Hardy-Weinberg Equilibrium and the Ternary Plot

The Hardy-Weinberg law, formulated about 100 years ago, states that under certain assumptions, the three genotypes AA, AB and BB at a bi-allelic locus are expected to occur in the proportions p2, 2pq, and q2 respectively, where p is the allele frequency of A, and q = 1-p. There are many statistical tests being used to check whether empirical marker data obeys the Hardy-Weinberg principle. Among these are the classical xi-square test (with or without continuity correction), the likelihood ratio test, Fisher's Exact test, and exact tests in combination with Monte Carlo and Markov Chain algorithms. Tests for Hardy-Weinberg equilibrium (HWE) are numerical in nature, requiring the computation of a test statistic and a p-value. There is however, ample space for the use of graphics in HWE tests, in particular for the ternary plot. Nowadays, many genetical studies are using genetical markers known as Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs). SNP data comes in the form of counts, but from the counts one typically computes genotype frequencies and allele frequencies. These frequencies satisfy the unit-sum constraint, and their analysis therefore falls within the realm of compositional data analysis (Aitchison, 1986). SNPs are usually bi-allelic, which implies that the genotype frequencies can be adequately represented in a ternary plot. Compositions that are in exact HWE describe a parabola in the ternary plot. Compositions for which HWE cannot be rejected in a statistical test are typically “close" to the parabola, whereas compositions that differ significantly from HWE are “far". By rewriting the statistics used to test for HWE in terms of heterozygote frequencies, acceptance regions for HWE can be obtained that can be depicted in the ternary plot. This way, compositions can be tested for HWE purely on the basis of their position in the ternary plot (Graffelman & Morales, 2008). This leads to nice graphical representations where large numbers of SNPs can be tested for HWE in a single graph. Several examples of graphical tests for HWE (implemented in R software), will be shown, using SNP data from different human populations

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

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

Diversitat genètica de la truita comuna (Salmo trutta L.) a la Península Ibèrica: biogeografia i gestió

L'estudi de la diversitat i la diferenciació genètiques de les poblacions de truita comuna (Salmo trutta L.) a la Península Ibèrica ha confirmat l'elevada diferenciació observada en treballs previs i la divergència, ja descrita, entre les poblacions de la vessant atlàntica i la mediterrània. El resultats obtinguts, però, ens permeten observar patrons d'estructura poblacional tant en les poblacions atlàntiques com les mediterrànies. A l'Atlàntic s'observa un marcat patró hidrogràfic en la distribució de la diferenciació genètica, que contrasta fortament amb la distribució d'aquesta diferenciació en les poblacions mediterrànies, caracteritzades pels contactes secundaris entre llinatges durant les expansions pleniglacials i una forta divergència local conseqüència de la seva marginalitat i aïllament en els períodes interglacials. El manteniment d'aquesta diferenciació i individualitat descrites en les poblacions de truita de la Península, es veu seriosament compromès per les contínues repoblacions dels rius amb exemplars exògens d'origen nord europeu. La substitució dels genomes autòctons per la introducció de gens al.lòctons provoca una erosió dels patrimonis genètics natius i una homogeneïtzació de les poblacions, destruint els patrons de diferenciació existents. Al mateix temps, els nostres resultats indiquen que les conseqüències de les repoblacions no són sempre les mateixes. Concretament, es constata un fracàs de les repoblacions en rius intensament repoblats i sotmesos a pesca intensiva, que contrasta amb una enorme erosió de les poblacions quan les repoblacions s'efectuen sobre àrees protegides i sense cap mena de pressió pesquera. Això suggereix que múltiples factors com la gestió dels rius posterior a les repoblacions, l'estat de les poblacions o les condicions de l'hàbitat són determinants de la introducció efectiva dels exemplars alliberats; fet que dificulta la predicció sobre actuacions particulars. Malgrat aquesta introgressió de gens exògens que es detecta en moltes de les poblacions analitzades, els gens natius predominen en gairebé tots els rius de la Península. La conservació d'aquesta elevada riquesa genètica que encara resta en les poblacions de truita de la Península Ibèrica ha de ser l'objectiu final de qualsevol programa de gestió. Per això, defensem una gestió basada en el propi riu mitjançant una pesca sostinguda per la reproducció natural de les poblacions salvatges, acompanyada d'una millora i recuperació d'hàbitats adequats per la truita, i evitant, per sobre de tot, la introducció en els rius d'exemplars exògens, degut als efectes nocius i incontrolables que comporta aquest procés.

Diversity, dynamics and activity of mesophilic Archaea in stratified feshwater lakes. Implications in biogeochemical cycles

Aquesta tesi doctoral va estudiar la diversitat (riquesa i abundància), la distribució i la dinàmica de les comunitats planctòniques d'Archaea presents a diferents llacs estratificats temperats d'aigua dolça per aportar evidencies sobre la seva distribució i la seva possible activitat en aquests ecosistemes en relació als cicles biogeoquímics presents en els mateixos. Es varen estudiar dos estanyols d'origen càrstic (l'Estanyol del Vilar durant cinc anys consecutius (2001-2005) i l'Estanyol de Can Coromina) i un llac d'origen volcànic (Llac Kivu) analitzant, per una banda, la seva comunitat planctònica d'Archaea mitjançant una aproximació molecular i, per una altra, la seva possible activitat en aquests ambients (p.e., la nitrificació i la fixació de carboni). Per contextualitzar els resultats, es va realitzar un anàlisi in silico dels patrons de distribució global dels Archaea mesòfils mitjançant un anàlisi a nivell de llinatge combinant seqüències del gen 16S rRNA amb diferents eines estadístiques i d'ecologia general.

Efectes de la invasió de la formiga argentina, Linepithema humile (Mayr), sobre el procés de dispersió de llavors de plantes mediterrànies

La formiga invasora Linepithema humile (Mayr), també coneguda com la formiga argentina, és una espècie present a la península Ibèrica. En aquesta tesi s'ha estudiat com afecta la presència d'aquesta espècie plaga a la comunitat de formigues autòctones y al procés de dispersió de llavors de plantes mediterrànies. L'estudi es va dur a terme en una àrea de sureda i brolla d'estepes i bruc boal situada al nord-est peninsular, prop de la línia de costa mediterrània. Un dels primers y més notables efectes de la invasió a les nostres àrees d'estudi és la dramàtica alteració de la comunitat de formigues, en forma de una reducció de la riquesa específica i de la homogeneïtat d'abundàncies. A més, a les zones envaïdes no hi queda cap espècie de formiga autòctona dispersant de llavors. A causa de la gran abundància d'obreres de la formiga argentina a les zones envaïdes, i del seu elevat ritme d'activitat, aquesta espècie efectua un intens rastreig del sòl, la qual cosa li permet localitzar els recursos en un temps menor que les formigues autòctones de les zones no envaïdes. No obstant, la obertura mandibular de la comunitat de formigues esdevé molt disminuïda a les zones envaïdes a causa de la desaparició de les espècies autòctones, la majoria d'elles de mida més grossa que la formiga argentina, la qual cosa podria limitar la capacitat de manipulació de l'entorn que té la comunitat de formigues a les zones envaïdes, i podria explicar la falta de reemplaçament d'alguns dels rols que duien a terme les espècies de formigues autòctones abans de la invasió. La formiga argentina es mostra atreta per les llavors de les nou espècies vegetals estudiades (dues euforbiàcies: Euphorbia biumbellata i E. characias; dues compostes: Cirsium vulgare i Galactites tomentosa; i cinc papilionàcies: Genista linifolia, G. monspessulana, G. triflora, Sarothamnus arboreus i Ulex parviflorus), arribant a transportar i fins i tot introduir al niu algunes llavors, però amb probabilitats inferiors a les realitzades per les formigues autòctones de les zones no envaïdes. No obstant, el seu comportament davant les nou espècies de llavors és variable, de manera que sembla que el seu efecte sobre la dispersió de llavors podria ser diferent per a cada espècie vegetal. L'alteració del procés de dispersió no sembla alterar l'èxit reproductiu d'una espècie concreta, Euphorbia characias, a les zones envaïdes; ni el seu reclutament, ni la distribució espacial, ni la supervivència de les plàntules són significativament diferents a les zones envaïdes que a les no envaïdes. La desaparició de les espècies de formigues granívores de les zones envaïdes pot afectar la dinàmica de les llavors de plantes no mirmecòcores. Així, les llavors de tres papilionàcies (Calicotome spinosa, Psoralea bituminosa i Spartium junceum) resulten amb un menor nivell de transports (i probablement menor depredació) a les zones envaïdes per la formiga argentina.

Estructura i dinàmica del sistema bentònic en llacunes costaneres dels aiguamolls de l'Empordà

S'ha estudiat l'estructura i dinàmica del sistema bentònic de llacunes costaneres de la maresma dels aiguamolls de l'Empordà (NE de la península Ibèrica) i els factors que les determinen. Amb aquesta finalitat es van prendre mostres d'organismes del bentos (mensualment), nutrients i pigments de l'aigua (setmanalment) i el sediment (mensualment), així com paràmetres físics de l'aigua (setmanalment), durant dos cicles d'inundació (1997-1998 i 1998-1999). En aquesta maresma els factors determinants per als organismes bentònics i el contingut en nutrients del sediment són principalment físics: el grau de permanència de l'aigua, el confinament i la granulometria. De manera que els factors tròfics tenen menys pes que els físics tal com es posa de manifest amb les associacions de nematodes. El règim hídric de les llacunes integra des del grau de permanència de l'aigua fins a la salinitat i el confinament, per la qual cosa a partir de la caracterització dels diferents tipus de règim hídric es poden discriminar les tres tipologies d'ambients amb comunitats bentòniques diferenciades en l'estructura, la composició i la dinàmica temporal. Així, les tres comunitats diferenciades són: (1) la d'aigües permanents caracteritzada per una riquesa i diversitat elevades i constants en el temps, i per un nombre més elevat de tàxons sense adaptacions per passar situacions adverses; (2) la d'aigües semipermanents i temporànies d'inundació pulsativa, caracteritzada per una menor riquesa i diversitat, i per la dominància d'organismes amb estructures de resistència per passar la fase seca i aguantar condicions desfavorables, i (3) la d'aigües temporànies d'inundació continuada, caracteritzada per una major variabilitat de la riquesa i diversitat al llarg del cicle i per una singularitat taxonòmica més elevada, ja que s'observen cladòcers i una major representació taxonòmica dels insectes. Durant la realització d'aquest estudi els dos cicles d'inundació van suposar entrades d'aigua en el sistema diferents, per això es va diferenciar un cicle humit (1997-1998) i un de sec (1998-1999). En relació amb la major importància de les entrades d'aigua en el sistema, es va observar un contingut en nutrients de l'aigua significativament superior durant el cicle humit. Pel que fa al sediment, la seva major inèrcia explicaria la manca de diferències significatives en el contingut en nutrients del sediment del cicle humit i del sec. Ara bé, sí que s'observa diferència en la composició d'organismes. Així, la variabilitat interanual en l'estructura de la comunitat bentònica de la maresma es pot atribuir a una situació d'estrès provocada pel cicle sec. Aquesta situació va comportar un augment de la diversitat per disminució de la dominància a totes les llacunes estudiades, determinada, en gran manera, per la disminució de l'abundància original de poblacions dominants i característiques d'ambients permanents, Corophium orientale, o temporànies, Gammarus aequicauda. No existeix un patró estacional en les comunitats estudiades, sinó que els principals canvis en el plàncton i el bentos són deguts a pertorbacions hídriques. Aquestes pertorbacions provoquen que s'estableixi una situació en què dominen uns tàxons característics en el plàncton (Synchaeta i Eutintinnus) i, en canvi, que en el bentos es perdi l'estructura pròpia de les comunitats característiques dels diferents ambients (comunitats dominades per Corophium orinetale en aigües permanents i per Chironomus salinarius en temporànies). La severitat és diferent en funció del grau de permanència de l'aigua, i és més alta en ambients permanents i més baixa en els temporanis. La major severitat en ambients permanents ve determinada per la menor adaptació del bentos d'aigües permanents a les fluctuacions ambientals i a l'efecte de la predació sobre el plàncton. A més, tant en el bentos com en el plàncton es donen fenòmens d'histèresi, segons els quals l'efecte de la pertorbació no solament depèn de la causa pertorbadora sinó també de l'estat en què es troba la comunitat en el moment de la pertorbació.

Diversitat de Bacteris Verds del Sofre en llacunes salines i osmoadaptació amb N(epsilon)-acetil-ß-lisina

L'objectiu principal del treball de recerca és aprofundir en el coneixement del grup de Bacteris Verds del Sofre (BVS) des del punt de vista de la relació amb la salinitat. L'estudi s'ha restringit als representants halotolerants o halòfils del grup amb tres línies de treball que corresponen a diferents àmbits de coneixement, com són la descripció del biòtop i la riquesa específica de les comunitats de BVS en els ambients naturals, l'avaluació de la significació taxonòmica de la capacitat de desenvolupament en ambients salins en el marc de discussió de la taxonomia-filogenètica del grup, i l'anàlisi de les estratègies fisiològiques desenvolupades per a l'osmoadaptació en medi salí.

Primary succession in man-made wetlands: biodiversity, structure and dynamics of macrofaunal assemblages

Man-made wetlands are often created to compensate for the loss or degradation of natural wetlands, but little is known about the processes taking place in these artificial environments, especially at the community level. Throughout this thesis, we have assessed the phenomena of primary succession over different time (short-, mid- and long-term) and spatial scales (local, regional, interregional levels), applying different approaches (taxonomic and functional) and subject groups (invertebrates and amphibians). Our main findings regarding time scales show a 3-phase successional pattern in Mediterranean man-made wetlands’ communities, where at the short term (1 year) colonization processes dominate; at mid term perspectives (2 to 7 years) succession signs begin to be conspicuous, and later on (≥ 10 years) parameters such as species richness reach an asymptote. At that moment, some biological strategies dominate, and biodiversity surrogates indicate that communities are indistinct between man-made and natural wetlands. Regarding spatial effects, we corroborated that both local and regional factors affect the establishing communities. Particularly, the low hydrological stability of the Mediterranean region has enhanced biological traits favoring resilience and resistance to disturbances when comparing Mediterranean and cold temperate aquatic communities. Even within the Mediterranean region, low levels of hydrological stability have significant effects on the successional dynamics. In these cases, local communities are highly nested within regional natural ones, and so are not able to make net contributions to regional richness. We also showed the influence of the regional pool of recruiters over local communities, both in the case of invertebrates and amphibians. Especially for the latter group, man-made Mediterranean temporary ponds (MTPs) can play an important role in their conservation.

Response of the benthic macroinvertebrate community to a point source in La Tordera stream (Catalonia, NE Spain)

Vam monitoritzar paràmetres físics i químics, macroinvertebrats bentònics, clorofil·la a, productors primaris i matèria orgànica durant un any (2001-2002) per examinar els efectes d'una font puntual sobre la composició taxonòmica, la estructura de la comunitat, l'organització funcional, la utilització de l'habitat i la estoquiometria al riu la Tordera (Catalunya). Aigües avall de la font puntual, concentració de nutrients, cabal i conductivitat eren majors que al tram d'aigües amunt, mentre que oxigen dissolt era menor. La densitat de macroinvertebrats era més elevada al tram d'aigües avall però la biomassa era similar als dos trams. La riquesa taxonòmica al tram de dalt era un 20% més alt que al tram de baix. Els anàlisis d'ordenació separen clarament els dos trams en el primer eix, mentre que els dos trams presentaven una pauta temporal similar en el segon eix. La similaritat entre els dos trams en composició taxonòmica, densitats i biomasses després de les crescudes d'abril i maig de 2002, indiquen que les pertorbacions del cabal poden actuar com a un mecanisme de reinici de la comunitat bentònica i jugar un paper important per a la restauració d'ecosistemes fluvials. Els dos trams presentaven una biomassa de perifiton, plantes vasculars, CPOM i FPOM similars, mentre que clorofil·la a, algues filamentoses, molses i SPOM eren majors al tram d'aigües avall. La densitat relativa de trituradors era menor sota la font puntual mentre que col·lectors i filtradors van ser afavorits. La biomassa relativa de trituradors també era menor sota la font puntual, però la biomassa de col·lectors i depredadors va augmentar. Les relacions entre densitat de grups tròfics i els seus recursos eren rarament significatives. La relació s'explicava millor amb la biomassa de macroinvertebrats. Els dos trams compartien la mateixa relació per raspadors, col·lectors i filtradors però no per trituradors i depredadors. La densitat i la biomassa de macroinvertebrats es trobaven positivament correlacionades amb la quantitat de recursos tròfics i la complexitat d'habitat, mentre que la riquesa taxonòmica es trobava negativament relacionada amb paràmetres hidràulics. La influència dels substrats inorgànics prenia menor rellevància per a la distribució dels macroinvertebrats. Els anàlisis d'ordenació mostren com les variables del microhabitat de major rellevància eren CPOM, clorofil·la a, algues filamentoses i velocitat. La cobertura de sorra només era significativa per al tram d'aigües amunt i les molses, al d'aigües avall. El número de correlacions significatives entre macroinvertebrats i les variables del microhabitat era més elevat per al tram de dalt que per al de baix, bàsicament per diferències en composició taxonòmica. La biomassa de macroinvertebrats va aportar una informació semblant a la obtinguda per la densitat. Perifiton i molses tenien uns continguts de nutrients similars en els dos trams. Els %C i %N d'algues filamentoses també eren similars en els dos trams però el %P sota la font puntual era el doble que al tram de dalt. Les relacions estoquiomètriques en CPOM, FPOM i SPOM eren considerablement menors sota la font puntual. Els continguts elementals i relacions van ser molt variables entre taxons de macroinvertebrats però no van resultar significativament diferents entre els dos trams. Dípters, tricòpters i efemeròpters presentaven una estoquiometria similar, mentre que el C i el N eren inferiors en moluscs i el P en coleòpters. Els depredadors presentaven un contingut en C i N més elevat que la resta de grups tròfics, mentre que el P era major en els filtradors. Els desequilibris elementals entre consumidors i recursos eren menors en el tram d'aigües avall. A la tardor i l'hivern la major font de nutrients va ser la BOM mentre que a la primavera i a l'estiu va ser el perifiton.