The Environmental Status of the Port of HaminaKotka

This study is a part of the Ecologically Friendly Port Ust-Luga (EFP) project. The purpose of this study is to examine the environmental status of the Finnish ports and, more specifically, the Port of HaminaKotka. An analysis of the environmental status is performed mainly as a literature review, because the Finnish ports must comply with Finnish and EU legislation and with the binding international regulations and conventions created by different organizations. The International Maritime Organisation (IMO) has done groundbreaking work in the field of maritime safety and maritime environmental protection. The MARPOL convention has a great impact on decreasing pollution from international shipping and it applies to 99% of the world’s merchant tonnage. Pollution prevention covers: Oil pollution, Chemical pollution, Air pollution and GHG Emissions, Dumping of Wasted and Other Matters, Garbage, Sewage, Port Reception Facilities, Special Areas under MARPOL and Particularly Sensitive Sea Areas. There is also Pollution Prevention for other treaties like anti-fouling systems used on ships, the transfer of alien species by ships’ ballast water and the environmentally sound recycling of ships. There are more than twenty different EU and international regulations that influence ports and port operations in Finland. In addition, there is also national legislation that has an effect on Finnish ports. For the most part, the legislation for ports is common in the EU area, but the biggest and most important difference between the legislation in Finland and other EU countries is due to the Act on Environmental Impact Assessment Procedure. The Act states that the environmental impact assessment procedure shall be applied to projects that may have significant adverse environmental impacts, due to the special features of Finland`s nature and environment. In this Act, the term environmental impact refers to the direct and indirect effects inside and outside Finnish territory of a project or operations on human health, living conditions and amenity; soil, water, air, climate, organisms, interaction between them and biodiversity; community structure, buildings, landscape, townscape and cultural heritage; utilization of natural resources. In Finland, the Environmental Permit requires that ports collect all necessary information concerning environmental effects and make required reports to the Finnish authorities, stakeholders and the public. Commonly, environmental reporting is public and environmental achievements are emphasized in reporting and in media. At the moment, the problem in environmental reporting is that it’s difficult to compare data from different ports. There is enough data concerning the environmental effects and performance, but the manner of reporting and the quality of the data varies between ports. There are differences in the units and codes used, in some cases the information is not sufficient and it can even be rather unreliable. There are also differences regarding the subjects that are emphasized in reporting.

Macroalgae across environmental gradients : tools for managing rocky coastal areas of the northern Baltic Sea

Macroalgae are the main primary producers of the temperate rocky shores providing a three-dimensional habitat, food and nursery grounds for many other species. During the past decades, the state of the coastal waters has deteriorated due to increasing human pressures, resulting in dramatic changes in coastal ecosystems, including macroalgal communities. To reverse the deterioration of the European seas, the EU has adopted the Water Framework Directive (WFD) and the Marine Strategy Framework Directive (MSFD), aiming at improved status of the coastal waters and the marine environment. Further, the Habitats Directive (HD) calls for the protection of important habitats and species (many of which are marine) and the Maritime Spatial Planning Directive for sustainability in the use of resources and human activities at sea and by the coasts. To efficiently protect important marine habitats and communities, we need knowledge on their spatial distribution. Ecological knowledge is also needed to assess the status of the marine areas by involving biological indicators, as required by the WFD and the MSFD; knowledge on how biota changes with human-induced pressures is essential, but to reliably assess change, we need also to know how biotic communities vary over natural environmental gradients. This is especially important in sea areas such as the Baltic Sea, where the natural environmental gradients create substantial differences in biota between areas. In this thesis, I studied the variation occurring in macroalgal communities across the environmental gradients of the northern Baltic Sea, including eutrophication induced changes. The aim was to produce knowledge to support the reliable use of macroalgae as indicators of ecological status of the marine areas and to test practical metrics that could potentially be used in status assessments. Further, the aim was to develop a methodology for mapping the HD Annex I habitat reefs, using the best available data on geology and bathymetry. The results showed that the large-scale variation in the macroalgal community composition of the northern Baltic Sea is largely driven by salinity and exposure. Exposure is important also on smaller spatial scales, affecting species occurrence, community structure and depth penetration of algae. Consequently, the natural variability complicates the use of macroalgae as indicators of human-induced changes. Of the studied indicators, the number of perennial algal species, the perennial cover, the fraction of annual algae, and the lower limit of occurrence of red and brown perennial algae showed potential as usable indicators of ecological status. However, the cumulated cover of algae, commonly used as an indicator in the fully marine environments, showed low responses to eutrophication in the area. Although the mere occurrence of perennial algae did not show clear indicator potential, a distinct discrepancy in the occurrence of bladderwrack, Fucus vesiculosus, was found between two areas with differing eutrophication history, the Bothnian Sea and the Archipelago Sea. The absence of Fucus from many potential sites in the outer Archipelago Sea is likely due to its inability to recover from its disappearance from the area 30-40 years ago, highlighting the importance of past events in macroalgal occurrence. The methodology presented for mapping the potential distribution and the ecological value of reefs showed, that relatively high accuracy in mapping can be achieved by combining existing available data, and the maps produced serve as valuable background information for more detailed surveys. Taken together, the results of the theses contribute significantly to the knowledge on macroalgal communities of the northern Baltic Sea that can be directly applied in various management contexts.

Spatial variations at different observational scales and the seasonal distributions of stream macroalgae in a Brazilian subtropical region

We examined the relationships between environmental variations in lotic ecosystems with the seasonal dynamics of macroalgae communities at different spatial scales: drainage basin of two rivers (Rio das Pedras and Rio Marrecas), shading (open and shaded stream segments), mesohabitat (riffles and pools), and microhabitats. Data collections were made on a monthly basis between January and December/2007. A total of 16 taxa were encountered (13 species and 3 vegetative groups). All of the biotic parameters (richness, abundance, diversity, equitability, and dominance) were found to be highly variable at all of the spatial scales evaluated. On the other hand, abiotic variables demonstrated differences only at mesohabitat (in terms of current velocity) and shaded habitat (in terms of irradiance) scales. The seasonality of the macroalgae community structure was strongly influenced by microhabitat variables (current velocity, substrate H', and irradiance), demonstrating their importance over time and at different scales. Regional variables (temperature, oxygen saturation, specific conductance, pH, and turbidity) were found to have little influence on the temporal dynamics of the macroalgae communities evaluated.

Spatial and temporal variation in fish populations and assemblages in coastal waters of the northern Baltic Proper

The distribution and traits of fish are of interest both ecologically and socio-economically. In this thesis, phenotypic and structural variation in fish populations and assemblages was studied on multiple spatial and temporal scales in shallow coastal areas in the archipelago of the northern Baltic Proper. In Lumparn basin in Åland Islands, the fish assemblage displayed significant seasonal variation in depth zone distribution. The results indicate that investigating both spatial and temporal variation in small scale is crucial for understanding patterns in fish distribution and community structure in large scale. The local population of Eurasian perch Perca fluviatilis L displayed habitat-specific morphological and dietary variation. Perch in the pelagic zone were on average deeper in their body shape than the littoral ones and fed on fish and benthic invertebrates. The results differ from previous studies conducted in freshwater habitats, where the pelagic perch typically are streamlined in body shape and zooplanktivorous. Stable isotopes of carbon and nitrogen differed between perch with different stomach contents, suggesting differentiation of individual diet preferences. In the study areas Lumparn and Ivarskärsfjärden in Åland Islands and Galtfjärden in Swedish east coast, the development in fish assemblages during the 2000’s indicated a general shift towards higher abundances of small-bodied lower-order consumers, especially cyprinids. For European pikeperch Sander lucioperca L., recent declines in adult fish abundances and high mortalities (Z = 1.06–1.16) were observed, which suggests unsustainably high fishing pressure on pikeperch. Based on the results it can be hypothesized that fishing has reduced the abundances of large predatory fish, which together with bottom-up forcing by eutrophication has allowed the lower-order consumer species to increase in abundances. This thesis contributes to the scientific understanding of aquatic ecosystems with new descriptions on morphological and dietary adaptations in perch in brackish water, and on the seasonal variation in small-scale spatial fish distribution. The results also demonstrate anthropogenic effects on coastal fish communities and underline the urgency of further reducing nutrient inputs and regulating fisheries in the Baltic Sea region.

Dynamic ecosystems under anthropogenic stress : how does macrotidal sandy fauna respond to green tides?

Highly dynamic systems, often considered as resilient systems, are characterised by abiotic and biotic processes under continuous and strong changes in space and time. Because of this variability, the detection of overlapping anthropogenic stress is challenging. Coastal areas harbour dynamic ecosystems in the form of open sandy beaches, which cover the vast majority of the world’s ice-free coastline. These ecosystems are currently threatened by increasing human-induced pressure, among which mass-development of opportunistic macroalgae (mainly composed of Chlorophyta, so called green tides), resulting from the eutrophication of coastal waters. The ecological impact of opportunistic macroalgal blooms (green tides, and blooms formed by other opportunistic taxa), has long been evaluated within sheltered and non-tidal ecosystems. Little is known, however, on how more dynamic ecosystems, such as open macrotidal sandy beaches, respond to such stress. This thesis assesses the effects of anthropogenic stress on the structure and the functioning of highly dynamic ecosystems using sandy beaches impacted by green tides as a study case. The thesis is based on four field studies, which analyse natural sandy sediment benthic community dynamics over several temporal (from month to multi-year) and spatial (from local to regional) scales. In this thesis, I report long-lasting responses of sandy beach benthic invertebrate communities to green tides, across thousands of kilometres and over seven years; and highlight more pronounced responses of zoobenthos living in exposed sandy beaches compared to semi-exposed sands. Within exposed sandy sediments, and across a vertical scale (from inshore to nearshore sandy habitats), I also demonstrate that the effects of the presence of algal mats on intertidal benthic invertebrate communities is more pronounced than that on subtidal benthic invertebrate assemblages, but also than on flatfish communities. Focussing on small-scale variations in the most affected faunal group (i.e. benthic invertebrates living at low shore), this thesis reveals a decrease in overall beta-diversity along a eutrophication-gradient manifested in the form of green tides, as well as the increasing importance of biological variables in explaining ecological variability of sandy beach macrobenthic assemblages along the same gradient. To illustrate the processes associated with the structural shifts observed where green tides occurred, I investigated the effects of high biomasses of opportunistic macroalgae (Ulva spp.) on the trophic structure and functioning of sandy beaches. This work reveals a progressive simplification of sandy beach food web structure and a modification of energy pathways over time, through direct and indirect effects of Ulva mats on several trophic levels. Through this thesis I demonstrate that highly dynamic systems respond differently (e.g. shift in δ13C, not in δ15N) and more subtly (e.g. no mass-mortality in benthos was found) to anthropogenic stress compared to what has been previously shown within more sheltered and non-tidal systems. Obtaining these results would not have been possible without the approach used through this work; I thus present a framework coupling field investigations with analytical approaches to describe shifts in highly variable ecosystems under human-induced stress.

Automatic Inference of Graph Models for Complex Networks with Genetic Programming

Complex networks can arise naturally and spontaneously from all things that act as a part of a larger system. From the patterns of socialization between people to the way biological systems organize themselves, complex networks are ubiquitous, but are currently poorly understood. A number of algorithms, designed by humans, have been proposed to describe the organizational behaviour of real-world networks. Consequently, breakthroughs in genetics, medicine, epidemiology, neuroscience, telecommunications and the social sciences have recently resulted. The algorithms, called graph models, represent significant human effort. Deriving accurate graph models is non-trivial, time-intensive, challenging and may only yield useful results for very specific phenomena. An automated approach can greatly reduce the human effort required and if effective, provide a valuable tool for understanding the large decentralized systems of interrelated things around us. To the best of the author's knowledge this thesis proposes the first method for the automatic inference of graph models for complex networks with varied properties, with and without community structure. Furthermore, to the best of the author's knowledge it is the first application of genetic programming for the automatic inference of graph models. The system and methodology was tested against benchmark data, and was shown to be capable of reproducing close approximations to well-known algorithms designed by humans. Furthermore, when used to infer a model for real biological data the resulting model was more representative than models currently used in the literature.

Impacts de la fertilisation phosphatée sur la biodiversité microbienne de sols agricoles

La fertilisation phosphatée est très répandue dans les pratiques agricoles Nord-Américaines. Bien que généralement très efficace pour augmenter la production végétale, son utilisation peut engendrer certaines contaminations environnementales. Afin de diminuer ce problème, plusieurs pratiques de gestion sont envisagées. Parmi celles-ci, on retrouve l’intéressante possibilité de manipuler la flore microbienne car cette dernière est reconnue pour son implication dans bons nombres de processus fondamentaux liés à la fertilité du sol. Cette étude a démontré que lors d’essais en champs, la forme de fertilisant ajouté au sol ainsi que la dose de phosphore (P) appliquée avaient un impact sur la distribution des microorganismes dans les différentes parcelles. Une première expérience menée sur une culture de luzerne en prairie semi-aride a montré que les échantillons provenant de parcelles ayant reçu différentes doses de P présentaient des différences significatives dans leurs communautés bactériennes et fongiques. La communauté de CMA est restée similaire entre les différents traitements. Une deuxième expérience fut menée pendant trois saisons consécutives afin de déterminer l’effet de différentes formes de fertilisation organiques et minérale ajustées selon une dose unique de P sur les populations bactériennes et fongiques d’une culture intensive de maïs en rotation avec du soja. Les résultats des analyses ont montrés que les populations varient selon le type de fertilisation reçu et que les changements sont indépendants du type de végétaux cultivé. Par contre, les populations microbiennes subissent une variation plus marquée au cours de la saison de culture. La technique de DGGE a permis d’observer les changements frappant la diversité microbienne du sol mais n’a permis d’identifier qu’une faible proportion des organismes en cause. Parallèlement à cette deuxième étude, une seconde expérience au même site fut menée sur la communauté de champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) puisqu’il s’agit d’organismes vivant en symbiose mutualiste avec la majorité des plantes et favorisant la nutrition de même que l’augmentation de la résistance aux stress de l’hôte. Ceci permit d’identifier et de comparer les différents CMA présents dans des échantillons de sol et de racines de maïs et soja. Contrairement aux bactéries et aux champignons en général, les CMA présentaient une diversité très stable lors des différents traitements. Par contre, au cours des trois années expérimentales, il a été noté que certains ribotypes étaient significativement plus liés au sol ou aux racines. Finalement, l’ensemble de l’étude a démontré que la fertilisation phosphatée affecte la structure des communautés microbiennes du sol dans les systèmes évalués. Cependant, lors de chaque expérience, la date d’échantillonnage jouait également un rôle prépondérant sur la distribution des organismes. Plusieurs paramètres du sol furent aussi mesurés et ils présentaient aussi une variation au cours de la saison. L’ensemble des interactions possibles entre ces différents paramètres qui, dans certains cas, variaient selon le traitement appliqué, aurait alors probablement plus d’impact sur la biodiversité microbienne que la seule fertilisation.

Molecular biodiversity of microbial communities in polluted soils and their role in soil phytoremediation

Les métaux lourds (ML) s’accumulent de plus en plus dans les sols à l’échelle mondiale, d’une part à cause des engrais minéraux et divers produits chimiques utilisés en agriculture intensive, et d’autre part à cause des activités industrielles. Toutes ces activités génèrent des déchets toxiques qui s’accumulent dans l’environnement. Les ML ne sont pas biodégradables et leur accumulation cause donc des problèmes de toxicité des sols et affecte la biodiversité des microorganismes qui y vivent. La fertilisation en azote (N) est une pratique courante en agriculture à grande échelle qui permet d’augmenter la fertilité des sols et la productivité des cultures. Cependant, son utilisation à long terme cause plusieurs effets néfastes pour l'environnement. Par exemple, elle augmente la quantité des ML dans les sols, les nappes phréatiques et les plantes. En outre, ces effets néfastes réduisent et changent considérablement la biodiversité des écosystèmes terrestres. La structure des communautés des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) a été étudiée dans des sols contaminés par des ML issus de la fertilisation à long terme en N. Le rôle des différentes espèces de CMA dans l'absorption et la séquestration des ML a été aussi investigué. Dans une première expérience, la structure des communautés de CMA a été analysée à partir d’échantillons de sols de sites contaminés par des ML et de sites témoins non-contaminés. Nous avons constaté que la diversité des CMA indigènes a été plus faible dans les sols et les racines des plantes récoltées à partir de sites contaminés par rapport aux sites noncontaminés. Nous avons également constaté que la structure de la communauté d'AMF a été modifiée par la présence des ML dans les sols. Certains ribotypes des CMA ont été plus souvent associés aux sites contaminés, alors que d’autres ribotypes ont été associés aux sites non-contaminés. Cependant, certains ribotypes ont été observés aussi bien dans les sols pollués que non-pollués. Dans une deuxième expérience, les effets de la fertilisation organique et minérale (N) sur les différentes structures des communautés des CMA ont été étudiés. La variation de la structure de la communauté de CMA colonisant les racines a été analysée en fonction du type de fertilisation. Certains ribotypes de CMA étaient associés à la fertilisation organique et d'autres à la fertilisation minérale. En revanche, la fertilisation minérale a réduit le nombre de ribotypes de CMA alors que la fertilisation organique l’a augmenté. Dans cette expérience, j’ai démontré que le changement de structure des communautés de CMA colonisant des racines a eu un effet significatif sur la productivité des plantes. Dans une troisième expérience, le rôle de deux espèces de CMA (Glomus irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du cadmium (Cd) par des plants de tournesol cultivés dans des sols amendés avec trois niveaux différents de Cd a été évalué. J’ai démontré que les deux espèces de CMA affectent différemment l’absorption ou la séquestration de ce ML par les plants de tournesol. Cette expérience a permis de mieux comprendre le rôle potentiel des CMA dans l'absorption des ML selon la concentration de cadmium dans le sol et les espèces de CMA. Mes recherches de doctorat démontrent donc que la fertilisation en N affecte la structure des communautés des CMA dans les racines et le sol. Le changement de structure de la communauté de CMA colonisant les racines affecte de manière significative la productivité des plantes. J’ai aussi démontré que, sous nos conditions expériemntales, l’espèce de CMA G. irregulare a été observée dans tous les sites (pollués et non-pollués), tandis que le G. mosseae n’a été observé en abondance que dans les sites contaminés. Par conséquent, j’ai étudié le rôle de ces deux espèces (G. irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du Cd par le tournesol cultivé dans des sols amendés avec trois différents niveaux de Cd en serre. Les résultats indiquent que les espèces de CMA ont un potentiel différent pour atténuer la toxicité des ML dans les plantes hôtes, selon le niveau de concentration en Cd. En conclusion, mes travaux suggèrent que le G. irregulare est une espèce potentiellement importante pour la phytoextration du Cd, alors que le G. mosseae pourrait être une espèce appropriée pour phytostabilisation du Cd et du Zn.

Le roseau commun (Phragmites Australis) influence-t-il la composition spécifique et le développement larvaire d'amphibiens?

Les plantes envahissantes sont considérées comme l'une des plus grandes menaces sur les espèces, mais leurs impacts sur les amphibiens demeurent peu connus. L’objectif de ce projet est de déterminer l’effet de l’établissement du roseau commun (Phragmites australis) sur la répartition des amphibiens et sur leur développement larvaire. Il est présumé que cette plante s'accapare l'espace et les ressources disponibles en produisant une importante biomasse, qu’elle peut modifier l’hydrologie des marais et la structure des communautés d’amphibiens. J’ai évalué les facteurs influençant la répartition des amphibiens selon les caractéristiques des étangs et du paysage dans 50 sites envahis ou non à divers degrés. Des expériences ont également été menées afin d’étudier les répercussions de trois densités de roseau sur des têtards de la Grenouille des bois (Lithobates sylvaticus) et sur la qualité de son habitat. Mes résultats suggèrent que le roseau à forte densité ralentit le développement larvaire de la grenouille des bois et influence les assemblages phytoplanctoniques. Cependant, il n’y a aucune relation entre la densité de la plante et la survie, la morphologie des têtards et les caractéristiques biotiques et abiotiques de l’eau. Dans notre aire d’étude, le paysage autour des étangs a une plus grande influence sur la répartition des amphibiens que l'établissement du roseau. Toutefois, la probabilité d’assèchement est plus élevée lorsque la plante est établie en grande quantité, ce qui, si l’envahissement s’intensifie, aura un effet néfaste sur la survie des têtards et mettra en péril la persistance des populations.

Patrons de distribution des crustacés planctoniques dans le fleuve Saint-Laurent

La recherche porte sur les patrons de distribution longitudinale (amont-aval) et transversale (rive nord - rive sud) des communautés de crustacés planctoniques qui ont été analysés le long du fleuve Saint-Laurent entre le lac Saint-François et la zone de transition estuarienne, à deux hydropériodes en mai (crue) et en août (étiage). Les données zooplanctoniques et environnementales ont été récoltées à 52 stations réparties sur 16 transects transversaux en 2006. Au chapitre 1, nous présentons les principaux modèles écosystémiques en rivière, une synthèse des facteurs influençant le zooplancton en rivières et les objectifs et hypothèses de recherche. Au chapitre 2, nous décrivons la structure des communautés de zooplancton dans trois zones biogéographiques du fleuve et 6 habitats longitudinaux, ainsi que les relations entre la structure du zooplancton et la distribution spatiale des masses d’eau et les variables environnementales. Au chapitre 3, nous réalisons une partition de la variation des variables spatiales AEM (basées sur la distribution des masses d’eau) et des variables environnementales pour évaluer quelle part de la variation du zooplancton est expliquée par les processus hydrologiques (variables AEM) et les conditions locales (facteurs environnementaux). Le gradient salinité-conductivité relié à la discontinuité fleuve-estuaire a déterminé la distribution à grande échelle du zooplancton. Dans les zones fluviales, la distribution du zooplancton est davantage influencée par la distribution des masses d’eau que par les facteurs environnementaux locaux. La distribution des masses d’eau explique une plus grande partie de la variation dans la distribution du zooplancton en août qu’en mai.

Dynamiques de constitution de la communauté antiautoritaire au Québec, 2000-2010

Cette thèse par articles porte sur le processus de constitution de la communauté de mouvement social antiautoritaire au Québec, entre 2000 et 2010. Partant du constat de l’évolution de cet acteur politique d’inspiration anarchiste dans la province au cours de cette période, la thèse interroge les facteurs qui ont favorisé sa construction progressive autour de composantes diversifiées. Telles qu’elles se révèlent au grand jour vers la fin de la décennie, les composantes de cette communauté de mouvement social sont en effet hétérogènes au regard des enjeux qui retiennent leur attention, mais convergent néanmoins dans l’adoption de positions politiques, de stratégies d’action et de modes organisationnels caractéristiques de la perspective antiautoritaire contemporaine. Bien que l’environnement politique général dans lequel intervient la communauté antiautoritaire au Québec ait influencer son développement, la thèse démontre que les dynamiques internes à cette communauté sont celles qui ont assuré la pérennité de cet acteur politique en favorisant l’intégration de la diversité qui s’est exprimée en son sein au cours de la période étudiée. Le fait d’appréhender le mouvement antiautoritaire sous l’angle conceptuel de la communauté de mouvement social permet ainsi d’aborder le développement de cet acteur politique dans la continuité, au-delà des seuls moments publics d’interaction avec les autorités. Ce faisant, cette approche met également en lumière les facteurs endogènes qui ont contribué à son développement. Dans la lignée des travaux sur les mouvements sociaux qui proposent une perspective théorique synthétique liant la considération des aspects structurels et culturels dans l’analyse, l’étude du processus de constitution de la communauté antiautoritaire au Québec fait ressortir le rôle des dimensions organisationnelles et identitaires dans ce phénomène. Cette thèse par articles contribue à cette perspective théorique par l’application de l’approche mécanistique dans l’étude des mouvements sociaux. Celle-ci met en relief, d’une part, l’interaction de ces dimensions organisationnelles et identitaires dans la constitution de la communauté antiautoritaire et documente, d’autre part, les dynamiques qui leur sont inhérentes. Le passage graduel du mouvement antiautoritaire vers la configuration de communauté de mouvement social a ainsi été marqué, d’une part, par un processus de constitution organisationnelle qui a interagi avec le processus de démarcation identitaire en cours au sein du mouvement. D’autre part, la communauté antiautoritaire a pu se développer entre 2000 et 2010 grâce à un processus de conciliation identitaire réalisé par le travail identitaire des militants et des militantes. Ces processus ont favorisé la construction d’une identité collective fondée sur la lutte contre la pluralité des formes d’oppression, exprimée à la fois dans le discours et dans les pratiques des acteurs de la communauté antiautoritaire au Québec. La démonstration analytique proposée dans cette thèse repose sur une approche méthodologique de recherche-action participative combinant observation participante, analyse d’entretiens et étude de sources documentaires. L’interprétation empirique de la communauté antiautoritaire est basée sur un projet réalisé conjointement avec le Collectif de recherche sur l’autonomie collective (CRAC) de l’Université Concordia, à Montréal.

Classification et relations entre les traits fonctionnels des crustacés zooplanctoniques : de l’organisme à l’écosystème

Les écologistes reconnaissent depuis longtemps que les organismes sont soutenus par le flux, l’emmagasinage et le renouvellement d’énergie et de matériel de l’écosystème, puisqu’ils sont nécessaires au métabolisme biologique et à la construction de biomasse. L’importance des organismes dans la régularisation des processus écosystémiques est maintenant de plus en plus considérée. Situé au centre des chaînes trophiques aquatiques, le zooplancton influence les flux d’énergie et de matériel dans les écosystèmes. Plusieurs de leurs caractéristiques sont connues comme étant de bons indicateurs de leur effet sur l’environnement, notamment leur taille, contenu corporel et taux métabolique. La plupart de ces caractéristiques peuvent être appelées « traits fonctionnels ». Alors que l’emploi des traits devient de plus en plus populaire en écologie des communautés aquatiques, peu ont su utiliser cette approche afin de concrètement lier la structure des communautés zooplanctoniques aux processus écosystémiques. Dans cette étude, nous avons colligé les données provenant d’une grande variété de littérature afin de construire une base de données sur les traits du zooplancton crustacé contribuant directement ou indirectement aux flux de C, N et P dans les écosystèmes. Notre méta-analyse a permis d’assembler plus de 9000 observations sur 287 espèces et d’identifier par le fait même ce qu’il manque à nos connaissances. Nous avons examiné une série de corrélations croisées entre 16 traits, dont 35 étaient significatives, et avons exploré les relations entre les unités taxonomiques de même qu’entre les espèces marines et d’eaux douces. Notre synthèse a entre autres révélé des patrons significativement différents entre le zooplancton marin et dulcicole quant à leur taux de respiration et leur allométrie (masse vs. longueur corporelle). Nous proposons de plus une nouvelle classification de traits liant les fonctions des organismes à celles de l’écosystème. Notre but est d’offrir une base de données sur les traits du zooplancton, des outils afin de mieux lier les organismes aux processus écosystémiques et de stimuler la recherche de patrons généraux et de compromis entre les traits.

Diversité des organismes endophytes dans les racines de plantes poussant en milieu contaminé en hydrocarbures

Les champignons endophytes sont des organismes qui vivent à l’intérieur de plantes sans causer de symptômes de maladie apparents. Ils sont trouvés dans virtuellement toutes plante, et la nature des interactions peut aller de mutualiste à pathogène dépendant des conditions. La diversité et la structure des communautés des champignons endophytes dans les plantes poussant en milieu extrêmement pollué, ainsi que leur rôle potentiel pour améliorer la phytorémédiation, demeurent peu compris. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés aux communautés de champignons endophytes de racines de deux espèces de plantes (Eleocharis erythropoda et Populus sp.). Ces espèces poussaient de manière spontanée dans trois bassins de sédimentation d’un ancienne usine pétro-chimique ayant des niveaux de contaminations différents, en utilisant à la fois une approche d’isolation d’organisme ainsi que des analyses de pyroséquençage de l’ITS d’ADN ribosomal. Nos résultats indiquent que les niveaux de contamination ont un effet significatif sur la composition taxonomique des champignons endophytes des racines de E. erythropoda. Une majorité des données de séquences appartiennent à la classe des Dothideomycetes dans les échantillons de forte concentration en hydrocarbures pétroliers, dont une majorité appartient au genre Alternaria. La comparaison des données d’isolation et de pyroséquençage suggère que l’isolation de souches ne permet pas l’obtention des souches les plus représentées dans les données de pyroséquençage. Ces résultats pourront potentiellement aider à l’élaboration de stratégies pour améliorer la phytorémédiation en utilisant les champignons endophytes.

La génomique évolutive mitochondriale révèle des échanges génétiques et la ségrégation chez les Gloméromycètes

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) sont des organismes microscopiques du sol qui jouent un rôle crucial dans les écosystèmes naturels et que l’on retrouve dans tous les habitats de la planète. Ils vivent en relation symbiotique avec la vaste majorité des plantes terrestres. Ils sont des biotrophes obligatoires, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent croître qu'en présence d'une plante hôte. Cette symbiose permet entre autres à la plante d'acquérir des nutriments supplémentaires, en particulier du phosphore et du nitrate. Malgré le fait que cette symbiose apporte des services importants aux écosystèmes, la richesse des espèces, la structure des communautés, ainsi que la diversité fonctionnelle des CMA sont mal connues et l'approfondissement des connaissances dans ces domaines dépend d’outils de diagnostic moléculaire. Cependant, la présence de polymorphisme nucléaire intra-isolat combiné à un manque de données génomiques dans différents groupes phylogénétique de ces champignons complique le développement de marqueurs moléculaires et la détermination de l'affiliation évolutive à hauts niveaux de résolution (c.a.d. entre espèces génétiquement similaires et/ou isolats de la même espèce). . Pour ces raisons, il semble une bonne alternative d’utiliser un système génétique différent en ciblant le génome mitochondrial, qui a été démontré homogène au sein d'un même isolat de CMA. Cependant, étant donné le mode de vie particulier de ces organismes, une meilleure compréhension des processus évolutifs mitochondriaux est nécessaire afin de valoriser l'utilisation de tels marqueurs dans des études de diversité et en génétique des populations. En ce sens, mon projet de doctorat consistait à investiguerétudier: i) les vecteurs de divergences inter-isolats et -espèces génétiquement rapprochéesphylogénétiquement apparentées, ii) la plasticité des génomes mitochondriaux, iii) l'héritabilité mitochondriale et les mécanismes potentiels de ségrégation, ainsi que iv) la diversité mitochondriale intra-isolat in situ. À l'aide de la génomique mitochondriale comparative, en utilisant le séquençage nouvelle génération, on a démontré la présence de variation génétique substantielle inter-isolats et -espèces, engendrées par l'invasion d'éléments mobiles dans les génomes mitochondriaux des CMA, donnant lieu à une évolution moléculaire rapide des régions intergéniques. Cette variation permettait de développer des marqueurs spécifiques à des isolats de la même espèce. Ensuite, à l'aide d'une approche analytique par réseaux de gènes sur des éléments mobiles, on a été en mesure de démontrer des évènements de recombinaisons homologues entre des haplotypes mitochondriaux distincts, menant à des réarrangements génomiques. Cela a permis d'ouvrir les perspectives sur la dynamique mitochondriale et l'hétéroplasmie dans un même isolatsuggère une coexistence de différents haplotypes mitochondriaux dans les populations naturelles et que les cultures monosporales pourraient induirent une sous-estimation de la diversité allélique mitochondriale. Cette apparente contradiction avec l'homogénéité mitochondriale intra-isolat généralement observée, a amené à investiguer étudier les échanges génétiques à l'aide de croisements d'isolats génétiquement distincts. Malgré l'observation de quelques spores filles hétéroplasmiques, l'homoplasmie était le statut par défaut dans toutes les cultures monosporales, avec un biais en faveur de l'un des haplotypes parentaux. Ces résultats suggèrent que la ségrégation opère durant la formation de la spore et/ou le développement de la coloniedu mycélium. De plus, ils supportent la présence d'une machinerie protéique de ségrégation mitochondriale chez les CMAAMF, où l'ensemble des gènes impliqués dans ce mécanisme ont été retrouvé et sont orthologues aux autres champignons. Finalement, on est revenue aux sources avecon a étudié le polymorphisme mitochondrial intra-isolat à l'aide d'une approche conventionnelle de PCR en utilisant une Taq polymérase de haute fidélité, suivie de clonage et de séquençage Sanger, sur deux isolats de R. irregularis. Cela a permis l'observation d'hétéroplasmie in situ, ainsi que la co-expression de variantes de variantes de protéines'ARNm dans une souche in vitro. Les résultats suggèrent que d'autres études basées sur le séquençage nouvelle génération aurait potentiellement ignorée cette variation, offrant ainsi plusieurs nouveaux arguments permettant de considérer les CMA comme des organismes possédant une population de génomes mitochondriaux et nucléaires distincts.

Contribution des légumineuses, des champignons endophytes et mycorhiziens dans la nutrition azotée des prairies indigènes semi-arides

Les prairies indigènes présentent une source importante d'alimentation pour le pâturage du bétail dans les prairies Canadiennes semi-arides. L'addition de légumineuses fixatrices d'azote et de phosphore dans les prairies indigènes peut améliorer la productivité et la valeur nutritive de fourrage. Ces pratiques peuvent induire des modifications de la structure et de la diversité des communautés fongiques du sol, ce qui peut en retour avoir un impact sur la production et le contenu nutritionnel du fourrage. L’objectif de cette étude était de développer un système de pâturage à bas niveau d’intrants, productif, autonome et durable. À court terme, nous voulions 1) déterminer l'effet des légumineuses (Medicago sativa, une légumineuse cultivée ou Dalea purpurea, une légumineuse indigène) et la fertilité en phosphore du sol sur la productivité et la valeur nutritive des graminées indigènes, comparées avec celles de la graminée introduite Bromus biebersteinii en mélange avec le M. sativa, 2) identifier l'effet de ces pratiques sur la diversité et la structure des communautés des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) et des champignons totaux, 3) identifier l'effet des légumineuses et des CMA sur les interactions compétitives entre les graminées de saison fraîche et les graminées de saison chaude. Les expériences menées au champ ont montré que M. sativa améliorait les teneurs en azote et en phosphore des graminées indigènes au début de l'été, ainsi que la teneur en azote de la graminée de saison chaude Bouteloua gracilis à la fin de l'été de l'année sèche 2009. Par contre, la fertilité en phosphore du sol n'ait pas affecté la productivité des plantes. D'autre part, l'inclusion des légumineuses augmentait la diversité des CMA dans le mélange de graminées indigènes. Cette modification présentait des corrélations positives avec la productivité et la quantité totale d'azote chez le M. sativa et avec la teneur en phosphore des graminées indigènes, au début de l'été. La structure des communautés de champignons totaux était influencée par l'interaction entre le mélange des espèces et la fertilité en phosphore du sol seulement en 2008 (année humide). Cet effet pourrait être lié en partie avec la productivité des plantes et l'humidité du sol. Les expériences menées en chambre de culture ont montré que les CMA peuvent favoriser la productivité des graminées de saison chaude au détriment des graminées de saison fraîche. En effet, Glomus cubense augmentait la productivité de la graminée de saison chaude B. gracilis, en présence de M. sativa. Cet effet pourrait être associé à l’effet négatif du G. cubense sur la fixation de l’azote par le M. sativa et à la diminution de l’efficacité d’utilisation de l'azote de certaines graminées de saison fraîche résultant en une augmentation de la disponibilité de l'azote pour B. gracilis. Par contre, le Glomus sp. augmentait la biomasse de Schizachyrium scoparium, autre graminée de saison chaude, en absence de légumineuse. Ce phénomène pourrait être attribuable à une amélioration de l’efficacité d’utilisation du P de cette graminée. En conclusion, mes travaux de recherche ont montré que la légumineuse cultivée M. sativa peut améliorer la valeur nutritive des graminées indigènes au début de l'été ainsi que celle de la graminée de saison chaude B. gracilis, dans des conditions de sécheresse sévère de la fin de l'été. De plus, l'addition de M. sativa dans le mélange de graminées indigènes peut contribuer à augmenter le nombre des espèces bénéfiques des CMA pour la production et la nutrition du fourrage au début de l'été.