Repeated unidirectional introgression towards Populus balsamifera in contact zones of exotic and native poplars.

As the evolutionary significance of hybridization is largely dictated by its extent beyond the first generation, we broadly surveyed patterns of introgression across a sympatric zone of two native poplars (Populus balsamifera, Populus deltoides) in Quebec, Canada within which European exotic Populus nigra and its hybrids have been extensively planted since the 1800s. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) that appeared fixed within each species were characterized by DNA-sequencing pools of pure individuals. Thirty-five of these diagnostic SNPs were employed in a high-throughput assay that genotyped 635 trees of different age classes, sampled from 15 sites with various degrees of anthropogenic disturbance. The degree of admixture within sampled trees was then assessed through Bayesian clustering of genotypes. Hybrids were present in seven of the populations, with 2.4% of all sampled trees showing spontaneous admixture. Sites with hybrids were significantly more disturbed than pure stands, while hybrids comprised both immature juveniles and trees of reproductive age. All three possible F1s were detected. Advanced-generation hybrids were consistently biased towards P. balsamifera regardless of whether hybridization had occurred with P. deltoides or P. nigra. Gene exchange between P. deltoides and P. nigra was not detected beyond the F1 generation; however, detection of a trihybrid demonstrates that even this apparent reproductive isolation does not necessarily result in an evolutionary dead end. Collectively, results demonstrate the natural fertility of hybrid poplars and suggest that introduced genes could potentially affect the genetic integrity of native trees, similar to that arising from introgression between natives.

The fossil record and evolution of freshwater plants: A review

Palaeobotany applied to freshwater plants is an emerging field of palaeontology. Hydrophytic plants reveal evolutionary trends of their own, clearly distinct from those of the terrestrial and marine flora. During the Precambrian, two groups stand out in the fossil record of freshwater plants: the Cyanobacteria (stromatolites) in benthic environments and the prasinophytes (leiosphaeridian acritarchs) in transitional planktonic environments. During the Palaeozoic, green algae (Chlorococcales, Zygnematales, charophytes and some extinct groups) radiated and developed the widest range of morphostructural patterns known for these groups. Between the Permian and Early Cretaceous, charophytes dominated macrophytic associations, with the consequence that over tens of millions of years, freshwater flora bypassed the dominance of vascular plants on land. During the Early Cretaceous, global extension of the freshwater environments is associated with diversification of the flora, including new charophyte families and the appearance of aquatic angiosperms and ferns for the first time. Mesozoic planktonic assemblages retained their ancestral composition that was dominated by coenobial Chlorococcales, until the appearance of freshwater dinoflagellates in the Early Cretaceous. In the Late Cretaceous, freshwater angiosperms dominated almost all macrophytic communities worldwide. The Tertiary was characterised by the diversification of additional angiosperm and aquatic fern lineages, which resulted in the first differentiation of aquatic plant biogeoprovinces. Phytoplankton also diversified during the Eocene with the development of freshwater diatoms and chrysophytes. Diatoms, which were exclusively marine during tens of millions of years, were dominant over the Chlorococcales during Neogene and in later assemblages. During the Quaternary, aquatic plant communities suffered from the effects of eutrophication, paludification and acidification, which were the result of the combined impact of glaciation and anthropogenic disturbance.

Chemical and biochemical properties of Araucaria angustifolia (Bert.) Ktze. forest soils in the state of São Paulo

Araucaria angustifolia, commonly named Araucaria, is a Brazilian native species that is intensively exploited due to its timber quality. Therefore, Araucaria is on the list of species threatened by extinction. Despite the importance of soil for forest production, little is known about the soil properties of the highly fragmented Araucaria forests. This study was designed to investigate the use of chemical and biological properties as indicators of conservation and anthropogenic disturbance of Araucaria forests in different sampling periods. The research was carried out in two State parks of São Paulo: Parque Estadual Turístico do Alto do Ribeira and Parque Estadual de Campos de Jordão. The biochemical properties carbon and nitrogen in microbial biomass (MB-C and MB-N), basal respiration (BR), the metabolic quotient (qCO2) and the following enzyme activities: β-glucosidase, urease, and fluorescein diacetate hydrolysis (FDA) were evaluated. The sampling period (dry or rainy season) influenced the results of mainly MB-C, MB-N, BR, and qCO2. The chemical and biochemical properties, except K content, were sensitive indicators of differences in the conservation and anthropogenic disturbance stages of Araucaria forests. Although these forests differ in biochemical and chemical properties, they are efficient in energy use and conservation, which is shown by their low qCO2, suggesting an advanced stage of succession.

Agricultural land use and human presence around breeding sites increase stress-hormone levels and decrease body mass in barn owl nestlings.

Human activities can have a suite of positive and negative effects on animals and thus can affect various life history parameters. Human presence and agricultural practice can be perceived as stressors to which animals react with the secretion of glucocorticoids. The acute short-term secretion of glucocorticoids is considered beneficial and helps an animal to redirect energy and behaviour to cope with a critical situation. However, a long-term increase of glucocorticoids can impair e.g. growth and immune functions. We investigated how nestling barn owls (Tyto alba) are affected by the surrounding landscape and by human activities around their nest sites. We studied these effects on two response levels: (a) the physiological level of the hypothalamus-pituitary-adrenal axis, represented by baseline concentrations of corticosterone and the concentration attained by a standardized stressor; (b) fitness parameters: growth of the nestlings and breeding performance. Nestlings growing up in intensively cultivated areas showed increased baseline corticosterone levels late in the season and had an increased corticosterone release after a stressful event, while their body mass was decreased. Nestlings experiencing frequent anthropogenic disturbance had elevated baseline corticosterone levels, an increased corticosterone stress response and a lower body mass. Finally, breeding performance was better in structurally more diverse landscapes. In conclusion, anthropogenic disturbance affects offspring quality rather than quantity, whereas agricultural practices affect both life history traits.

Effects of algal turbidity on foraging and antipredator behaviour of the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus)

The aim of this thesis was to examine how aquatic organisms, such as fish, behave in an altered environmental condition. Many species of fish use vision as their primary tool to gain information about their surrounding environment. The visual conditions of aquatic habitats are often altered as a result of anthropogenic disturbance, such as eutrophication that initiates algal turbidity. In general, turbidity reduces the visibility and can be hypothesized to have an influence on the behaviour of fish. I used the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus) as a model species and conducted four studies in the laboratory to test how algal turbidity affects its behaviour. In this thesis, two major behavioural aspects are discussed. The first is antipredator behaviour. In study I, the combined effects of turbidity and shoot density on habitat choice (shelter vs open) behaviour was tested on a group of sticklebacks (20 fish) in the presence and absence of piscivorous perch (Perca fluviatilis). In study II, I examined the behavioural responses of feeding sticklebacks when they were exposed to the sudden appearance of an avian predator (the silhouette of a common tern, Sterna hirundo). The study was done in turbid and clear water using three different groups sizes (1, 3 and 6 fish). The second aspect is foraging behaviour. Study III & IV focused on the effects of algal turbidity on the foraging performance of sticklebacks. In study III, I conducted two separate experiments to examine the effects of turbidity on prey consumption and prey choice of sticklebacks. In this experiment turbidity levels and the proportion of large and small prey (Daphnia spp.) were manipulated. In study IV, I studied whether a group of six sticklebacks can distribute themselves according to food input at two feeding stations in a way that provided each fish with the same amount of food in clear and turbid water. I also observed whether the fish can follow changes in resource distribution between the foraging patches. My results indicate an overall influence of algal turbidity on the antipredator and foraging behaviour of sticklebacks. In the presence of a potential predator, the use of the sheltered habitat was more pronounced at higher turbidity. Besides this, sticklebacks reduced their activity levels with predator presence at higher turbidity and shoot density levels, suggesting a possible antipredator adaptation to avoid a predator. When exposed to a sudden appearance of an avian predator, sticklebacks showed a weaker antipredator response in turbid water, which suggests that turbidity degrades the risk assessment capabilities of sticklebacks. I found an effect of group size but not turbidity in the proportion of sticklebacks that fled to the shelter area, which indicates that sticklebacks are able to communicate among group members at the experimental turbidity levels. I found an overall negative effect of turbidity on food intake. Both turbidity and changes in the proportion of prey sizes played a significant role in a stickleback’s prey selection. At lower turbidity levels (clear <1 and 5 NTU) sticklebacks showed preferences for large prey, whereas in more turbid conditions and when the proportion of large to small prey increased sticklebacks became increasingly random in their prey selection. Finally, my results showed that groups of sticklebacks disperse themselves between feeding stations according to the reward ratios following the predictions of the ideal free distribution theory. However, they took a significantly longer time to reach the equilibrium distribution in turbid water than in clear water. In addition, they showed a slower response to changes in resource distribution in a turbid environment. These findings suggest that turbidity interferes with the information transfer among group foragers. It is important to understand that aquatic animals are often exposed to a degraded environment. The findings of this thesis suggest that algal turbidity negatively affects their behavioural performance. The results also shed light on the underlying behavioural strategies of sticklebacks in turbid conditions that might help them adapt to an altered environmental situation and increase their survival. In conclusion, I hold that although algal turbidity has detrimental effects on the antipredator and foraging behaviour of sticklebacks, their behavioural adjustment might help them adapt to a changing environment.

Introduced taxa in disturbed ecosystems

In the literature, introduced taxa are assumed to be present, more abundant, and occupy greater physical space in portions of ecosystems disturbed by human activity. This study tested this principle in two sites, Short Hills provincial Park ("SHU) and Backus Woods ("B~l"). spatial distribution of introduced taxa of vegetation, isopods, and earthworms was determined with the runs test along 300m transects encompassing gradients of anthropogenic disturbance severity. The hypothesis was that introduced taxa would be aggregated along these transects; the null hypothesis was that they would not be aggregated. The null hypothesis was rejected for the introduced taxa as a unit, and vegetation and earthworms individually. Introduced taxa were aggregated along 53.33% (N~30) and 57.14% (N~21) of the transects in SH and BW (respectively). Introduced vegetation (90.00%, N~10 and 100.00%, N~7) and earthworms (50.00%, N~10 and 50.00%, N~8) were also significantly aggregated within the sites. Introduced isopods, however, were not significantly aggregated at either place (20. 00%, N-=10 and 16. 67%, ~J~6). This study demonstrated that introduced taxa are aggregated within ecosystems disturbed by human activity. However, since introduced isopods were not significantly aggregated it was also shown that taxa respond differently.

Dynamique des communautés végétales et impacts des perturbations humaines sur la végétation des tourbières.

Ce mémoire visait à comprendre la dynamique temporelle et les patrons floristiques actuels de deux tourbières du sud-ouest du Québec (Small et Large Tea Field) et à identifier les facteurs anthropiques, environnementaux et spatiaux sous-jacents. Pour répondre aux objectifs, des inventaires floristiques anciens (1985) ont d’abord été comparés à des inventaires récents (2012) puis les patrons actuels et les facteurs sous-jacents ont été identifiés à l’aide d’analyses multi-variables. Mes résultats montrent d’abord qu’un boisement important s’est produit au cours des 30 dernières années dans les tourbières à l’étude, probablement en lien avec le drainage des terres agricoles avoisinantes, diminuant la hauteur de la nappe phréatique. Simultanément, les sphaignes ont proliférées dans le centre des sites s’expliquant par une recolonisation des secteurs ayant brûlés en 1983. D’autre part, mes analyses ont montré que les patrons floristiques actuels étaient surtout liés aux variables environnementales (pH et conductivité de l’eau, épaisseur des dépôts), bien que la variance associée aux activités humaines était aussi significative, notamment dans la tourbière Large (18.6%). Les patrons floristiques ainsi que les variables environnementales et anthropiques explicatives étaient aussi fortement structurés dans l’espace, notamment selon un gradient bordure-centre. Enfin, la diversité béta actuelle était surtout liée à la présence d’espèces non-tourbicoles ou exotiques. Globalement, cette étude a montré que les perturbations humaines passées et actuelles avaient un impact important sur la dynamique et la distribution de la végétation des tourbières Small et Large Tea Field.

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.

Phytophagous insect fauna tracks host plant responses to exotic grass invasion

The high dependence of herbivorous insects on their host plants implies that plant invaders can affect these insects directly, by not providing a suitable habitat, or indirectly, by altering host plant availability. In this study, we sampled Asteraceae flower heads in cerrado remnants with varying levels of exotic grass invasion to evaluate whether invasive grasses have a direct effect on herbivore richness independent of the current disturbance level and host plant richness. By classifying herbivores according to the degree of host plant specialization, we also investigated whether invasive grasses reduce the uniqueness of the herbivorous assemblages. Herbivorous insect richness showed a unimodal relationship with invasive grass cover that was significantly explained only by way of the variation in host plant richness. The same result was found for polyphagous and oligophagous insects, but monophages showed a significant negative response to the intensity of the grass invasion that was independent of host plant richness. Our findings lend support to the hypothesis that the aggregate effect of invasive plants on herbivores tends to mirror the effects of invasive plants on host plants. In addition, exotic plants affect specialist insects differently from generalist insects; thus exotic plants affect not only the size but also the structural profile of herbivorous insect assemblages.

Biodiversity conservation in human-modified Amazonian forest landscapes

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Contemporary gene flow and weak genetic structuring in Rococo toad (Rhinella schneideri) populations in habitats fragmented by agricultural activities

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Avaliação da organização da variabilidade genética em populações de anfíbios de hábitats antropizados por meio marcadores microssatélites

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

A ictiofauna no monitoramento da qualidade ambiental em um distrito industrial do estuário amazônico

Vila do Conde está localizada no município de Barcarena, Pará, Brasil. Nesta região está concentrado um importante pólo industrial de mineração, constituindo um fator de risco para a qualidade da água. Diante do exposto, este trabalho teve o objetivo de avaliar a qualidade da água no ambiente estuarino localizado no entorno de Vila do Conde utilizando a ictiofauna como bioindicador e o fígado de duas espécies de peixes como biomarcador histopatológico. As coletas do material abiótico (água) e da ictiofauna ocorreram em três áreas considerando os diferentes níveis de impacto: Zona 1, localizado no entorno do terminal portuário e industrial de Vila do Conde, considerada como alto risco de contaminação; Zona 2, localizada na ilha do Capim, na divisa dos municípios de Barcarena e Abaetetuba, classificada com risco médio de impacto; Zona 3, localizada na ilha das Onças, município de Barcarena, classificada com risco minímo por está distante das fontes de contaminação. Para todas as áreas de estudo foram feitas amostragens tanto no ambiente de canal quanto no canal de maré ao longo de quatro coletas bimestrais -, transição chuvoso para o seco (Junho 2009), seco (Setembro 2009), transição seco para chuvoso (Janeiro 2010) e período chuvoso (Abril 2010), no período de um ano de coleta. Para a obtenção dos dados foram utilizados rede de emalhar e rede de tapagem. Como forma de abordar diferentes vertentes sobre a qualidade da água em Vila do Conde, este trabalho foi dividido em etapas. A primeira etapa consistiu do uso da ictiofauna como bioindicadora (capítulo 1). Na segunda etapa foram selecionadas duas espécies abundantes com hábitos alimentares distintos, Plagioscion squamosissimus e Lithodoras dorsalis, para avaliar a saúde do ambiente através da utilização do fígado como iomarcador histopatológico (capítulo 2). Por fim todas as famílias de descritores da comunidade estudadas nos capítulos 1 e 2 foram integralizadas através do uso de índices de integridade biológica (capítulo 3). A análise da ictiofauna como bioindicadora mostrou que, para os dois ambientes (canal e igarapé), considerando as várias famílias de descritores, foi evidente a composição diferenciada entre os locais. Das 77 espécies capturadas, apenas 23 foram encontradas na zona 1. Adicionalmente, também foi observada a diminuição de organismos de grande porte. Este decréscimo foi considerado como uma resposta ecológica inicial as alterações antrópicas. A análise dos biomarcadores, feito através do estudo histopatológico do fígado se mostrou eficiente e demonstrou que presença antrópica naquela região está afetando a saúde da P. squamosissimus e L. dorsalis. O MAV (Mean Assessment Values), HAI (Histological Alteration Index) e o MDS (multidimensional scaling) mostraram claramente as diferenças entre as áreas estudadas. Nas áreas em que existe o contato mais próximo com o porto e as indústrias, as alterações foram mais severas e algumas consideradas irreversíveis para as duas espécies. As principais lesões encontradas nas duas espécies foram: o aumento do centro melanomacrófagos, degeneração gordurosa, inflamação nos hepatócitos, hepatite, congestão nos vasos e necrose focal. As alterações hepáticas observadas neste estudo foram mais intensas em P. squamosissimus que é carnívora e se alimenta na área de estudo predominantemente de camarão. Através dos índices de integridade todas as informações sobre a comunidade descritas anteriormente foram agregadas e denominadas de métricas. Para os dois ambientes (canal e igarapé), a curva de biomassa/dominância ABC mostrou que as zonas 1 e 2 apresentaram alterações, sendo estas áreas classificadas como moderadamente impactadas. Os índices BHI (Estuarine biological health index), EFCI (Estuarine fish community índex), TFCI (Transitional fish classification índex) e EBI (Estuarine biotic integrity index) foram considerados excelentes indicadores de integridade nas áreas de estudos e foram eficientes em mostrar alterações graves da comunidade de peixes na zona 1. Quanto à zona 2, já foi possível observar algum tipo de alteração no ambiente, mostrando que a contaminação não está se restringindo apenas ao entorno de Vila do Conde. As metodologias aplicadas foram capazes de detectar as interferências antrópicas na área de estudo e podem para ser replicadas em outros ambientes estuarinos. Entretanto, estudos mais detalhados e por um maior período de tempo ainda são necessários em Vila do Conde, principalmente relacionadas à bioacumulação de metais pesados nas principais espécies consumidas.

Rapid Assessment of Seed Removal and Frugivore Activity as a Tool for Monitoring the Health Status of Tropical Forests

Ecological processes in tropical forests are being affected at unprecedented rates by human activities. Yet, the continuity of ecological functions like seed dispersal is crucial for forest regeneration. It thus becomes increasingly urgent to be able to rapidly assess the health status of these processes in order to take appropriate management measures. We tested a method to rapidly evaluate seed removal rates on two animal-dispersed tree species, Virola kwatae and V.michelii (Myristicaceae), at three sites in French Guiana with increasing levels of anthropogenic disturbance. We counted fallen fruits, fruit valves, and seeds of each focal fruiting tree in a single 1m2 quadrat, and calculated two indices: the proportion of seeds removed and the proportion of fruits opened by mammals. They both provide an indirect and rapid assessment of frugivore activity. Our results showed a significant decrease in the proportion of removed seeds (16%) and fruits opened (19%) at the most impacted site in comparison with the other two sites (79% for seeds, 60% and 35% for fruits). This testifies to an increased impoverishment of the primate and toucan communities at the disturbed sites. This standardized protocol provides fast information about the health status of the community of seed dispersers and predators and of their seed removal services. It is time- and cost-effective and is not species-specific, allowing comparisons among sites or over time. We suggest using it with the pantropical Myristicaceae and any other capsule-producing family to rapidly assess the health status of seed removal processes across the tropics.

CHEMICAL AND BIOCHEMICAL PROPERTIES OF ARAUCARIA ANGUSTIFOLIA (BERT.) KTZE. FOREST SOILS IN THE STATE OF SAO PAULO

Araucaria angustifolia, commonly named Araucaria, is a Brazilian native species that is intensively exploited due to its timber quality. Therefore, Araucaria is on the list of species threatened by extinction. Despite the importance of soil for forest production, little is known about the soil properties of the highly fragmented Araucaria forests. This study was designed to investigate the use of chemical and biological properties as indicators of conservation and anthropogenic disturbance of Araucaria forests in different sampling periods. The research was carried out in two State parks of Sao Paulo: Parque Estadual Turistico do Alto do Ribeira and Parque Estadual de Campos de Jordao. The biochemical properties carbon and nitrogen in microbial biomass (MB-C and MB-N), basal respiration (BR), the metabolic quotient (qCO(2)) and the following enzyme activities: beta-glucosidase, urease, and fluorescein diacetate hydrolysis (FDA) were evaluated. The sampling period (dry or rainy season) influenced the results of mainly MB-C, MB-N, BR, and qCO(2). The chemical and biochemical properties, except K content, were sensitive indicators of differences in the conservation and anthropogenic disturbance stages of Araucaria forests. Although these forests differ in biochemical and chemical properties, they are efficient in energy use and conservation, which is shown by their low qCO(2), suggesting an advanced stage of succession.