local populations of both species is narrower than that of monomorphic ones, indicating that colour polymorphism does not always enable the exploitation of a greater variability of resources, at least at the intraspecific level. Overall, our results suggest that melanism might be present only when the thermoregulatory benefit is higher than the cost of predation.

Mass effects mediate coexistence in competing shrews.

Recent developments in metacommunity theory have raised awareness that processes occurring at regional scales might interfere with local dynamics and affect conditions for the local coexistence of competing species. Four main paradigms are recognized in this context (namely, neutral, patch-dynamics, species-sorting, and mass-effect), which differ according to the role assigned to ecological or life-history differences among competing species, as well as to the relative time scale of regional vs. local dynamics. We investigated the patterns of regional and local coexistence of two species of shrews (Crocidura russula and Sorex coronatus) sharing a similar diet (generalist insectivores) over four generations, in a spatially structured habitat at the altitudinal limit of their distributions. Local populations were small, and regional dynamics were strong, with high rates of extinction and recolonization. Niche analysis revealed significant habitat differentiation on a few important variables, including temperature and availability of winter resting sites. In sites suitable for both species, we found instances of local coexistence with no evidence of competitive exclusion. Patterns of temporal succession did not differ from random, with no suggestion of a colonization-competition trade-off. Altogether, our data provide support for the mass-effect paradigm, where regional coexistence is mediated by specialization on different habitat types, and local coexistence by rescue effects from source sites. The strong regional dynamics and demographic stochasticity, together with high dispersal rates, presumably contributed to mass effects by overriding local differences in specific competitive abilities.

Epithelium-Intrinsic NAIP/NLRC4 Inflammasome Drives Infected Enterocyte Expulsion to Restrict Salmonella Replication in the Intestinal Mucosa.

The gut mucosal epithelium separates the host from the microbiota, but enteropathogens such as Salmonella Typhimurium (S.Tm) can invade and breach this barrier. Defenses against such acute insults remain incompletely understood. Using a murine model of Salmonella enterocolitis, we analyzed mechanisms limiting pathogen loads in the epithelium during early infection. Although the epithelium-invading S.Tm replicate initially, this intraepithelial replicative niche is restricted by expulsion of infected enterocytes into the lumen. This mechanism is compromised if inflammasome components (NAIP1-6, NLRC4, caspase-1/-11) are deleted, or ablated specifically in the epithelium, resulting in ∼100-fold higher intraepithelial loads and accelerated lymph node colonization. Interestingly, the cytokines downstream of inflammasome activation, interleukin (IL)-1α/β and IL-18, appear dispensable for epithelial restriction of early infection. These data establish the role of an epithelium-intrinsic inflammasome, which drives expulsion of infected cells to restrict the pathogen's intraepithelial proliferation. This may represent a general defense mechanism against mucosal infections.

Combining food web and species distribution models for improved community projections

The ability to model biodiversity patterns is of prime importance in this era of severe environmental crisis. Species assemblage along environmental gradient is subject to the interplay of biotic interactions in complement to abiotic environmental filtering. Accounting for complex biotic interactions for a wide array of species remains so far challenging. Here, we propose to use food web models that can infer the potential interaction links between species as a constraint in species distribution models. Using a plant-herbivore (butterfly) interaction dataset, we demonstrate that this combined approach is able to improve both species distribution and community forecasts. Most importantly, this combined approach is very useful in rendering models of more generalist species that have multiple potential interaction links, where gap in the literature may be recurrent. Our combined approach points a promising direction forward to model the spatial variation of entire species interaction networks. Our work has implications for studies of range shifting species and invasive species biology where it may be unknown how a given biota might interact with a potential invader or in future climate.

The role of Pten in the Hematopoietic System and the Hematopoietic Stem Cells

Résumé Identification, localisation et activation des cellules souches hématopoiétiques dormantes in vivo Les cellules souches somatiques sont présentes dans la majorité des tissus régénératifs comme la peau, l'épithélium intestinal et le système hématopoiétique. A partir d'une seule cellule, elles ont les capacités de produire d'autres cellules souches du même type (auto-renouvellement) et d'engendrer un ensemble défini de cellules progénitrices différenciées qui vont maintenir ou réparer leur tissu hôte. Les cellules souches adultes les mieux caractérisées sont les cellules souches hématopoiétiques (HSC), localisées dans la moelle osseuse. Un des buts de mon travail de doctorat était de caractériser plus en profondeur la localisation des HSCs endogènes in vivo. Pour ce faire, la technique "label retaining assay", se basant sur la division peu fréquentes et sur la dormance des cellules souches, a été utilisée. Après un marquage des souris avec du BrdU (analogue à l'ADN) suivi d'une longue période sans BrdU, les cellules ayant incorporés le marquage ("label retaining cells" LCRs) ont pu être identifiées dans la moelle osseuse. Ces cellules LCRs étaient enrichies 300 fois en cellules de phenotype HSC et, en utilisant de la cytofluorométrie, il a pu être montré qu'environ 15% de toutes les HSCs d'une souris restent dormantes durant plusieures semaines. Ces HSCs dormantes à long terme ne sont probablement pas impliquées dans la maintenance de 'hématopoièse. Par contre, on assiste à l'activation rapide de ces HSCs dormantes lors d'une blessure, comme une ablation myéloide. Elles re-entrent alors en cycle cellulaire et sont essentielles pour une génération rapide des cellules progénitrices et matures qui vont remplacer les cellules perdues. De plus, la détection des LCRs, combinée avec l'utilisation du marqueur de HSCs c-kit, peut être utilisée pour la localisation des HSCs dormantes présentes dans la paroi endostéale de la cavité osseuse. De manière surprenante, les LCRs c-kit+ ont surtout étés trouvées isolées en cellule unique, suggérant que le micro-environement spécifique entourant et maintenant les HSCs, appelé niche, pourrait être très réduit et abriter une seule HSC par niche. Rôles complexes du gène supresseur de tumeur Pten dans le système hématopoiétique La phosphatase PTEN disparaît dans certains cancers héréditaires ou sporadiques humains, comme les gliomes, les cancers de l'utérus ou du sein. Pten inhibe la voie de signalisation de la PI3-kinase et joue un rôle clé dans l'apoptose, la croissance, la prolifération et la migration cellulaire. Notre but était d'étudier le rôle de Pten dans les HSC normale et durant la formation de leucémies. Pour ce faire, nous avons généré un modèle murin dans lequel le gène Pten peut être supprimé dans les cellules hématopoiétiques, incluant les HSCs. Ceci a été possible en croissant l'allèle conditionnelle ptenflox soit avec le transgène MxCre inductible par l'interféron α soit avec le transgène Scl-CreERt inductible par le tamoxifen. Ceci permet la conversion de l'allèle ptenflox en l'allèle nul PtenΔ dans les HSCs et les autres types cellulaires hématopoiétiques. Les souris mutantes Pten développent une splénomégalie massive causée par une expansion dramatiques de toutes les cellules myéloides. De manière interessante, alors que le nombre de HSCs dans la moelle osseuse diminue progressivement, le nombre des HSCs dans la rate augmente de manière proportionnelle. Etrangement, les analyses de cycle cellulaire ont montrés que Pten n'avait que peu ou pas d'effet sur la dormance des HSCs ou sur leur autorenouvellement. En revanche, une augmentation massive du niveau de la cytokine de mobilisation G-CSF a été détéctée dans le serum sanguin, suggérant que la suppression de Pten stimulerait la mobilisation et la migration des HSC de la moelle osseuse vers la rate. Finallement, la transplantation de moelle osseuse délétée en Pten dans des souris immuno-déficientes montre que Pten fonctionnerait comme un suppresseur de tumeur dans le système hématopoiétique car son absence entraîne la formation rapide de leucémies lymphocytaires. Summary Identification, localization and activation of dormant hematopoietic stun cells in vivo Somatic stem cells are present in most self-renewing tissues including the skin, the intestinal epithelium and the hematopoietic system. On a single cell basis they have the capacity to produce more stem cells of the same phenotype (self-renewal) and to give rise to a defined set of mature differentiated progeny, responsible for the maintenance or repair of the host tissue. The best characterized adult stem cell is the hematopoietic stem cell (HSC) located in the bone marrow. One goal of my thesis work was to further characterize the location of endogenous HSCs in vivo. To do this, a technique called "label retaining assay» was used which takes advantage of the fact that stem cells (including HSCs) divide very infrequently and can be dormant for months. After labeling mice with the DNA analogue BrdU followed by a long BrdU free "chase", BrdU "label retaining cells" (CRCs) could be identified in the bone marrow. These CRCs were 300-fold enriched for phenotypic HSCs and by using flow cytometry analysis it could be shown that about 15% of all HSCs in the mouse are dormant for many weeks. Our results suggest that these long-term dormant HSCs are unlikely to be involved in homeostatic maintenance. However they are rapidly activated and reenter the cell cycle in response to injury signals such as myeloid ablation. In addition, detection of LRCs in combination with the HSC marker c-Kit could be used to locate engrafted dormant HSCs close to the endosteal lining of the bone marrow cavities. Most surprisingly, c-Kit+LRCs were found predominantly as single cells suggesting that the specific stem cell maintaining microenvironment, called niche, has limited space and may house only single HSCs. Complex roles of the tumor suppressor gene Pten in the hematopoietic system. The phosphatase PTEN is lost in hereditary and sporadic forms of human cancers, including gliomas, endometrial and breast cancers. Pten inhibits the PI3-kina.se pathway and plays a key role in apoptosis, cell growth, proliferation and migration. Our aim was to study the role of Pten in normal HSCs and during leukemia formation. To do this, we generated a mouse model in which the Pten gene can be deleted in hematopoietic cells including HSCs. This was achieved by crossing the conditional ptenflox allele with either the interferona inducible MxCre or the tamoxifen inducible Scl-CreERT transgene. This allowed the conversion of the ptenflox allele into a pterr' null allele in HSCs and other hematopoietic cell types. As a result Pten mutant mice developed massive splenomegaly due to a dramatic expansion of all myeloid cells. Interestingly, while the number of bone marrow HSCs progressively decreased, the number of HSCs in the spleen increased to a similar extent. Unexpectedly, extensive cell cycle analysis showed that Pten had little or no effect on HSC dormancy or HSC self-renewal. Instead, dramatically increased levels of the mobilizing cytokine G-CSF were detected in the blood serum suggesting that loss-of Pten stimulates mobilization and migration of HSC from the BM to the spleen. Finally, transplantation of Pten deficient BM cells into immuno-compromised mice showed that Pten can function as a tumor suppressor in the hematopoietic system and that its absence leads to the rapid formation of T cell leukemia.

Thermal niches are more conserved at cold than warm limits in arctic-alpine plant species

Aim Understanding the stability of realised niches is crucial for predicting the responses of species to climate change. One approach is to evaluate the niche differences of populations of the same species that occupy regions that are geographically disconnected. Here, we assess niche conservatism along thermal gradients for 26 plant species with a disjunct distribution between the Alps and the Arctic. Location European Alps and Norwegian Finnmark. Methods We collected a comprehensive dataset of 26 arctic-alpine plant occurrences in two regions. We assessed niche conservatism through a multi-species comparison and analysed species rankings at cold and warm thermal limits along two distinct gradients corresponding to (1) air temperatures at 2 meters above ground level and (2) elevation distances to the treeline (TLD) for the two regions. We assessed whether observed relationships were close to those predicted under thermal limit conservatism. Results We found a weak similarity in species ranking at the warm thermal limits. The range of warm thermal limits for the 26 species was much larger in the Alps than in Finnmark. We found a stronger similarity in species ranking and correspondence at the cold thermal limit along the gradients of 2-m temperature and TLD. Yet, along the 2-m temperature gradient, the cold thermal limits of species in the Alps were lower on average than those in Finnmark. Main conclusion We found low conservatism of the warm thermal limits but a stronger conservatism of the cold thermal limits. We suggest that biotic interactions at the warm thermal limit likely modulate species responses more strongly than at the cold limit. The differing biotic context between the two regions is likely responsible for the observed differences in realised niches.

Species delimitation: A case study in a problematic ant taxon

Species delimitation has been invigorated as a discipline in systematics by an influx of new character sets, analytical methods, and conceptual advances. We use genetic data from 68 markers, combined with distributional, bioclimatic, and coloration information, to hypothesize boundaries of evolutionarily independent lineages (species) within the widespread and highly variable nominal fire ant species Solenopsis saevissima, a member of a species group containing invasive pests as well as species that are models for ecological and evolutionary research. Our integrated approach uses diverse methods of analysis to sequentially test whether populations meet specific operational criteria (contingent properties) for candidacy as morphologically cryptic species, including genetic clustering, monophyly, reproductive isolation, and occupation of distinctive niche space. We hypothesize that nominal S. saevissima comprises at least 4-6 previously unrecognized species, including several pairs whose parapatric distributions implicate the development of intrinsic premating or postmating barriers to gene flow. Our genetic data further suggest that regional genetic differentiation in S. saevissima has been influenced by hybridization with other nominal species occurring in sympatry or parapatry, including the quite distantly related Solenopsis geminata. The results of this study illustrate the importance of employing different classes of genetic data (coding and noncoding regions and nuclear and mitochondrial DNA [mtDNA] markers), different methods of genetic data analysis (tree-based and non-tree based methods), and different sources of data (genetic, morphological, and ecological data) to explicitly test various operational criteria for species boundaries in clades of recently diverged lineages, while warning against over reliance on any single data type (e.g., mtDNA sequence variation) when drawing inferences.

Species distribution models for conservation-oriented studies in Switzerland : filling data and tools gaps

SUMMARYSpecies distribution models (SDMs) represent nowadays an essential tool in the research fields of ecology and conservation biology. By combining observations of species occurrence or abundance with information on the environmental characteristic of the observation sites, they can provide information on the ecology of species, predict their distributions across the landscape or extrapolate them to other spatial or time frames. The advent of SDMs, supported by geographic information systems (GIS), new developments in statistical models and constantly increasing computational capacities, has revolutionized the way ecologists can comprehend species distributions in their environment. SDMs have brought the tool that allows describing species realized niches across a multivariate environmental space and predict their spatial distribution. Predictions, in the form of probabilistic maps showing the potential distribution of the species, are an irreplaceable mean to inform every single unit of a territory about its biodiversity potential. SDMs and the corresponding spatial predictions can be used to plan conservation actions for particular species, to design field surveys, to assess the risks related to the spread of invasive species, to select reserve locations and design reserve networks, and ultimately, to forecast distributional changes according to scenarios of climate and/or land use change.By assessing the effect of several factors on model performance and on the accuracy of spatial predictions, this thesis aims at improving techniques and data available for distribution modelling and at providing the best possible information to conservation managers to support their decisions and action plans for the conservation of biodiversity in Switzerland and beyond. Several monitoring programs have been put in place from the national to the global scale, and different sources of data now exist and start to be available to researchers who want to model species distribution. However, because of the lack of means, data are often not gathered at an appropriate resolution, are sampled only over limited areas, are not spatially explicit or do not provide a sound biological information. A typical example of this is data on 'habitat' (sensu biota). Even though this is essential information for an effective conservation planning, it often has to be approximated from land use, the closest available information. Moreover, data are often not sampled according to an established sampling design, which can lead to biased samples and consequently to spurious modelling results. Understanding the sources of variability linked to the different phases of the modelling process and their importance is crucial in order to evaluate the final distribution maps that are to be used for conservation purposes.The research presented in this thesis was essentially conducted within the framework of the Landspot Project, a project supported by the Swiss National Science Foundation. The main goal of the project was to assess the possible contribution of pre-modelled 'habitat' units to model the distribution of animal species, in particular butterfly species, across Switzerland. While pursuing this goal, different aspects of data quality, sampling design and modelling process were addressed and improved, and implications for conservation discussed. The main 'habitat' units considered in this thesis are grassland and forest communities of natural and anthropogenic origin as defined in the typology of habitats for Switzerland. These communities are mainly defined at the phytosociological level of the alliance. For the time being, no comprehensive map of such communities is available at the national scale and at fine resolution. As a first step, it was therefore necessary to create distribution models and maps for these communities across Switzerland and thus to gather and collect the necessary data. In order to reach this first objective, several new developments were necessary such as the definition of expert models, the classification of the Swiss territory in environmental domains, the design of an environmentally stratified sampling of the target vegetation units across Switzerland, the development of a database integrating a decision-support system assisting in the classification of the relevés, and the downscaling of the land use/cover data from 100 m to 25 m resolution.The main contributions of this thesis to the discipline of species distribution modelling (SDM) are assembled in four main scientific papers. In the first, published in Journal of Riogeography different issues related to the modelling process itself are investigated. First is assessed the effect of five different stepwise selection methods on model performance, stability and parsimony, using data of the forest inventory of State of Vaud. In the same paper are also assessed: the effect of weighting absences to ensure a prevalence of 0.5 prior to model calibration; the effect of limiting absences beyond the environmental envelope defined by presences; four different methods for incorporating spatial autocorrelation; and finally, the effect of integrating predictor interactions. Results allowed to specifically enhance the GRASP tool (Generalized Regression Analysis and Spatial Predictions) that now incorporates new selection methods and the possibility of dealing with interactions among predictors as well as spatial autocorrelation. The contribution of different sources of remotely sensed information to species distribution models was also assessed. The second paper (to be submitted) explores the combined effects of sample size and data post-stratification on the accuracy of models using data on grassland distribution across Switzerland collected within the framework of the Landspot project and supplemented with other important vegetation databases. For the stratification of the data, different spatial frameworks were compared. In particular, environmental stratification by Swiss Environmental Domains was compared to geographical stratification either by biogeographic regions or political states (cantons). The third paper (to be submitted) assesses the contribution of pre- modelled vegetation communities to the modelling of fauna. It is a two-steps approach that combines the disciplines of community ecology and spatial ecology and integrates their corresponding concepts of habitat. First are modelled vegetation communities per se and then these 'habitat' units are used in order to model animal species habitat. A case study is presented with grassland communities and butterfly species. Different ways of integrating vegetation information in the models of butterfly distribution were also evaluated. Finally, a glimpse to climate change is given in the fourth paper, recently published in Ecological Modelling. This paper proposes a conceptual framework for analysing range shifts, namely a catalogue of the possible patterns of change in the distribution of a species along elevational or other environmental gradients and an improved quantitative methodology to identify and objectively describe these patterns. The methodology was developed using data from the Swiss national common breeding bird survey and the article presents results concerning the observed shifts in the elevational distribution of breeding birds in Switzerland.The overall objective of this thesis is to improve species distribution models as potential inputs for different conservation tools (e.g. red lists, ecological networks, risk assessment of the spread of invasive species, vulnerability assessment in the context of climate change). While no conservation issues or tools are directly tested in this thesis, the importance of the proposed improvements made in species distribution modelling is discussed in the context of the selection of reserve networks.RESUMELes modèles de distribution d'espèces (SDMs) représentent aujourd'hui un outil essentiel dans les domaines de recherche de l'écologie et de la biologie de la conservation. En combinant les observations de la présence des espèces ou de leur abondance avec des informations sur les caractéristiques environnementales des sites d'observation, ces modèles peuvent fournir des informations sur l'écologie des espèces, prédire leur distribution à travers le paysage ou l'extrapoler dans l'espace et le temps. Le déploiement des SDMs, soutenu par les systèmes d'information géographique (SIG), les nouveaux développements dans les modèles statistiques, ainsi que la constante augmentation des capacités de calcul, a révolutionné la façon dont les écologistes peuvent comprendre la distribution des espèces dans leur environnement. Les SDMs ont apporté l'outil qui permet de décrire la niche réalisée des espèces dans un espace environnemental multivarié et prédire leur distribution spatiale. Les prédictions, sous forme de carte probabilistes montrant la distribution potentielle de l'espèce, sont un moyen irremplaçable d'informer chaque unité du territoire de sa biodiversité potentielle. Les SDMs et les prédictions spatiales correspondantes peuvent être utilisés pour planifier des mesures de conservation pour des espèces particulières, pour concevoir des plans d'échantillonnage, pour évaluer les risques liés à la propagation d'espèces envahissantes, pour choisir l'emplacement de réserves et les mettre en réseau, et finalement, pour prévoir les changements de répartition en fonction de scénarios de changement climatique et/ou d'utilisation du sol. En évaluant l'effet de plusieurs facteurs sur la performance des modèles et sur la précision des prédictions spatiales, cette thèse vise à améliorer les techniques et les données disponibles pour la modélisation de la distribution des espèces et à fournir la meilleure information possible aux gestionnaires pour appuyer leurs décisions et leurs plans d'action pour la conservation de la biodiversité en Suisse et au-delà. Plusieurs programmes de surveillance ont été mis en place de l'échelle nationale à l'échelle globale, et différentes sources de données sont désormais disponibles pour les chercheurs qui veulent modéliser la distribution des espèces. Toutefois, en raison du manque de moyens, les données sont souvent collectées à une résolution inappropriée, sont échantillonnées sur des zones limitées, ne sont pas spatialement explicites ou ne fournissent pas une information écologique suffisante. Un exemple typique est fourni par les données sur 'l'habitat' (sensu biota). Même s'il s'agit d'une information essentielle pour des mesures de conservation efficaces, elle est souvent approximée par l'utilisation du sol, l'information qui s'en approche le plus. En outre, les données ne sont souvent pas échantillonnées selon un plan d'échantillonnage établi, ce qui biaise les échantillons et par conséquent les résultats de la modélisation. Comprendre les sources de variabilité liées aux différentes phases du processus de modélisation s'avère crucial afin d'évaluer l'utilisation des cartes de distribution prédites à des fins de conservation.La recherche présentée dans cette thèse a été essentiellement menée dans le cadre du projet Landspot, un projet soutenu par le Fond National Suisse pour la Recherche. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer la contribution d'unités 'd'habitat' pré-modélisées pour modéliser la répartition des espèces animales, notamment de papillons, à travers la Suisse. Tout en poursuivant cet objectif, différents aspects touchant à la qualité des données, au plan d'échantillonnage et au processus de modélisation sont abordés et améliorés, et leurs implications pour la conservation des espèces discutées. Les principaux 'habitats' considérés dans cette thèse sont des communautés de prairie et de forêt d'origine naturelle et anthropique telles que définies dans la typologie des habitats de Suisse. Ces communautés sont principalement définies au niveau phytosociologique de l'alliance. Pour l'instant aucune carte de la distribution de ces communautés n'est disponible à l'échelle nationale et à résolution fine. Dans un premier temps, il a donc été nécessaire de créer des modèles de distribution de ces communautés à travers la Suisse et par conséquent de recueillir les données nécessaires. Afin d'atteindre ce premier objectif, plusieurs nouveaux développements ont été nécessaires, tels que la définition de modèles experts, la classification du territoire suisse en domaines environnementaux, la conception d'un échantillonnage environnementalement stratifié des unités de végétation cibles dans toute la Suisse, la création d'une base de données intégrant un système d'aide à la décision pour la classification des relevés, et le « downscaling » des données de couverture du sol de 100 m à 25 m de résolution. Les principales contributions de cette thèse à la discipline de la modélisation de la distribution d'espèces (SDM) sont rassemblées dans quatre articles scientifiques. Dans le premier article, publié dans le Journal of Biogeography, différentes questions liées au processus de modélisation sont étudiées en utilisant les données de l'inventaire forestier de l'Etat de Vaud. Tout d'abord sont évalués les effets de cinq méthodes de sélection pas-à-pas sur la performance, la stabilité et la parcimonie des modèles. Dans le même article sont également évalués: l'effet de la pondération des absences afin d'assurer une prévalence de 0.5 lors de la calibration du modèle; l'effet de limiter les absences au-delà de l'enveloppe définie par les présences; quatre méthodes différentes pour l'intégration de l'autocorrélation spatiale; et enfin, l'effet de l'intégration d'interactions entre facteurs. Les résultats présentés dans cet article ont permis d'améliorer l'outil GRASP qui intègre désonnais de nouvelles méthodes de sélection et la possibilité de traiter les interactions entre variables explicatives, ainsi que l'autocorrélation spatiale. La contribution de différentes sources de données issues de la télédétection a également été évaluée. Le deuxième article (en voie de soumission) explore les effets combinés de la taille de l'échantillon et de la post-stratification sur le la précision des modèles. Les données utilisées ici sont celles concernant la répartition des prairies de Suisse recueillies dans le cadre du projet Landspot et complétées par d'autres sources. Pour la stratification des données, différents cadres spatiaux ont été comparés. En particulier, la stratification environnementale par les domaines environnementaux de Suisse a été comparée à la stratification géographique par les régions biogéographiques ou par les cantons. Le troisième article (en voie de soumission) évalue la contribution de communautés végétales pré-modélisées à la modélisation de la faune. C'est une approche en deux étapes qui combine les disciplines de l'écologie des communautés et de l'écologie spatiale en intégrant leurs concepts de 'habitat' respectifs. Les communautés végétales sont modélisées d'abord, puis ces unités de 'habitat' sont utilisées pour modéliser les espèces animales. Une étude de cas est présentée avec des communautés prairiales et des espèces de papillons. Différentes façons d'intégrer l'information sur la végétation dans les modèles de répartition des papillons sont évaluées. Enfin, un clin d'oeil aux changements climatiques dans le dernier article, publié dans Ecological Modelling. Cet article propose un cadre conceptuel pour l'analyse des changements dans la distribution des espèces qui comprend notamment un catalogue des différentes formes possibles de changement le long d'un gradient d'élévation ou autre gradient environnemental, et une méthode quantitative améliorée pour identifier et décrire ces déplacements. Cette méthodologie a été développée en utilisant des données issues du monitoring des oiseaux nicheurs répandus et l'article présente les résultats concernant les déplacements observés dans la distribution altitudinale des oiseaux nicheurs en Suisse.L'objectif général de cette thèse est d'améliorer les modèles de distribution des espèces en tant que source d'information possible pour les différents outils de conservation (par exemple, listes rouges, réseaux écologiques, évaluation des risques de propagation d'espèces envahissantes, évaluation de la vulnérabilité des espèces dans le contexte de changement climatique). Bien que ces questions de conservation ne soient pas directement testées dans cette thèse, l'importance des améliorations proposées pour la modélisation de la distribution des espèces est discutée à la fin de ce travail dans le contexte de la sélection de réseaux de réserves.

Analyse systématique et permanente de la délinquance sérielle : place des statistiques criminelles ; apport des approches situationnelles pour un système de classification ; perspectives en matière de coopération

Résumé de la thèse L'évolution des systèmes policiers donne une place prépondérante à l'information et au renseignement. Cette transformation implique de développer et de maintenir un ensemble de processus permanent d'analyse de la criminalité, en particulier pour traiter des événements répétitifs ou graves. Dans une organisation aux ressources limitées, le temps consacré au recueil des données, à leur codification et intégration, diminue le temps disponible pour l'analyse et la diffusion de renseignements. Les phases de collecte et d'intégration restent néanmoins indispensables, l'analyse n'étant pas possible sur des données volumineuses n'ayant aucune structure. Jusqu'à présent, ces problématiques d'analyse ont été abordées par des approches essentiellement spécialisées (calculs de hot-sports, data mining, ...) ou dirigées par un seul axe (par exemple, les sciences comportementales). Cette recherche s'inscrit sous un angle différent, une démarche interdisciplinaire a été adoptée. L'augmentation continuelle de la quantité de données à analyser tend à diminuer la capacité d'analyse des informations à disposition. Un bon découpage (classification) des problèmes rencontrés permet de délimiter les analyses sur des données pertinentes. Ces classes sont essentielles pour structurer la mémoire du système d'analyse. Les statistiques policières de la criminalité devraient déjà avoir répondu à ces questions de découpage de la délinquance (classification juridique). Cette décomposition a été comparée aux besoins d'un système de suivi permanent dans la criminalité. La recherche confirme que nos efforts pour comprendre la nature et la répartition du crime se butent à un obstacle, à savoir que la définition juridique des formes de criminalité n'est pas adaptée à son analyse, à son étude. Depuis près de vingt ans, les corps de police de Suisse romande utilisent et développent un système de classification basé sur l'expérience policière (découpage par phénomène). Cette recherche propose d'interpréter ce système dans le cadre des approches situationnelles (approche théorique) et de le confronter aux données « statistiques » disponibles pour vérifier sa capacité à distinguer les formes de criminalité. La recherche se limite aux cambriolages d'habitations, un délit répétitif fréquent. La théorie des opportunités soutien qu'il faut réunir dans le temps et dans l'espace au minimum les trois facteurs suivants : un délinquant potentiel, une cible intéressante et l'absence de gardien capable de prévenir ou d'empêcher le passage à l'acte. Ainsi, le délit n'est possible que dans certaines circonstances, c'est-à-dire dans un contexte bien précis. Identifier ces contextes permet catégoriser la criminalité. Chaque cas est unique, mais un groupe de cas montre des similitudes. Par exemple, certaines conditions avec certains environnements attirent certains types de cambrioleurs. Deux hypothèses ont été testées. La première est que les cambriolages d'habitations ne se répartissent pas uniformément dans les classes formées par des « paramètres situationnels » ; la deuxième que des niches apparaissent en recoupant les différents paramètres et qu'elles correspondent à la classification mise en place par la coordination judiciaire vaudoise et le CICOP. La base de données vaudoise des cambriolages enregistrés entre 1997 et 2006 par la police a été utilisée (25'369 cas). Des situations spécifiques ont été mises en évidence, elles correspondent aux classes définies empiriquement. Dans une deuxième phase, le lien entre une situation spécifique et d'activité d'un auteur au sein d'une même situation a été vérifié. Les observations réalisées dans cette recherche indiquent que les auteurs de cambriolages sont actifs dans des niches. Plusieurs auteurs sériels ont commis des délits qui ne sont pas dans leur niche, mais le nombre de ces infractions est faible par rapport au nombre de cas commis dans la niche. Un système de classification qui correspond à des réalités criminelles permet de décomposer les événements et de mettre en place un système d'alerte et de suivi « intelligent ». Une nouvelle série dans un phénomène sera détectée par une augmentation du nombre de cas de ce phénomène, en particulier dans une région et à une période donnée. Cette nouvelle série, mélangée parmi l'ensemble des délits, ne serait pas forcément détectable, en particulier si elle se déplace. Finalement, la coopération entre les structures de renseignement criminel opérationnel en Suisse romande a été améliorée par le développement d'une plateforme d'information commune et le système de classification y a été entièrement intégré.

Early expression of the type III secretion system of Parachlamydia acanthamoebae during a replicative cycle within its natural host cell Acanthamoeba castellanii.

The type three secretion system (T3SS) operons of Chlamydiales bacteria are distributed in different clusters along their chromosomes and are conserved at both the level of sequence and genetic organization. A complete characterization of the temporal expression of multiple T3SS components at the transcriptional and protein levels has been performed in Parachlamydia acanthamoebae, replicating in its natural host cell Acanthamoeba castellanii. The T3SS components were classified in four different temporal clusters depending on their pattern of expression during the early, mid- and late phases of the infectious cycle. The putative T3SS transcription units predicted in Parachlamydia are similar to those described in Chlamydia trachomatis, suggesting that T3SS units of transcriptional expression are highly conserved among Chlamydiales bacteria. The maximal expression and activation of the T3SS of Parachlamydia occurred during the early to mid-phase of the infectious cycle corresponding to a critical phase during which the intracellular bacterium has (1) to evade and/or block the lytic pathway of the amoeba, (2) to differentiate from elementary bodies (EBs) to reticulate bodies (RBs), and (3) to modulate the maturation of its vacuole to create a replicative niche able to sustain efficient bacterial growth.

The Media and Socio-Cultural Regulation of Religion

(Résumé de l'ouvrage) Originale, insolite, renaissante, l'action religieuse émergente bouscule les habitudes, ébranle les certitudes, construit ici, maintenant, l'autre monde. Peut-on courir le risque? Voilà que la question se pose et se résout en rumeurs publiques, poursuites judiciaires et tensions scolaires, lesquelles mettent à nu des mécanismes inédits d'institutionnalisation de l'expérience religieuse en modernité. As new religious movements seek to carve out their own niche in society, public controversy and opposing beliefs can spark bitter debates, and can even lead to calls for state intervention. How then do new or borderline religious groups negotiate or mediate the building of public space?