Conservation genetics and population monitoring of the Alpine Salamander (Salamandra Atra) :

SUMMARYIn the context of the biodiversity crisis, amphibians are experiencing the most severe worldwide decline of all vertebrates and are in urgent need of better management. Efficient conservation strategies rely on sound knowledge of the species biology and of the genetic and demographic processes that might impair their welfare. Nonetheless, these processes are poorly understood in amphibians. Delineating population boundaries remains consequently problematic for these species, while it is of critical importance to define adequate management units for conservation. In this study, our attention focused on the alpine salamander (Salamandra atra), a species that deserves much interest in terms of both conservation biology and evolution. This endemic alpine species shows peculiar life-history traits (viviparity, reduced activity period, slow maturation) and has a slow population turnover, which might be problematic for its persistence in a changing environment. Due to its elusive behaviour (individuals spend most of their time underground and are unavailable for sampling), dynamic processes of gene and individuals were poorly understood for that species. Consequently, its conservation status could hardly be reliably assessed. Similarly the fire salamander (Salamandra salamandra) also poses special challenges for conservation, as no clear demarcation of geographical populations exists and dispersal patterns are poorly known. Through a phylogeographic analysis, we first studied the evolutionary history of the alpine salamander to better document the distribution of the genetic diversity along its geographical range. This study highlighted the presence of multiple divergent lineages in Italy together with a clear genetic divergence between populations from Northern and Dinaric Alps. These signs of cryptic genetic differentiation, which are not accounted for by the current taxonomy of the species, should not be neglected for further definition of conservation units. In addition, our data supported glacial survival of the species in northern peripheral glacial réfugia and nunataks, a pattern rarely documented for long-lived species. Then, we evaluated the level of gene flow between populations at the local scale and tested for asymmetries in male versus female dispersal using both field-based (mark-recapture) and genetic approaches. This study revealed high level of gene flow between populations, which stems mainly from male dispersal. This corroborated the idea that salamanders are much better dispersers than hitherto thought and provided a well- supported example of male-biased dispersal in amphibians. In a third step, based on a mark- recapture survey, we addressed the problem of sampling unavailability in alpine salamanders and evaluated its impact on two monitoring methods. We showed that about three quarters of individuals were unavailable for sampling during sampling sessions, a proportion that can vary with climatic conditions. If not taken into account, these complexities would result in false assumptions on population trends and misdirect conservation efforts. Finally, regarding the daunting task of delineating management units, our attention was drawn on the fire salamander. We conducted a local population genetic study that revealed high levels of gene flow among sampling sites. Management units for this species should consequently be large. Interestingly, despite the presence of several landscape features often reported to act as barriers, genetic breaks occurred at unexpected places. This suggests that landscape features may rather have idiosyncratic effects on population structure. In conclusion, this work brought new insights on both genetic and demographic processes occurring in salamanders. The results suggest that some biological paradigms should be taken with caution when particular species are in focus. Species- specific studies remain thus fundamental for a better understanding of species evolution and conservation, particularly in the context of current global changes.RESUMEDans le contexte de la crise de la biodiversité actuelle, les amphibiens subissent le déclin le plus important de tous les vertébrés et ont urgemment besoin d'une meilleure protection. L'établissement de stratégies de conservation efficaces repose sur des connaissances solides de la biologie des espèces et des processus génétiques et démographiques pouvant menacer leur survie. Ces processus sont néanmoins encore peu étudiés chez les amphibiens.Dans cette étude, notre attention s'est portée sur la salamandre noire (Salamandra atra), une espèce endémique des Alpes dont les traits d'histoire de vie atypiques (viviparité, phase d'activité réduite, lent turnover des populations) pourraient la rendre très vulnérable face aux changements environnementaux. Par ailleurs, en raison de son comportement cryptique (les individus passent la plupart de leur temps sous terre) la dynamique des gènes et des individus est mal comprise chez cette espèce. Il est donc difficile d'évaluer son statut de conservation de manière fiable. La salamandre tachetée {Salamandra salamandra), pour qui il n'existe aucune démarcation géographique apparente des populations, pose également des problèmes en termes de gestion. Dans un premier temps, nous avons étudié l'histoire évolutive de la salamandre noire afin de mieux décrire la distribution de sa diversité génétique au sein de son aire géographique. Cela a permis de mettre en évidence la présence de multiples lignées en Italie, ainsi qu'une nette divergence entre les populations du nord des Alpes et des Alpes dinariques. Ces résultats seront à prendre en compte lorsqu'il s'agira de définir des unités de conservation pour cette espèce. D'autre part, nos données soutiennent l'hypothèse d'une survie glaciaire dans des refuges nordiques périglaciaires ou dans des nunataks, fait rarement documenté pour une espèce longévive. Nous avons ensuite évalué la différentiation génétique des populations à l'échelle locale, ce qui a révélé d'important flux de gènes, ainsi qu'une asymétrie de dispersion en faveur des mâles. Ces résultats corroborent l'idée que les amphibiens dispersent mieux que ce que l'on pensait, et fournissent un exemple robuste de dispersion biaisée en faveur des mâles chez les amphibiens. Nous avons ensuite abordé le problème de Γ inaccessibilité des individus à la capture. Nous avons montré qu'environ trois quarts des individus sont inaccessibles lors des échantillonnages, une proportion qui peut varier en fonction des conditions climatiques. Ignoré, ce processus pourrait entraîner une mauvaise interprétation des fluctuations de populations ainsi qu'une mauvaise allocation des efforts de conservation. Concernant la définition d'unités de gestion pour la salamandre tachetée, nous avons pu mettre en évidence un flux de gènes important entre les sites échantillonnés. Les unités de gestion pour cette espèce devraient donc être étendues. Etonnamment, malgré la présence de nombreuses barrières potentielles au flux de gènes, les démarcations génétiques sont apparues à des endroits inattendus. En conclusion, ce travail a apporté une meilleure compréhension des processus génétiques et démographiques en action chez les salamandres. Les résultats suggèrent que certains paradigmes biologiques devraient être considérés avec précaution quand il s'agit de les appliquer à des espèces particulières. Les études spécifiques demeurent donc fondamentales pour une meilleure compréhension de l'évolution des espèces et leur conservation, tout particulièrement dans le contexte des changements globaux actuels.

Temporal change of the aggregation response in Triatoma infestans

Adults and larvae of Triatoma infestans spend daylight hours assembled in shaded places. An assembling factor has been demonstrated in the excrement of this species. We analysed different aspects of the dynamics of the response of bugs. Recently fed insects do not aggregate around faeces. They start to show a significant assembling response from the 8th hour after feeding onwards. Just deposited faeces do not evoke assembling, but a significant rejection instead. This reaction switches 3 h after deposition, when the faeces become attractive to the insects. The attractiveness of faeces persists for about 10 days and can be recovered after this time by rehydration. These findings are discussed in relation to the biological role of faeces and the dynamics of the use of refuges by T. infestans.

Characterization of Triatoma guasayana biotopes in a hardwood forest of Santiago del Estero, Argentina

Triatoma guasayana is a silvatic triatomine species distributed in Argentina, Bolivia and Paraguay. The study was performed in a secondary forest of Santiago del Estero, Argentina. The abundance of T. guasayana was evaluated by census in the following wild biotopes: quimiles (Opuntia quimilo), chaguares (dry bromeliads), logs and underground burrows. Ten biotopes of each type were dismantled in winter (August) and another 40 in summer (January); all fauna was recorded. The biotopes most infested by T. guasayana were quimiles (65%), followed by chaguares (55%), and logs (25%). Quimiles and chaguares were infested in both seasons, whereas logs were positive only in summer and burrows were never infested. Infestation and abundance were higher in summer than in winter. The biotope structure is a key factor for T. guasayana colonization. The larger number of refuges, the constant presence of blood sources and suitable inner microclimatic conditions offered by quimiles may favour the persistence of T. guasayana colonies. The richness of invertebrate fauna per type of biotope was ranked in the same order as that of T. guasayana, suggesting similar microhabitat requirements for all studied arthropods.

Daily rhythm of aggregation in the haematophagous bug Triatoma infestans (Heteroptera: Reduviidae)

Triatomine bugs show a temporal modulation of many activities. Here, we analyse the daily modulation of the aggregation behaviour of Triatoma infestans larvae and its chronobiological basis. In the laboratory, groups of six bugs were released over an experimental arena during six consecutive days, where their aggregation behaviour was quantified every hour. When submitted to a 12/12 h photoperiod (L/D), the larvae of T. infestans exhibited a cyclic pattern of aggregation with a 24 h period, evincing the existence of a daily rhythm of aggregation in this species. Bugs exhibited the maximum aggregation tendency at the end of the scotophase (7:00 h), moment in which they naturally search for refuges. The minimum aggregation (i.e. maximal dispersion) was observed during the last part of the photophase and beginning of the scotophase (15:00 to 1:00 h). This cyclic pattern disappeared when constant conditions of illumination (L/L) or darkness (D/D) were imposed to the bugs, suggesting the absence of an endogenous circadian control of this behaviour. Insects submitted to L/L and D/D photoperiods presented lower global levels of aggregation than those submitted to L/D conditions. The lack of an endogenous control and the relevance of light cycles as a synchronization signal are discussed as the temporal modulation of this behaviour might play an important role in the nocturnal habits of this species.

Effects of timber harvest on phlebotomine sand flies (Diptera: Psychodidae) in a production forest: abundance of species on tree trunks and prevalence of trypanosomatids

The Amazon forest is being exploited for timber production. The harvest removes trees, used by sand flies as resting sites, and decreases the canopy, used as refuges by some hosts. The present study evaluated the impact of the timber harvest, the abundance of sand flies, and their trypanosomatid infection rates before and after selective logging. The study was accomplished in terra-firme production forest in an area of timber harvest, state of Amazonas, Brazil. Sand fly catches were carried out in three areas: one before and after the timber harvest, and two control areas, a nature preservation area and a previously exploited area. The flies were caught by aspiration on tree trunks. Samples of sand flies were dissected for parasitological examination. In the site that suffered a harvest, a larger number of individuals was caught before the selective extraction of timber, showing significant difference in relation to the number of individuals and their flagellate infection rates after the logging. The other two areas did not show differences among their sand fly populations. This fact is suggestive of a fauna sensitive to the environmental alterations associated with selective logging.

Wild Triatoma infestans, a potential threat that needs to be monitored

The current persistence of Triatoma infestans, and therefore of Chagas disease transmission, in the Andean valleys of Bolivia and the Gran Chaco (precisely where wild populations of the vector are widespread), indicates a possible relationship between these two occurrences. This paper provides an overview of the current knowledge regarding wild T. infestans in Bolivia. The different morphs of the wild vector, their known distributions and some traits of their biology and ecology are presented. Particularly interesting is the considerable behavioural and chromatic plasticity that is displayed by wild T. infestans. According to the biogeographic region, different morphs of the vector occur in rupicolous habitats (common form and Mataral morph in Andean wild T. infestans) or arboreal ones ("dark morph" populations from the Chaco). The high genetic variability found at the microgeographical scale in Andean wild T. infestans favours the hypothesis that the Andes were the centre of origin and dispersal of T. infestans throughout South America. The relevant question regarding the origin of domestic populations is also addressed. Finally, current considerations of the epidemiological significance of wild T. infestans are discussed in the context of recent discoveries. Even if several observations support the epidemiological risk represented by wild T. infestans, the climatic and environmental conditions of their distribution areas would not favour the continued flow of triatomines between sylvatic refuges and domestic environments.

Exploiting triatomine behaviour: alternative perspectives for their control

Living in close association with a vertebrate host and feeding on its blood requires different types of adaptations, including behavioural adjustements. Triatomines exhibit particular traits associated with the exploitation of their habitat and food sources and these traits have been the subject of intense analysis. Many aspects of triatomine behaviour have been relatively well characterised and some attempts to exploit the behaviours have been undertaken. Baited traps based on host-associated cues, artificial refuges and light-traps are some of the tools used. Here we discuss how our knowledge of the biology of Chagas disease vectors may help us sample and detect these insects and even increase the efficiency of control measures.

Contribution pollinique à l'étude du pléistocène de la région lémanique (Suisse) : paléoenvironnement des derniers 800'000 ans

Abstact : Pollinic contribution to a Pleistocene study of the Lake Geneva region (Switzerland) Palaeoenvironment of the last 800,000 years. Although the "Plateau Romand" (tableland of French-speaking Switzerland) has been marked by the repetitive action of different Quaternary glacial thrusts, numerous preserved outcrops here and there, thanks to favourable topographical conditions, provide sufficient pollinic content to reconstitute the significant botanical fluctuations and allow bio- and chrono-stratigraphical correlations with the long European sequences. The present study examines around ten Pleistocene deposits rich in pollens, whose presumed ages cover a range of 800,000 years. - The Early and Early-Middle Pleistocene are examined at Ecoteaux (VD), undeniably the oldest site in this study. The "Lower Formation of Ecoteaux", whose low pollinic content reveals an environment of the cold desert type, shows an inverse palaeomagnetic remanence. An age earlier than 780,000 years BP (Matuyama period or earlier) is proposed. The "Upper Formation of Ecoteaux" contains over eight major fluctuations in the vegetal covering, of which at least four temporal phases and one climatic optimum. The presence of botanical genera, relics of the Tertiary in particular Pterocarya and Carya, associated with the vegetal dynamic made up of short oscillations, contrives to link this formation to the Cromerian Complex. The thermomeres recorded could correspond to one or several interglacial periods from Middle Pleistocene. Possible correlations with marine isotopic stages 15, 17 and 19 are discussed. - The Middle and Late Pleistocene is approached through the sediments of Onnens (VD), Creux d'Enfer (FR), Port-Valais (VS), La Dénériaz (VD) and Cortaillod (NE). Each site provides a temperate interglacial flora, whose pollinic content is evaluated according to the different conceivable bio-stratigraphic correlations. - Finally the Würm is studied thanks to the outcrop of Marly (FR), together with the excavations at Villars-sous-Yens (VD), Versoix (GE) and Ollon (VD). Together, these observations tend to show that the west of the Swiss Plateau is a zone of transition between the meridian vegetation of the lower Rhone valley and that of beyond the Jura. At the outlet of the Rhone glacier, and on the borders of the prealpine and Jurassian glaciers, the region is situated at the crossroads of post-glacial botanical migrations, between the major axis of the Rhone valley and the Eastern refuge zones; this situation confers particular importance on it. Although believed to be deeply scraped by ice, one notices today that the "Plateau Romand" harbours overtwenty interglacial and interstadial sites. The abrasive action of the Rhone glacier has thus been more modest than previously estimated. The effective extension of glacial tongues, together with atmospheric circulation, are doubtless varying from one interglacial to another. Finally, the speeds of glacial movements, and the unbelievable vegetal vitality, are important parameters, capable of leading to deposits, very early enriched in pollens. RÉSUMÉS : Contribution pollinique à l'étude du Pléistocène de la région lémanique (Suisse) - Paléoenvironnement des derniers 800'000 ans Bien que le Plateau romand soit marqué par l'action répétitive des différentes poussées glaciaires quaternaires, de nombreux affleurements préservés ça et là, à la faveur de conditions topographiques favorables, livrent un contenu pollinique suffisant pour reconstituer des fluctuations botaniques significatives et autoriser des corrélations bioet chronostratigraphiques avec les longues séquences européennes. Le présent travail étudie une dizaine de dépôts pléistocènes riches en pollens, dont les âges présumés balaient un éventail de plus de 800'000 ans. - Le Pléistocène Ancien et Moyen inférieur, sont examinés à Ecoteaux (VD); indéniablement le site le plus ancien de cette étude. La "Formation inférieure d'Ecoteaux", dont le maigre contenu pollinique traduit un environnement de type désertique froid, présente une rémanence magnétique inverse. Un âge antérieur à 780'000 ans BP (période de Matuyama ou antérieure) est proposé. La "Formation supérieure d'Ecoteaux" comprend plus de huit fluctuations majeures du couvert végétal, parmi lesquelles on compte au moins quatre épisodes tempérés et un optimum climatique. La présence de genres botaniques reliques du Tertiaire, en particulier Pterocarya et Carya, associée à la dynamique végétale faite de courtes oscillations, concourent à lier cette formation au Complexe Cromérien. Les thermomères enregistrées pourraient correspondre à un- ou plusieurs interglaciaires du Pléistocène moyen. Les corrélations possibles avec les stades isotopiques marins, MIS 15, 17 et 19 sont discutées. - Le Pléistocène Moyen et Récent est abordé à travers les sédiments d'Onnens (VD), du Creux d'Enfer (FR), de Port-Valais (VS), de La Dénériaz (VD) et de Cortaillod (NE). Chaque site livre une flore tempérée interglaciaire, dont le contenu pollinique est évalué en fonction des différentes corrélations bio-stratigraphiques envisageables. - Enfin le Würm est étudié grâce à l'affleurement de Marly (FR), accompagné des forages de Villars-sous-Yens (VD), Versoix (GE) et Ollon (VD). L'ensemble de ces observations tend à montrer que l'ouest du Plateau suisse est une zone charnière entre la végétation méridionale de la basse vallée du Rhône et celle d'au-delà du Jura. Au débouché du glacier du Rhône et aux confins des glaciers préalpins et jurassiens, cette région est située au carrefour des migrations botaniques post-glaciaires, entre l'axe majeur de la vallée du Rhône et les zones refuges de l'Est. Cette situation lui confère une importance toute particulière. Alors qu'on pensait le Plateau romand profondément raboté par les glaces, on constate aujourd'hui qu'il recèle plus d'une vingtaine de sites interglaciaires et interstadiaires. L'action abrasive du glacier rhodanien a donc été plus modeste qu'envisagée jusqu'ici. L'extension effective des langues glaciaires, tout comme la circulation atmosphérique, diffèrent sans doute d'un interglaciaire à l'autre. Enfin la vitesse des mouvements glaciaires et l'incroyable vitalité végétale sont des paramètres importants, susceptibles d'avoir entraîné des dépôts, très précocement enrichis en pollens.

Multiscale phylogeography: glacial history and autopolyploidy of Biscutella laevigata L. (Brassicaceae) in the Western Alps

Résumé Les changements climatiques du Quaternaire ont eu une influence majeure sur la distribution et l'évolution des biota septentrionaux. Les Alpes offrent un cadre spatio-temporel bien étudié pour comprendre la réactivité de la flore et le potentiel d'adaptation d'une espèce végétale face aux changements climatiques. Certaines hypothèses postulent une diversification des espèces en raison de la disparition complète de la flore des Alpes et d'un isolement important des espèces dans des refuges méridionaux durant les dernières glaciations (Tabula Rasa). Une autre hypothèse stipule le maintien de poches de résistance pour la végétation au coeur des Alpes (Nunataks). Comme de nombreuses espèces végétales présentant un grand succès écologique semblent avoir réagi aux glaciations par la multiplication de leur génome (autopolyploïdie), leur étude en milieu naturel devrait permettre de comprendre les avantages inhérents à la polyploïdie. Biscutella laevigata est un modèle emblématique de biogéographie historique, diverses études ayant montré que des populations diploïdes sont actuellement isolées dans les zones restées déglacées durant le dernier maximum glaciaire, alors que des tétraploïdes ont recolonisé l'ensemble des zones alpines mises à nu par le retrait des glaciers. Si le contexte périglaciaire semble avoir favorisé ce jeune complexe autopolyploïde, les circonstances et les avantages de cette mutation génomique ne sont pas encore clairs. Y a-t-il eu de multiples événements de polyploïdisation ? Dans quelle mesure affecte(nt)il(s) la diversité génétique et le potentiel évolutif des polyploïdes ? Les polyploïdes ont-ils une grande flexibilité génomique, favorisant une radiation adaptative, ou doivent-ils leur succès à une grande plasticité écologique ? Cette étude aborde ces questions à différentes échelles spatiales et temporelles. L'échelle régionale des Alpes occidentales permet d'aborder les facteurs distaux (aspects historiques), alors que l'échelle locale cherche à appréhender les facteurs proximaux (mécanismes évolutifs). Dans les Alpes occidentales, des populations ont été densément échantillonnées et étudiées grâce à (1) leur cytotype, (2) leur appartenance taxonomique, (3) leur habitat et (4) des marqueurs moléculaires de l'ADN chloroplastique, en vue d'établir leurs affinités évolutives. Á l'échelle locale, deux systèmes de population ont été étudiés : l'un où les populations persistent en périphérie de l'aire de distribution et l'autre au niveau du front actif de colonisation, en marge altitudinale. Les résultats à l'échelle des Alpes occidentales révèlent les sites d'intérêt (refuges glaciaires, principales barrières et voies de recolonisation) pour une espèce représentative des pelouses alpines, ainsi que pour la biodiversité régionale. Les Préalpes ont joué un rôle important dans le maintien de populations à proximité immédiate des Alpes centrales et dans l'évolution du taxon, voire de la végétation. Il est aussi démontré que l'époque glaciaire a favorisé l'autopolyploïdie polytopique et la recolonisation des Alpes occidentales par des lignées distinctes qui s'hybrident au centre des Alpes, influençant fortement leur diversité génétique et leur potentiel évolutif. L'analyse de populations locales en situations contrastées à l'aide de marqueurs AFLP montre qu'au sein d'une lignée présentant une grande expansion, la diversité génétique est façonnée par des forces évolutives différentes selon le contexte écologique et historique. Les populations persistant présentent une dispersion des gènes restreinte, engendrant une diversité génétique assez faible, mais semblent adaptées aux conditions locales de l'environnement. À l'inverse, les populations colonisant la marge altitudinale sont influencées par les effets de fondation conjugués à une importante dispersion des gènes et, si ces processus impliquent une grande diversité génétique, ils engendrent une répartition aléatoire des génotypes dans l'environnement. Les autopolyploïdes apparaissent ainsi comme capables de persister face aux changements climatiques grâce à certaines facultés d'adaptation locale et de grandes capacités à maintenir une importante diversité génétique lors de la recolonisation post-glaciaire. Summary The extreme climate changes of the Quaternary have had a major influence on species distribution and evolution. The European Alps offer a great framework to investigate flora reactivity and the adaptive potential of species under changing climate. Some hypotheses postulate diversification due to vegetation removal and important isolation in southern refugia (Tabula Rasa), while others explain phylogeographic patterns by the survival of species in favourable Nunataks within the Alps. Since numerous species have successfully reacted to past climate changes by genome multiplication (autopolyploidy), studies of such taxa in natural conditions is likely to explain the ecological success and the advantages of autopolyploidy. Early cytogeographical surveys of Biscutella laevigata have shed light on the links between autopolyploidy and glaciations by indicating that diploids are now spatially isolated in never-glaciated areas, while autotetraploids have recolonised the zones covered by glaciers- during the last glacial maximum. A periglacial context apparently favoured this young autopolyploid complex but the circumstances and the advantages of this genomic mutation remain unclear. What is the glacial history of the B. laevigata autopolyploid complex? Are there multiple events of polyploidisation? To what extent do they affect the genetic diversity and the evolutionary potential of polyploids? Is recolonisation associated with adaptive processes? How does long-term persistence affect genetic diversity? The present study addresses these questions at different spatiotemporal scales. A regional survey at the Western Alps-scale tackles distal factors (evolutionary history), while local-scale studies explore proximal factors (evolutionary mechanisms). In the Western Alps, populations have been densely sampled and studied from the (1) cytotypic, (2) morphotaxonomic, (3) habitat point of views, as well as (4) plastid DNA molecular markers, in order to infer their relationships and establish the maternal lineages phylogeography. At the local scale, populations persisting at the rear edge and populations recolonising the attitudinal margin at the leading edge have been studied by AFLPs to show how genetic diversity is shaped by different evolutionary forces across the species range. The results at the regional scale document the glacial history of a widespread species, representative of alpine meadows, in a regional area of main interest (glacial refugia, main barriers and recolonisation routes) and points out to sites of interest for regional biodiversity. The external Alps have played a major role in the maintenance of populations near the central Alps during the Last Glacial Maximum and influenced the evolution of the species, and of vegetation. Polytopic autopolyploidy in different biogeographic districts is also demonstrated. The species has had an important and rapid radiation because recolonisation took place from different refugia. The subsequent recolonisation of the Western Alps was achieved by independent lineages that are presently admixing in the central Alps. The role of the Pennic summit line is underlined as a great barrier that was permeable only through certain favourable high-altitude passes. The central Alps are thus viewed as an important crossroad where genomes with different evolutionary histories are meeting and admixing. The AFLP analysis and comparison of local populations growing in contrasted ecological and historical situations indicate that populations persisting in the external Alps present restricted gene dispersal and low genetic diversity but seem in equilibrium with their environment. On the contrary, populations colonising the attitudinal margin are mainly influenced by founder effects together with great gene dispersal and genotypes have a nearly random distribution, suggesting that recolonisation is not associated with adaptive processes. Autopolyploids that locally persist against climate changes thus seem to present adaptive ability, while those that actively recolonise the Alps are successful because of their great capacity to maintain a high genetic diversity against founder effects during recolonisation.

Effect of refuge supplement on Audouin's gull chick survival

One of the main threats to Audouin´s gull (Larus audouinii) at Chafarinas Islands is predation on eggs and chicks by the yellow-legged gull (Larus cachinnans). During the 1999 and 2000 breeding seasons we tested the effects of supplementary refuge availability on chick survival. Well before the laying period, nine adjacent enclosures were erected inside Audouin´s gull´s breeding grounds and some of them were supplied with artificial refuges. Our results showed significantly greater chick survival in the enclosures with artificial refuges than in control ones. In 2000, an overall lower breeding success of Audouin´s gull and a dilution of the refuge effect were observed. These results were probably related to food-shortage that year. We suggest that, along with other factors, an increase in refuge availability may significantly enhance Audouin´s gull chick survival.

Effect of refuge supplement on Audouin's gull chick survival

One of the main threats to Audouin´s gull (Larus audouinii) at Chafarinas Islands is predation on eggs and chicks by the yellow-legged gull (Larus cachinnans). During the 1999 and 2000 breeding seasons we tested the effects of supplementary refuge availability on chick survival. Well before the laying period, nine adjacent enclosures were erected inside Audouin´s gull´s breeding grounds and some of them were supplied with artificial refuges. Our results showed significantly greater chick survival in the enclosures with artificial refuges than in control ones. In 2000, an overall lower breeding success of Audouin´s gull and a dilution of the refuge effect were observed. These results were probably related to food-shortage that year. We suggest that, along with other factors, an increase in refuge availability may significantly enhance Audouin´s gull chick survival.

Providing more informative projections of climate change impact on plant distribution in a mountain environment

Summary Due to their conic shape and the reduction of area with increasing elevation, mountain ecosystems were early identified as potentially very sensitive to global warming. Moreover, mountain systems may experience unprecedented rates of warming during the next century, two or three times higher than that records of the 20th century. In this context, species distribution models (SDM) have become important tools for rapid assessment of the impact of accelerated land use and climate change on the distribution plant species. In my study, I developed and tested new predictor variables for species distribution models (SDM), specific to current and future geographic projections of plant species in a mountain system, using the Western Swiss Alps as model region. Since meso- and micro-topography are relevant to explain geographic patterns of plant species in mountain environments, I assessed the effect of scale on predictor variables and geographic projections of SDM. I also developed a methodological framework of space-for-time evaluation to test the robustness of SDM when projected in a future changing climate. Finally, I used a cellular automaton to run dynamic simulations of plant migration under climate change in a mountain landscape, including realistic distance of seed dispersal. Results of future projections for the 21st century were also discussed in perspective of vegetation changes monitored during the 20th century. Overall, I showed in this study that, based on the most severe A1 climate change scenario and realistic dispersal simulations of plant dispersal, species extinctions in the Western Swiss Alps could affect nearly one third (28.5%) of the 284 species modeled by 2100. With the less severe 61 scenario, only 4.6% of species are predicted to become extinct. However, even with B1, 54% (153 species) may still loose more than 80% of their initial surface. Results of monitoring of past vegetation changes suggested that plant species can react quickly to the warmer conditions as far as competition is low However, in subalpine grasslands, competition of already present species is probably important and limit establishment of newly arrived species. Results from future simulations also showed that heavy extinctions of alpine plants may start already in 2040, but the latest in 2080. My study also highlighted the importance of fine scale and regional. assessments of climate change impact on mountain vegetation, using more direct predictor variables. Indeed, predictions at the continental scale may fail to predict local refugees or local extinctions, as well as loss of connectivity between local populations. On the other hand, migrations of low-elevation species to higher altitude may be difficult to predict at the local scale. Résumé La forme conique des montagnes ainsi que la diminution de surface dans les hautes altitudes sont reconnues pour exposer plus sensiblement les écosystèmes de montagne au réchauffement global. En outre, les systèmes de montagne seront sans doute soumis durant le 21ème siècle à un réchauffement deux à trois fois plus rapide que celui mesuré durant le 20ème siècle. Dans ce contexte, les modèles prédictifs de distribution géographique de la végétation se sont imposés comme des outils puissants pour de rapides évaluations de l'impact des changements climatiques et de la transformation du paysage par l'homme sur la végétation. Dans mon étude, j'ai développé de nouvelles variables prédictives pour les modèles de distribution, spécifiques à la projection géographique présente et future des plantes dans un système de montagne, en utilisant les Préalpes vaudoises comme zone d'échantillonnage. La méso- et la microtopographie étant particulièrement adaptées pour expliquer les patrons de distribution géographique des plantes dans un environnement montagneux, j'ai testé les effets d'échelle sur les variables prédictives et sur les projections des modèles de distribution. J'ai aussi développé un cadre méthodologique pour tester la robustesse potentielle des modèles lors de projections pour le futur. Finalement, j'ai utilisé un automate cellulaire pour simuler de manière dynamique la migration future des plantes dans le paysage et dans quatre scénarios de changement climatique pour le 21ème siècle. J'ai intégré dans ces simulations des mécanismes et des distances plus réalistes de dispersion de graines. J'ai pu montrer, avec les simulations les plus réalistes, que près du tiers des 284 espèces considérées (28.5%) pourraient être menacées d'extinction en 2100 dans le cas du plus sévère scénario de changement climatique A1. Pour le moins sévère des scénarios B1, seulement 4.6% des espèces sont menacées d'extinctions, mais 54% (153 espèces) risquent de perdre plus 80% de leur habitat initial. Les résultats de monitoring des changements de végétation dans le passé montrent que les plantes peuvent réagir rapidement au réchauffement climatique si la compétition est faible. Dans les prairies subalpines, les espèces déjà présentes limitent certainement l'arrivée de nouvelles espèces par effet de compétition. Les résultats de simulation pour le futur prédisent le début d'extinctions massives dans les Préalpes à partir de 2040, au plus tard en 2080. Mon travail démontre aussi l'importance d'études régionales à échelle fine pour évaluer l'impact des changements climatiques sur la végétation, en intégrant des variables plus directes. En effet, les études à échelle continentale ne tiennent pas compte des micro-refuges, des extinctions locales ni des pertes de connectivité entre populations locales. Malgré cela, la migration des plantes de basses altitudes reste difficile à prédire à l'échelle locale sans modélisation plus globale.

Maintenance of biodiversity in vineyard-dominated landscapes: a case study on larval salamanders

Alteration of natural habitats as a result of agricultural intensification is detrimental for wildlife. There is, however, growing evidence that land use and management can be wildlife friendly. In Europe, agricultural areas cover two-thirds of the land and therefore play a major role in maintaining biodiversity. Agricultural land use is very intense in vineyard-dominated landscapes but there are no refuges for wildlife in the form of ecological compensation areas. In our study, we assessed spatial variation in abundance of salamander (Salamandra salamandra) larvae in relation to land use and stream characteristics in vineyard-dominated landscapes. Abundance of larval salamanders depended positively on weirs, amount of riparian vegetation along the streams and environment-friendly agricultural practice in the vineyards. Surprisingly, road density also had positive effects, presumably through indirect effects (stone walls along roads may serve as refugia). Thus, abundance is determined by characteristics of both the aquatic and terrestrial habitats. Our results suggest that fire salamanders can persist in landscapes dominated by intensive agriculture like viticulture, indicate wildlife-friendly management options and highlight that man-made habitat can be valuable for wildlife.

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

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

The Mediterranean benthic herbivores show diverse responses to extreme storm disturbances

Catastrophic storms have been observed to be one of the major elements in shaping the standing structure of marine benthic ecosystems. Yet, little is known about the effect of catastrophic storms on ecosystem processes. Specifically, herbivory is the main control mechanism of macrophyte communities in the Mediterranean, with two main key herbivores: the sea urchin Paracentrotus lividus and the fish Sarpa salpa. Consequently, the effects of extreme storm events on these two herbivores (at the population level and on their behaviour) may be critical for the functioning of the ecosystem. With the aim of filling this gap, we took advantage of two parallel studies that were conducted before, during and after an unexpected catastrophic storm event. Specifically, fish and sea urchin abundance were assessed before and after the storm in monitored fixed areas (one site for sea urchin assessment and 3 sites for fish visual transects). Additionally, we investigated the behavioural response to the disturbance of S. salpa fishes that had been tagged with acoustic transmitters. Given their low mobility, sea urchins were severely affected by the storm (ca. 50% losses) with higher losses in those patches with a higher density of sea urchins. This may be due to a limited availability of refuges within each patch. In contrast, fish abundance was not affected, as fish were able to move to protected areas (i.e. deeper) as a result of the high mobility of this species. Our results highlight that catastrophic storms differentially affect the two dominant macroherbivores of rocky macroalgal and seagrass systems due to differences in mobility and escaping strategies. This study emphasises that under catastrophic disturbances, the presence of different responses among the key herbivores of the system may be critical for the maintenance of the herbivory function.