Low dispersing species : population genetic processes in space and time : the genus "Trochulus" (Gastropoda: Hygromiidae) as a case study

RÉSUMÉ Une espèce est rarement composée d'une population unique. Parce que les individus ont des capacités de dispersion limitées et que les paysages sont des mosaïques d'habitats, la plupart des espèces sont plutôt composées de sous-populations connectées par la migration. Cette variation spatiale influence directement la distribution de la variabilité génétique dans et entre les populations. Durant ce travail, nous avons abordé certains des processus populationnels qui ont joué un rôle supposé dans l'apparition de nouvelles espèces au sein du genre Trochulus. Plus précisément, nous avons tenté d'évaluer les impacts respectifs de l'isolement passé (facteurs historiques) et présent (facteurs locaux). Nous avons d'abord pu montrer que les faibles capacités de dispersion des escargots terrestres ont directement influencé leur histoire évolutive à toutes les échelles spatiales et temporelles. En réduisant l'effet homogénéisant de la migration, une faible dispersion maintient dans les populations les traces génétiques d'évènements passés. A l'échelle de la distribution globale de Trochulus villosus, ces traces ont permis de reconstruire une histoire faite d'isolements et d'expansions de populations. En combinant des données génétiques avec une modélisation de la niche climatique passée, il a été possible de proposer un scénario significativement meilleur que toutes les hypothèses alternatives que nous avons testées. A l'échelle locale par contre, l'héritage historique est difficile à distinguer de la dynamique actuelle. Ce fut le cas des lignées mitochondriales du complexe sericeus-hispidus : les deux principales lignées étaient phylogénétiquement éloignées, avaient eu des démographies passées différentes et corrélaient avec des différences morphologiques. D'un autre côté, le flux de gène nucléaire était fort, contredisant l'idée de deux espèces cryptiques isolées reproductivement. Pour pouvoir conclure à la présence ou non de deux espèces, il nous a manqué des informations locales sur la dynamique des populations et les conditions écologiques que l'on trouve dans la région d'étude. Enfin, nous avons pu souligner que la connectivité entre populations d'escargots est soumise à la qualité des habitats et à leur organisation spatiale. Les escargots sont dépendants d'un habitat et s'y adaptent, comme l'indiquent la présence de «poils » uniquement sur la coquille d'espèces vivant dans des habitats humides ou la corrélation entre morphologie et habitat au sein du complexe sericeus-hispidus. Logiquement donc, les escargots migrent préférentiellement au travers d'habitats favorables comme l'a montré la réduction de flux de gènes au travers des prairies chez T. villosus (une espèce forestière). De ces données, nous pouvons supposer que les populations d'escargots en particulier, et des espèces à faible dispersion en général, ont de fortes chances d'être affectées par les changements climatiques, avec de probables implications pour leurs histoires évolutives. SUMMARY : Species rarely consists in a single population. Because individuals have limited dispersal abilities, because landscapes are habitat patchworks, most species are made of several subpopulations connected by migration. This spatial variation has consequences on the distribution of genetic diversity within and between populations, creating a structure among the populations. During the present work, we investigated some of the population processes assumed to have played an important role on the speciation within the genus Trochulus. More specifically, we questioned the respective impacts of past (historical factors) or present (local factors) population isolations. We first could show that the poor dispersal abilities of land snails have had profound impacts on their evolutionary histories at all spatial and temporal scales. Low dispersal maintains a strong signature of past events in the populations by minimising the homogenising effects of geneflow. At the scale of Trochulus villosus global distribution, they allowed to retrieve the detailed history of this species population isolations and expansions. Combining a large genetic dataset with paleo-climatic niche modelling ended up with a historical scenario significantly better than all traditional alternatives we tested. At local scale on the contrary, past events become difficult to tease apart from ongoing processes. This was the case for the divergent mitochondria) lineages within the sericeus-hispidus complex: the two principal lineages appeared to be phylogenetically distant, to have experienced different demographic histories and to correlate with morphological differences. On the other hand, nuclear (present day) geneflow was high, contradicting the idea of two reproductively isolated cryptic species. Information on the local population dynamics and environmental conditions are lacking to be able to decide whether past isolation has indeed resulted here in new species. Finally, we emphasised the importance of the habitat types present in a landscape as well as their spatial organisation for the population connectivity of land snails. These species are tightly dependent on a habitat and adapt to it as shown by thé occurrence of hair-like structures only in species living in humid environments or by the correlation between shell morphology and habitat in the sericeus-hispidus complex. As a result, land snails preferentially migrate through favourable habitats: Trochulus villosus, a forest species, had its geneflow significantly reduced across meadows. From these data, we can hypothesise that the populations of land snails in particular and of low dispersing species in general are likely to be strongly affected by the ongoing climate changes, with potential major consequences on their evolutionary histories.

Modelling tree population dynamics at the alpine and boreal tree-line ecotones in response to climate and land-use change

Summary Ecotones are sensitive to change because they contain high numbers of species living at the margin of their environmental tolerance. This is equally true of tree-lines, which are determined by attitudinal or latitudinal temperature gradients. In the current context of climate change, they are expected to undergo modifications in position, tree biomass and possibly species composition. Attitudinal and latitudinal tree-lines differ mainly in the steepness of the underlying temperature gradient: distances are larger at latitudinal tree-lines, which could have an impact on the ability of tree species to migrate in response to climate change. Aside from temperature, tree-lines are also affected on a more local level by pressure from human activities. These are also changing as a consequence of modifications in our societies and may interact with the effects of climate change. Forest dynamics models are often used for climate change simulations because of their mechanistic processes. The spatially-explicit model TreeMig was used as a base to develop a model specifically tuned for the northern European and Alpine tree-line ecotones. For the latter, a module for land-use change processes was also added. The temperature response parameters for the species in the model were first calibrated by means of tree-ring data from various species and sites at both tree-lines. This improved the growth response function in the model, but also lead to the conclusion that regeneration is probably more important than growth for controlling tree-line position and species' distributions. The second step was to implement the module for abandonment of agricultural land in the Alps, based on an existing spatial statistical model. The sensitivity of its most important variables was tested and the model's performance compared to other modelling approaches. The probability that agricultural land would be abandoned was strongly influenced by the distance from the nearest forest and the slope, bath of which are proxies for cultivation costs. When applied to a case study area, the resulting model, named TreeMig-LAb, gave the most realistic results. These were consistent with observed consequences of land-abandonment such as the expansion of the existing forest and closing up of gaps. This new model was then applied in two case study areas, one in the Swiss Alps and one in Finnish Lapland, under a variety of climate change scenarios. These were based on forecasts of temperature change over the next century by the IPCC and the HadCM3 climate model (ΔT: +1.3, +3.5 and +5.6 °C) and included a post-change stabilisation period of 300 years. The results showed radical disruptions at both tree-lines. With the most conservative climate change scenario, species' distributions simply shifted, but it took several centuries reach a new equilibrium. With the more extreme scenarios, some species disappeared from our study areas (e.g. Pinus cembra in the Alps) or dwindled to very low numbers, as they ran out of land into which they could migrate. The most striking result was the lag in the response of most species, independently from the climate change scenario or tree-line type considered. Finally, a statistical model of the effect of reindeer (Rangifer tarandus) browsing on the growth of Pinus sylvestris was developed, as a first step towards implementing human impacts at the boreal tree-line. The expected effect was an indirect one, as reindeer deplete the ground lichen cover, thought to protect the trees against adverse climate conditions. The model showed a small but significant effect of browsing, but as the link with the underlying climate variables was unclear and the model was not spatial, it was not usable as such. Developing the TreeMig-LAb model allowed to: a) establish a method for deriving species' parameters for the growth equation from tree-rings, b) highlight the importance of regeneration in determining tree-line position and species' distributions and c) improve the integration of social sciences into landscape modelling. Applying the model at the Alpine and northern European tree-lines under different climate change scenarios showed that with most forecasted levels of temperature increase, tree-lines would suffer major disruptions, with shifts in distributions and potential extinction of some tree-line species. However, these responses showed strong lags, so these effects would not become apparent before decades and could take centuries to stabilise. Résumé Les écotones son sensibles au changement en raison du nombre élevé d'espèces qui y vivent à la limite de leur tolérance environnementale. Ceci s'applique également aux limites des arbres définies par les gradients de température altitudinaux et latitudinaux. Dans le contexte actuel de changement climatique, on s'attend à ce qu'elles subissent des modifications de leur position, de la biomasse des arbres et éventuellement des essences qui les composent. Les limites altitudinales et latitudinales diffèrent essentiellement au niveau de la pente des gradients de température qui les sous-tendent les distance sont plus grandes pour les limites latitudinales, ce qui pourrait avoir un impact sur la capacité des espèces à migrer en réponse au changement climatique. En sus de la température, la limite des arbres est aussi influencée à un niveau plus local par les pressions dues aux activités humaines. Celles-ci sont aussi en mutation suite aux changements dans nos sociétés et peuvent interagir avec les effets du changement climatique. Les modèles de dynamique forestière sont souvent utilisés pour simuler les effets du changement climatique, car ils sont basés sur la modélisation de processus. Le modèle spatialement explicite TreeMig a été utilisé comme base pour développer un modèle spécialement adapté pour la limite des arbres en Europe du Nord et dans les Alpes. Pour cette dernière, un module servant à simuler des changements d'utilisation du sol a également été ajouté. Tout d'abord, les paramètres de la courbe de réponse à la température pour les espèces inclues dans le modèle ont été calibrées au moyen de données dendrochronologiques pour diverses espèces et divers sites des deux écotones. Ceci a permis d'améliorer la courbe de croissance du modèle, mais a également permis de conclure que la régénération est probablement plus déterminante que la croissance en ce qui concerne la position de la limite des arbres et la distribution des espèces. La seconde étape consistait à implémenter le module d'abandon du terrain agricole dans les Alpes, basé sur un modèle statistique spatial existant. La sensibilité des variables les plus importantes du modèle a été testée et la performance de ce dernier comparée à d'autres approches de modélisation. La probabilité qu'un terrain soit abandonné était fortement influencée par la distance à la forêt la plus proche et par la pente, qui sont tous deux des substituts pour les coûts liés à la mise en culture. Lors de l'application en situation réelle, le nouveau modèle, baptisé TreeMig-LAb, a donné les résultats les plus réalistes. Ceux-ci étaient comparables aux conséquences déjà observées de l'abandon de terrains agricoles, telles que l'expansion des forêts existantes et la fermeture des clairières. Ce nouveau modèle a ensuite été mis en application dans deux zones d'étude, l'une dans les Alpes suisses et l'autre en Laponie finlandaise, avec divers scénarios de changement climatique. Ces derniers étaient basés sur les prévisions de changement de température pour le siècle prochain établies par l'IPCC et le modèle climatique HadCM3 (ΔT: +1.3, +3.5 et +5.6 °C) et comprenaient une période de stabilisation post-changement climatique de 300 ans. Les résultats ont montré des perturbations majeures dans les deux types de limites de arbres. Avec le scénario de changement climatique le moins extrême, les distributions respectives des espèces ont subi un simple glissement, mais il a fallu plusieurs siècles pour qu'elles atteignent un nouvel équilibre. Avec les autres scénarios, certaines espèces ont disparu de la zone d'étude (p. ex. Pinus cembra dans les Alpes) ou ont vu leur population diminuer parce qu'il n'y avait plus assez de terrains disponibles dans lesquels elles puissent migrer. Le résultat le plus frappant a été le temps de latence dans la réponse de la plupart des espèces, indépendamment du scénario de changement climatique utilisé ou du type de limite des arbres. Finalement, un modèle statistique de l'effet de l'abroutissement par les rennes (Rangifer tarandus) sur la croissance de Pinus sylvestris a été développé, comme première étape en vue de l'implémentation des impacts humains sur la limite boréale des arbres. L'effet attendu était indirect, puisque les rennes réduisent la couverture de lichen sur le sol, dont on attend un effet protecteur contre les rigueurs climatiques. Le modèle a mis en évidence un effet modeste mais significatif, mais étant donné que le lien avec les variables climatiques sous jacentes était peu clair et que le modèle n'était pas appliqué dans l'espace, il n'était pas utilisable tel quel. Le développement du modèle TreeMig-LAb a permis : a) d'établir une méthode pour déduire les paramètres spécifiques de l'équation de croissance ä partir de données dendrochronologiques, b) de mettre en évidence l'importance de la régénération dans la position de la limite des arbres et la distribution des espèces et c) d'améliorer l'intégration des sciences sociales dans les modèles de paysage. L'application du modèle aux limites alpines et nord-européennes des arbres sous différents scénarios de changement climatique a montré qu'avec la plupart des niveaux d'augmentation de température prévus, la limite des arbres subirait des perturbations majeures, avec des glissements d'aires de répartition et l'extinction potentielle de certaines espèces. Cependant, ces réponses ont montré des temps de latence importants, si bien que ces effets ne seraient pas visibles avant des décennies et pourraient mettre plusieurs siècles à se stabiliser.

Modélisation hydrologique des précipitations et des crues extrêmes dans les bassins versants alpin

Les crues et les risques de débordement des barrages, notamment des digues en terre, en cas de fortes précipitations, préoccupent depuis longtemps les autorités et la population. Les études réalisées dans les dernières années ont montré que le réchauffement global du climat s'est accompagné d'une augmentation de la fréquence des fortes précipitations et des crues en Suisse et dans de nombreuses régions du globe durant le 20ème siècle. Les modèles climatiques globaux et régionaux prévoient que la fréquence des fortes précipitations devrait continuer à croître durant le 21éme siècle en Suisse et dans le monde. Cela rend les recherches actuelles sur la modélisation des pluies et des crues à une échelle fine encore plus importantes. En Suisse, pour assurer une bonne protection sur le plan humain et économique, des cartes de précipitations maximales probables (PMP) ont été réalisées. Les PMP ont été confrontées avec les précipitations extrêmes mesurées dans les différentes régions du pays. Ces PMP sont ensuite utilisées par les modèles hydrologiques pour calculer des crues maximales probables (PMF). Cette la méthode PMP-PMF nécessite toutefois un certain nombre de précautions. Si elle est appliquée d'une manière incorrecte ou sur la base de données insuffisantes, elle peut entraîner une surestimation des débits de crue, notamment pour les grands bassins et pour les régions montagneuses entraînant des surcoûts importants. Ces problèmes résultent notamment du fait que la plupart des modèles hydrologiques répartissent les précipitations extrêmes (PMP) de manière uniforme dans le temps sur l'ensemble du bassin versant. Pour remédier ce problème, cette thèse a comme objectif principal de développer un modèle hydrologique distribué appelé MPF (Modeling Precipitation Flood) capable d'estimer la PMF de manière réaliste à partir de la PMP distribuée de manière spatio-temporelle à l'aide des nuages. Le modèle développé MPF comprend trois parties importantes. Dans la première partie, les précipitations extrêmes calculées par un modèle météorologique à une méso-échelle avec une résolution horizontale de 2 km, sont réparties à une échelle locale (25 ou 50 m) de manière non-uniforme dans l'espace et dans le temps. La deuxième partie concerne la modélisation de l'écoulement de l'eau en surface et en subsurface en incluant l'infiltration et l'exfiltration. Et la troisième partie inclut la modélisation de la fonte des neiges, basée sur un calcul de transfert de chaleur. Le modèle MPF a été calibré sur des bassins versants alpins où les données de précipitations et du débit sont disponibles pour une période considérablement longue, qui inclut plusieurs épisodes de fortes pluies avec des débits élevés. À partir de ces épisodes, les paramètres d'entrée du modèle tel que la rugosité du sol et la largeur moyenne des cours d'eau dans le cas d'écoulement de surface ont pu être estimés. Suivant la même procédure, les paramètres utilisés dans la simulation des écoulements en subsurface sont également estimés indirectement, puisque des mesures directes de l'écoulement en subsurface et de l'exfiltration sont difficiles à obtenir. Le modèle de distribution spatio-temporelle de la pluie a aussi été validé en utilisant les images radar avec la structure de la pluie provoquée par un nuage supercellulaire. Les hyétogrammes obtenus sur plusieurs points du terrain sont très proches de ceux enregistrées avec les images radar. Les résultats de la validation du modèle sur les épisodes de fortes crues présentent une bonne synchronisation entre le débit simulé et le débit observé. Cette corrélation a été mesurée avec trois critères d'efficacité, qui ont tous donné des valeurs satisfaisantes. Cela montre que le modèle développé est valide et il peut être utilisé pour des épisodes extrêmes tels que la PMP. Des simulations ont été faites sur plusieurs bassins ayant comme données d'entrée la pluie de type PMP. Des conditions variées ont été utilisées, comme la situation du sol saturé, ou non-saturé, ou la présence d'une couche de neige sur le terrain au moment de la PMP, ce qui conduit à une estimation de PMF pour des scénarios catastrophiques. Enfin, les résultats obtenus montrent comment mieux estimer la valeur de la crue de sécurité des barrages, à partir d'une pluie extrême dix-millennale avec une période de retour de 10'000 ans.

Linking landscape- and population ecology for large population management modelling: the case of Ibex (capra ibex) in Switzerland

La biologie de la conservation est communément associée à la protection de petites populations menacées d?extinction. Pourtant, il peut également être nécessaire de soumettre à gestion des populations surabondantes ou susceptibles d?une trop grande expansion, dans le but de prévenir les effets néfastes de la surpopulation. Du fait des différences tant quantitatives que qualitatives entre protection des petites populations et contrôle des grandes, il est nécessaire de disposer de modèles et de méthodes distinctes. L?objectif de ce travail a été de développer des modèles prédictifs de la dynamique des grandes populations, ainsi que des logiciels permettant de calculer les paramètres de ces modèles et de tester des scénarios de gestion. Le cas du Bouquetin des Alpes (Capra ibex ibex) - en forte expansion en Suisse depuis sa réintroduction au début du XXème siècle - servit d?exemple. Cette tâche fut accomplie en trois étapes : En premier lieu, un modèle de dynamique locale, spécifique au Bouquetin, fut développé : le modèle sous-jacent - structuré en classes d?âge et de sexe - est basé sur une matrice de Leslie à laquelle ont été ajoutées la densité-dépendance, la stochasticité environnementale et la chasse de régulation. Ce modèle fut implémenté dans un logiciel d?aide à la gestion - nommé SIM-Ibex - permettant la maintenance de données de recensements, l?estimation automatisée des paramètres, ainsi que l?ajustement et la simulation de stratégies de régulation. Mais la dynamique d?une population est influencée non seulement par des facteurs démographiques, mais aussi par la dispersion et la colonisation de nouveaux espaces. Il est donc nécessaire de pouvoir modéliser tant la qualité de l?habitat que les obstacles à la dispersion. Une collection de logiciels - nommée Biomapper - fut donc développée. Son module central est basé sur l?Analyse Factorielle de la Niche Ecologique (ENFA) dont le principe est de calculer des facteurs de marginalité et de spécialisation de la niche écologique à partir de prédicteurs environnementaux et de données d?observation de l?espèce. Tous les modules de Biomapper sont liés aux Systèmes d?Information Géographiques (SIG) ; ils couvrent toutes les opérations d?importation des données, préparation des prédicteurs, ENFA et calcul de la carte de qualité d?habitat, validation et traitement des résultats ; un module permet également de cartographier les barrières et les corridors de dispersion. Le domaine d?application de l?ENFA fut exploré par le biais d?une distribution d?espèce virtuelle. La comparaison à une méthode couramment utilisée pour construire des cartes de qualité d?habitat, le Modèle Linéaire Généralisé (GLM), montra qu?elle était particulièrement adaptée pour les espèces cryptiques ou en cours d?expansion. Les informations sur la démographie et le paysage furent finalement fusionnées en un modèle global. Une approche basée sur un automate cellulaire fut choisie, tant pour satisfaire aux contraintes du réalisme de la modélisation du paysage qu?à celles imposées par les grandes populations : la zone d?étude est modélisée par un pavage de cellules hexagonales, chacune caractérisée par des propriétés - une capacité de soutien et six taux d?imperméabilité quantifiant les échanges entre cellules adjacentes - et une variable, la densité de la population. Cette dernière varie en fonction de la reproduction et de la survie locale, ainsi que de la dispersion, sous l?influence de la densité-dépendance et de la stochasticité. Un logiciel - nommé HexaSpace - fut développé pour accomplir deux fonctions : 1° Calibrer l?automate sur la base de modèles de dynamique (par ex. calculés par SIM-Ibex) et d?une carte de qualité d?habitat (par ex. calculée par Biomapper). 2° Faire tourner des simulations. Il permet d?étudier l?expansion d?une espèce envahisseuse dans un paysage complexe composé de zones de qualité diverses et comportant des obstacles à la dispersion. Ce modèle fut appliqué à l?histoire de la réintroduction du Bouquetin dans les Alpes bernoises (Suisse). SIM-Ibex est actuellement utilisé par les gestionnaires de la faune et par les inspecteurs du gouvernement pour préparer et contrôler les plans de tir. Biomapper a été appliqué à plusieurs espèces (tant végétales qu?animales) à travers le Monde. De même, même si HexaSpace fut initialement conçu pour des espèces animales terrestres, il pourrait aisément être étndu à la propagation de plantes ou à la dispersion d?animaux volants. Ces logiciels étant conçus pour, à partir de données brutes, construire un modèle réaliste complexe, et du fait qu?ils sont dotés d?une interface d?utilisation intuitive, ils sont susceptibles de nombreuses applications en biologie de la conservation. En outre, ces approches peuvent également s?appliquer à des questions théoriques dans les domaines de l?écologie des populations et du paysage.<br/><br/>Conservation biology is commonly associated to small and endangered population protection. Nevertheless, large or potentially large populations may also need human management to prevent negative effects of overpopulation. As there are both qualitative and quantitative differences between small population protection and large population controlling, distinct methods and models are needed. The aim of this work was to develop theoretical models to predict large population dynamics, as well as computer tools to assess the parameters of these models and to test management scenarios. The alpine Ibex (Capra ibex ibex) - which experienced a spectacular increase since its reintroduction in Switzerland at the beginning of the 20th century - was used as paradigm species. This task was achieved in three steps: A local population dynamics model was first developed specifically for Ibex: the underlying age- and sex-structured model is based on a Leslie matrix approach with addition of density-dependence, environmental stochasticity and culling. This model was implemented into a management-support software - named SIM-Ibex - allowing census data maintenance, parameter automated assessment and culling strategies tuning and simulating. However population dynamics is driven not only by demographic factors, but also by dispersal and colonisation of new areas. Habitat suitability and obstacles modelling had therefore to be addressed. Thus, a software package - named Biomapper - was developed. Its central module is based on the Ecological Niche Factor Analysis (ENFA) whose principle is to compute niche marginality and specialisation factors from a set of environmental predictors and species presence data. All Biomapper modules are linked to Geographic Information Systems (GIS); they cover all operations of data importation, predictor preparation, ENFA and habitat suitability map computation, results validation and further processing; a module also allows mapping of dispersal barriers and corridors. ENFA application domain was then explored by means of a simulated species distribution. It was compared to a common habitat suitability assessing method, the Generalised Linear Model (GLM), and was proven better suited for spreading or cryptic species. Demography and landscape informations were finally merged into a global model. To cope with landscape realism and technical constraints of large population modelling, a cellular automaton approach was chosen: the study area is modelled by a lattice of hexagonal cells, each one characterised by a few fixed properties - a carrying capacity and six impermeability rates quantifying exchanges between adjacent cells - and one variable, population density. The later varies according to local reproduction/survival and dispersal dynamics, modified by density-dependence and stochasticity. A software - named HexaSpace - was developed, which achieves two functions: 1° Calibrating the automaton on the base of local population dynamics models (e.g., computed by SIM-Ibex) and a habitat suitability map (e.g. computed by Biomapper). 2° Running simulations. It allows studying the spreading of an invading species across a complex landscape made of variously suitable areas and dispersal barriers. This model was applied to the history of Ibex reintroduction in Bernese Alps (Switzerland). SIM-Ibex is now used by governmental wildlife managers to prepare and verify culling plans. Biomapper has been applied to several species (both plants and animals) all around the World. In the same way, whilst HexaSpace was originally designed for terrestrial animal species, it could be easily extended to model plant propagation or flying animals dispersal. As these softwares were designed to proceed from low-level data to build a complex realistic model and as they benefit from an intuitive user-interface, they may have many conservation applications. Moreover, theoretical questions in the fields of population and landscape ecology might also be addressed by these approaches.

Daily physical activities and sports in adult survivors of childhood cancer and healthy controls: a population-based questionnaire survey.

BACKGROUND: Healthy lifestyle including sufficient physical activity may mitigate or prevent adverse long-term effects of childhood cancer. We described daily physical activities and sports in childhood cancer survivors and controls, and assessed determinants of both activity patterns. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: The Swiss Childhood Cancer Survivor Study is a questionnaire survey including all children diagnosed with cancer 1976-2003 at age 0-15 years, registered in the Swiss Childhood Cancer Registry, who survived ≥5 years and reached adulthood (≥20 years). Controls came from the population-based Swiss Health Survey. We compared the two populations and determined risk factors for both outcomes in separate multivariable logistic regression models. The sample included 1058 survivors and 5593 controls (response rates 78% and 66%). Sufficient daily physical activities were reported by 52% (n = 521) of survivors and 37% (n = 2069) of controls (p<0.001). In contrast, 62% (n = 640) of survivors and 65% (n = 3635) of controls reported engaging in sports (p = 0.067). Risk factors for insufficient daily activities in both populations were: older age (OR for ≥35 years: 1.5, 95CI 1.2-2.0), female gender (OR 1.6, 95CI 1.3-1.9), French/Italian Speaking (OR 1.4, 95CI 1.1-1.7), and higher education (OR for university education: 2.0, 95CI 1.5-2.6). Risk factors for no sports were: being a survivor (OR 1.3, 95CI 1.1-1.6), older age (OR for ≥35 years: 1.4, 95CI 1.1-1.8), migration background (OR 1.5, 95CI 1.3-1.8), French/Italian speaking (OR 1.4, 95CI 1.2-1.7), lower education (OR for compulsory schooling only: 1.6, 95CI 1.2-2.2), being married (OR 1.7, 95CI 1.5-2.0), having children (OR 1.3, 95CI 1.4-1.9), obesity (OR 2.4, 95CI 1.7-3.3), and smoking (OR 1.7, 95CI 1.5-2.1). Type of diagnosis was only associated with sports. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Physical activity levels in survivors were lower than recommended, but comparable to controls and mainly determined by socio-demographic and cultural factors. Strategies to improve physical activity levels could be similar as for the general population.

Restriction site-associated DNA sequencing, genotyping error estimation and de novo assembly optimization for population genetic inference.

Restriction site-associated DNA sequencing (RADseq) provides researchers with the ability to record genetic polymorphism across thousands of loci for nonmodel organisms, potentially revolutionizing the field of molecular ecology. However, as with other genotyping methods, RADseq is prone to a number of sources of error that may have consequential effects for population genetic inferences, and these have received only limited attention in terms of the estimation and reporting of genotyping error rates. Here we use individual sample replicates, under the expectation of identical genotypes, to quantify genotyping error in the absence of a reference genome. We then use sample replicates to (i) optimize de novo assembly parameters within the program Stacks, by minimizing error and maximizing the retrieval of informative loci; and (ii) quantify error rates for loci, alleles and single-nucleotide polymorphisms. As an empirical example, we use a double-digest RAD data set of a nonmodel plant species, Berberis alpina, collected from high-altitude mountains in Mexico.

Changes of overweight and obesity in the adult Swiss population according to educational level, from 1992 to 2007.

In many high income developed countries, obesity is inversely associated with educational level. In some countries, a widening gap of obesity between educational groups has been reported. The aim of this study was to assess trends in body mass index (BMI) and in prevalence of overweight and obesity and their association with educational level in the adult Swiss population. Four cross-sectional National health interview surveys conducted in 1992/93 (n = 14,521), 1997 (n = 12,474), 2002 (n = 18,908) and 2007 (n = 17,879) using representative samples of the Swiss population (age range 18-102 years). BMI was derived from self-reported data. Overweight was defined as BMI > or = 25 and <30 kg/m(2), and obesity as BMI > or = 30 kg/m(2). Mean (+/- standard deviation) BMI increased from 24.7 +/- 3.6 in 1992/3 to 25.4 +/- 3.6 kg/m2 in 2007 in men and 22.8 +/- 3.8 to 23.7 +/- 4.3 kg/m(2) in women. Between 1992/3 and 2007, the prevalence of overweight + obesity increased from 40.4% to 49.5% in men and from 22.3% to 31.3% in women, while the prevalence of obesity increased from 6.3% to 9.4% in men and from 4.9% to 8.5% in women. The rate of increase in the prevalence of obesity was greater between 1992/3 and 2002 (men: +0.26%/year; women: +0.31%/year) than between 2002 and 2007 (men: +0.10%/year; women: +0.10%/year). A sizable fraction (approximately 25%) of the increasing mean BMI was due to increasing age of the participants over time. The increase was larger in low than high education strata of the population. BMI was strongly associated with low educational level among women and this gradient remained fairly constant over time. A weaker similar gradient by educational level was apparent in men, but it tended to increase over time. In Switzerland, overweight and obesity increased between 1992 and 2007 and was associated with low education status in both men and women. A trend towards a stabilization of mean BMI levels was noted in most age categories since 2002. The increase in the prevalence of obesity was larger in low education strata of the population. These findings suggest that obesity preventive measures should be targeted according to educational level in Switzerland.

Stepwise evaluation of unexplained syncope in a large ambulatory population.

BACKGROUND: Up to 60% of syncopal episodes remain unexplained. We report the results of a standardized, stepwise evaluation of patients referred to an ambulatory clinic for unexplained syncope. METHODS AND RESULTS: We studied 939 consecutive patients referred for unexplained syncope, who underwent a standardized evaluation, including history, physical examination, electrocardiogram, head-up tilt testing (HUTT), carotid sinus massage (CSM) and hyperventilation testing (HYV). Echocardiogram and stress test were performed when underlying heart disease was initially suspected. Electrophysiological study (EPS) and implantable loop recorder (ILR) were used only in patients with underlying structural heart disease or major unexplained syncope. We identified a cause of syncope in 66% of patients, including 27% vasovagal, 14% psychogenic, 6% arrhythmias, and 6% hypotension. Noninvasive testing identified 92% and invasive testing an additional 8% of the causes. HUTT yielded 38%, CSM 28%, HYV 49%, EPS 22%, and ILR 56% of diagnoses. On average, patients with arrhythmic causes were older, had a lower functional capacity, longer P-wave duration, and presented with fewer prodromes than patients with vasovagal or psychogenic syncope. CONCLUSIONS: A standardized stepwise evaluation emphasizing noninvasive tests yielded 2/3 of causes in patients referred to an ambulatory clinic for unexplained syncope. Neurally mediated and psychogenic mechanisms were behind >50% of episodes, while cardiac arrhythmias were uncommon. Sudden syncope, particularly in older patients with functional limitations or a prolonged P-wave, suggests an arrhythmic cause.

Risk prediction of prevalent diabetes in a Swiss population using a weighted genetic score--the CoLaus Study.

AIMS/HYPOTHESIS: Several susceptibility genes for type 2 diabetes have been discovered recently. Individually, these genes increase the disease risk only minimally. The goals of the present study were to determine, at the population level, the risk of diabetes in individuals who carry risk alleles within several susceptibility genes for the disease and the added value of this genetic information over the clinical predictors. METHODS: We constructed an additive genetic score using the most replicated single-nucleotide polymorphisms (SNPs) within 15 type 2 diabetes-susceptibility genes, weighting each SNP with its reported effect. We tested this score in the extensively phenotyped population-based cross-sectional CoLaus Study in Lausanne, Switzerland (n = 5,360), involving 356 diabetic individuals. RESULTS: The clinical predictors of prevalent diabetes were age, BMI, family history of diabetes, WHR, and triacylglycerol/HDL-cholesterol ratio. After adjustment for these variables, the risk of diabetes was 2.7 (95% CI 1.8-4.0, p = 0.000006) for individuals with a genetic score within the top quintile, compared with the bottom quintile. Adding the genetic score to the clinical covariates improved the area under the receiver operating characteristic curve slightly (from 0.86 to 0.87), yet significantly (p = 0.002). BMI was similar in these two extreme quintiles. CONCLUSIONS/INTERPRETATION: In this population, a simple weighted 15 SNP-based genetic score provides additional information over clinical predictors of prevalent diabetes. At this stage, however, the clinical benefit of this genetic information is limited.

Population demography and the evolution of helping behaviors.

Limited dispersal may favor the evolution of helping behaviors between relatives as it increases their relatedness, and it may inhibit such evolution as it increases local competition between these relatives. Here, we explore one way out of this dilemma: if the helping behavior allows groups to expand in size, then the kin-competition pressure opposing its evolution can be greatly reduced. We explore the effects of two kinds of stochasticity allowing for such deme expansion. First, we study the evolution of helping under environmental stochasticity that may induce complete patch extinction. Helping evolves if it results in a decrease in the probability of extinction or if it enhances the rate of patch recolonization through propagules formed by fission of nonextinct groups. This mode of dispersal is indeed commonly found in social species. Second, we consider the evolution of helping in the presence of demographic stochasticity. When fecundity is below its value maximizing deme size (undersaturation), helping evolves, but under stringent conditions unless positive density dependence (Allee effect) interferes with demographic stochasticity. When fecundity is above its value maximizing deme size (oversaturation), helping may also evolve, but only if it reduces negative density-dependent competition.

Heritability, determinants and reference values of renal length: a family-based population study.

OBJECTIVES: In this population-based study, reference values were generated for renal length, and the heritability and factors associated with kidney length were assessed. METHODS: Anthropometric parameters and renal ultrasound measurements were assessed in randomly selected nuclear families of European ancestry (Switzerland). The adjusted narrow sense heritability of kidney size parameters was estimated by maximum likelihood assuming multivariate normality after power transformation. Gender-specific reference centiles were generated for renal length according to body height in the subset of non-diabetic non-obese participants with normal renal function. RESULTS: We included 374 men and 419 women (mean ± SD, age 47 ± 18 and 48 ± 17 years, BMI 26.2 ± 4 and 24.5 ± 5 kg/m(2), respectively) from 205 families. Renal length was 11.4 ± 0.8 cm in men and 10.7 ± 0.8 cm in women; there was no difference between right and left renal length. Body height, weight and estimated glomerular filtration rate (eGFR) were positively associated with renal length, kidney function negatively, age quadratically, whereas gender and hypertension were not. The adjusted heritability estimates of renal length and volume were 47.3 ± 8.5 % and 45.5 ± 8.8 %, respectively (P < 0.001). CONCLUSION: The significant heritability of renal length and volume highlights the familial aggregation of this trait, independently of age and body size. Population-based references for renal length provide a useful guide for clinicians. KEY POINTS: • Renal length and volume are heritable traits, independent of age and size. • Based on a European population, gender-specific reference values/percentiles are provided for renal length. • Renal length correlates positively with body length and weight. • There was no difference between right and left renal lengths in this study. • This negates general teaching that the left kidney is larger and longer.

Epidemiology of multiple congenital anomalies in Europe: a EUROCAT population-based registry study.

BACKGROUND: This study describes the prevalence, associated anomalies, and demographic characteristics of cases of multiple congenital anomalies (MCA) in 19 population-based European registries (EUROCAT) covering 959,446 births in 2004 and 2010. METHODS: EUROCAT implemented a computer algorithm for classification of congenital anomaly cases followed by manual review of potential MCA cases by geneticists. MCA cases are defined as cases with two or more major anomalies of different organ systems, excluding sequences, chromosomal and monogenic syndromes. RESULTS: The combination of an epidemiological and clinical approach for classification of cases has improved the quality and accuracy of the MCA data. Total prevalence of MCA cases was 15.8 per 10,000 births. Fetal deaths and termination of pregnancy were significantly more frequent in MCA cases compared with isolated cases (p < 0.001) and MCA cases were more frequently prenatally diagnosed (p < 0.001). Live born infants with MCA were more often born preterm (p < 0.01) and with birth weight < 2500 grams (p < 0.01). Respiratory and ear, face, and neck anomalies were the most likely to occur with other anomalies (34% and 32%) and congenital heart defects and limb anomalies were the least likely to occur with other anomalies (13%) (p < 0.01). However, due to their high prevalence, congenital heart defects were present in half of all MCA cases. Among males with MCA, the frequency of genital anomalies was significantly greater than the frequency of genital anomalies among females with MCA (p < 0.001). CONCLUSION: Although rare, MCA cases are an important public health issue, because of their severity. The EUROCAT database of MCA cases will allow future investigation on the epidemiology of these conditions and related clinical and diagnostic problems.

Utilisation de la coronarographie en Suisse: une étude de population. [The use of coronary vessel radiography in Switzerland: a population study].

All patients having undergone a coronarography during 1984 have been surveyed in Switzerland. This retrospective study has used existing data in the 13 centers practicing this diagnostic procedure. 4921 coronarographies were carried out in 1984, amongst 4359 patients. In terms of population-based rates, the national figures are 77 procedures/100,000 residents, and 68 patients/100,000 residents. Female rates are one fourth of the male rates (27/100,000 versus 112/100,000). For both sexes, the highest utilization rates are for the age groups 60-64. Swiss figures are relatively low when compared with other developed countries. However, patterns of utilization are very different within the country: according to the Canton of residence of the patient, the utilization rates (standardized for age and sex) vary from 8/100,000 to 160/100,000. There is a distinct gradient from south-west to north-east, which closely corresponds to the distribution of centers practicing the procedure. More intriguing is the fact that cardiovascular mortality shows an inverse geographical gradient, with the highest mortality in Cantons having the lowest rate of coronarography. Various reasons for the observed variations are discussed, in relation with differences in supply of diagnostic and therapeutic equipments, but also in relation with various patterns of demand related to differential morbidity rates and/or differential patterns of clinical decision.

Molecular estimation of dispersal for ecology and population genetics

The dispersal process, by which individuals or other dispersing agents such as gametes or seeds move from birthplace to a new settlement locality, has important consequences for the dynamics of genes, individuals, and species. Many of the questions addressed by ecology and evolutionary biology require a good understanding of species' dispersal patterns. Much effort has thus been devoted to overcoming the difficulties associated with dispersal measurement. In this context, genetic tools have long been the focus of intensive research, providing a great variety of potential solutions to measuring dispersal. This methodological diversity is reviewed here to help (molecular) ecologists find their way toward dispersal inference and interpretation and to stimulate further developments.