Differential ecological impacts of an invader and a native under environmental change are revealed by comparative functional responses.

Predicting the ecological impacts of damaging invasive species under relevant environmental contexts is a major challenge, for which comparative functional responses (the relationship between resource availability and consumer uptake rate) have great potential. Here, the functional responses of Gammarus pulex, an ecologically damaging invader in freshwaters in Ireland and other islands, were compared with those of a native trophic equivalent Gammarus duebeni celticus. Experiments were conducted at two dissolved oxygen concentrations (80 and 50 % saturation), representative of anthropogenic water quality changes, using two larval prey, blackfly (Simuliidae spp.) and mayfly (Baetis rhodani). Overall, G. pulex had higher Type II functional responses and hence predatory impacts than G. d. celticus and the functional responses of both predators were reduced by lowered oxygen concentration. However, this reduction was of lower magnitude for the invader as compared to the native. Further, the invader functional response at low oxygen was comparable to that of the native at high oxygen. Attack rates of the two predators were similar, with low oxygen reducing these attack rates, but this effect occurred more strongly for blackfly than mayfly prey. Handling times were significantly lower for the invader compared with the native, and significantly higher at low oxygen, however, the effect of lowered oxygen on handling times was minimal for the invader and pronounced for the native. Maximum feeding rates were significantly greater for the invader compared with the native, and significantly reduced at low oxygen, with this effect again lesser for the invader as compared to the native. The greater functional responses of the invader corroborate with its impacts on recipient macroinvertebrate communities when it replaces the native. Further, our experiments predict that the impact of the invader will be less affected than the native under altered oxygen regimes driven by anthropogenic influences.

Forecasting invasions: resource use by mussels informs invasion patterns along the South African coast

Invasive species are often more able to rapidly and efficiently utilise resources than natives, and comparing per capita resource use at different resource densities among invaders and trophically analogous natives could allow for reliable predictions of invasiveness. In South Africa, invasion by the Mediterranean mussel Mytilus galloprovincialis has transformed wave-exposed shores, negatively affecting native mussel species. Currently, South Africa is experiencing a second mussel invasion with the recent detection of the South American Semimytilus algosus. We tested per capita uptake of an algal resource by invading M. galloprovincialis, S. algosus, and the native Aulacomya atra at different algal concentrations and temperatures, representing the west and south coasts of South Africa, to examine whether their per capita resource use could be a predictor of their spread and subsequent invasiveness. Regardless of temperature, M. galloprovincialis was the most efficient consumer, significantly reducing algal cells compared to the other species when the resource was presented in both low and high starting densities. Furthermore, these findings aligned with a greater biomass of M. galloprovincialis on the shore in comparison with the other species. Resource use by the new invader S. algosus was dependent on the density of resource and, although this species was efficient at low algal concentrations at cooler temperatures, this pattern broke down at higher algal densities. This was once more reflected in lower biomass in surveys of this species along the cool west coast. We therefore forecast that S. algosus will be become established along the south coast; however, we also predict that M. galloprovincialis will maintain dominance on these shores.

Identity of a Tilapia Pheromone Released by Dominant Males that Primes Females for Reproduction

Knowledge of the chemical identity and role of urinary pheromones in fish is scarce, yet it is necessary in order to understand the integration of multiple senses in adaptive responses and the evolution of chemical communication [1]. In nature, Mozambique tilapia (Oreochromis mossambicus) males form hierarchies, and females mate preferentially with dominant territorial males, which they visit in aggregations or leks [2]. Dominant males have thicker urinary bladder muscular walls than subordinates or females and store large volumes of urine, which they release at increased frequency in the presence of subordinate males or preovulatory, but not postspawned, females [3–5]. Females exposed to dominant-male urine augment their release of the oocyte maturation-inducing steroid 17α,20β-dihydroxypregn-4-en-3-one (17,20β-P) [6]. Here we isolate and identify a male Mozambique tilapia urinary sex pheromone as two epimeric (20α- and 20β-) pregnanetriol 3-glucuronates. We show that both males and females have high olfactory sensitivity to the two steroids, which cross-adapt upon stimulation. Females exposed to both steroids show a rapid, 10-fold increase in production of 17,20β-P. Thus, the identified urinary steroids prime the female endocrine system to accelerate oocyte maturation and possibly promote spawning synchrony. Tilapia are globally important as a food source but are also invasive species, with devastating impact on local freshwater ecosystems [7, 8]. Identifying the chemical cues that mediate reproduction may lead to the development of tools for population control [9–11].

Assessment of the genetic diversity of the pinewood nematode, Bursaphelenchus xylophilus, in Portugal

O nemátode da madeira do pinheiro (NMP), Bursaphelenchus xylophiius, tem uma extensa distribuição na América do Norte, e encontra-se atualmente distribuído ao longo da maioria dos territórios de Canadá e dos Estados Unidos. Durante o último século, esta espécie foi transportada pelo Homem para outras regiões do mundo (não-nativas), associadas com o comércio e o fluxo global de produtos de origem florestal. Atualmente, esta espécie invasiva está reportada para algumas regiões do SE asiático (China, Japão, Coreia e Taiwan) e mais recentemente para a Europa (Portugal). Devido ao impacto que este organismo agente da doença da murchidão dos pinheiros causa nas florestas nativas destas regiões esta espécie assume uma elevada importância económica a nível mundial Em Portugal, a distribuição do NMP encontra-se confinada a uma área restrita e limitada (500 000 ha), a sul de Lisboa (península de Setúbal); contudo, constitui uma das maiores ameaças às florestas de pinheiro do país e da UE. Ate recentemente, nenhum consenso existia quanto à origem do NMP em Portugal. Diversas hipóteses têm sido colocadas para explicar esta introdução, nomeadamente a partir de zonas onde o nematode ocorre naturalmente (América do Norte), ou de outras áreas (não-nativas) onde o nematode se comporta como uma espécie invasiva (Leste da Ásia). A fim de avaliar a variabilidade genética do NMP proveniente da área afetada em Portugal, foram utilizadas várias técnicas moleculares, designadamente o random amplified polymorphic DNA (RAPD-PCR) e o satellite DNA (satDNA). No caso do RAPD-PCR, foram utilizados 24 isolados do NMP provenientes de Portugal, 1 proveniente da América do Norte e 1 da Ásia, tendo sido utilizado como out-group um isolado de B. mucronatus. A partir dos 28 RAPD primers utilizados obtiveram-se 640 fragmentos. No caso do satDNA, foram utilizados 21 isolados do NMP provenientes de Portugal, obtendo-se no total 206 sequências da família MspI. Ambos os métodos revelaram uma elevada similaridade genética entre os vários isolados do NMP da área afetada em Portugal O nível reduzido de diversidade genética obtido entre os isolados portugueses do NMP, permite concluir que se trata de uma única introdução deste organismo em Portugal, e proveniente de uma região asiática. A inexistência de uma de correlação entre a variabilidade genética e a distribuição geográfica do NMP dentro da área afetada em Portugal, indica que o NMP se encontra distribuído de forma uniforme ao longo de toda a área afetada, provavelmente relacionado com a distribuição e a expansão natural do inseto vector. The pinewood nematode (PWN), Bursaphelenchus xylophilus, has a wide distribution in North America, and is present throughout most of the territories of Canada and the United Stata. During the last century, this species has been transported by man to several non-native regions of the world, associated with trade and the global flow of forest products. Up to date, this invasive species has been reported from Asia (PR China, Japan, Korea and Taiwan) and more recently in Europe (Portugal). Due to the impact on native pine forests of these regions, this nematode species, the causal agent of pine wilt disease, is of great economic importance worldwide. In Portugal, the distribution of the PWN has been constrained to a relatively small area (500 000 ha) in the south of Lisbon (Setúbal Peninsula); however, it has become the most serious threat to pine forests in the country. Until recently, no consensus had emerged on the possible pathway of the PWN introduction in Portugal. Several hypotheses have been put forward to explain this introduction, such as an origin from endemic areas where the nematode naturally occurs (North America), or non-endemic areas where the nematode behaves as an exotic pest (East Asia). Random amplified polymorphic DNA (RAPD-PCR) and satellite DNA (satDNA) techniques were used in order to assess the level of genetic variability and genetic relationships, among several isolates of the PWN, representative of the entire affected area in Portugal. In the case of RAPD-PCR, 24 Portuguese isolates, plus two additional isolates of B. xylophilus, representing North America and East Asia were included. B. mucronatus was used as an out-group. Twenty-eight random primers generated a total of 640 DNA fragments. With satDNA, 206 Mspl sequence repeats were obtained from 21 Portuguese isolates of B. xylophilus. Both molecular methods revealed a high genetic similarity among the Portuguese isolates, and the low level of genetic diversity strongly suggests that they were dispersed recently from a single introduction, and from East Asia. The lack of apparent relationship between the genetic variability and the geographic distribution of the PWN within the affected area, suggests that the recent introduction of this pest (and pathogen) in Portugal has been uniformly distributed since its establishment, probably following the natural distribution and expansion of the insect vector.

Effects of mixture of nanoparticles under different salinity in the clams Ruditapes philippinarum and Ruditapes decussatus

Dissertação de mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidadde do Algarve, 2015

Clams from Tagus estuary : microbiological, physiological and chemical responses to depuration, transpot and environmental stress

Tese de doutoramento, Biologia (Biologia Marinha e Aquacultuta), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

Common Ragweed: A Threat to Environmental Health in Europe

Common or short ragweed (Ambrosia artemisiifolia L.) is an annual herb belonging to the Asteraceae family that was described by Carl Linnaeus in the 18th century. It is a noxious invasive species that is an important weed in agriculture and a source of highly allergenic pollen. The importance placed on A. artemisiifolia is reflected by the number of international projects that have now been launched by the European Commission and the increasing number of publications being produced on this topic. This review paper examines existing knowledge about ragweed ecology, distribution and flowering phenology and the environmental health risk that this noxious plant poses in Europe. The paper also examines control measures used in the fight against it and state of the art methods for modelling atmospheric concentrations of this important aeroallergen. Common ragweed is an environmental health threat, not only in its native North America but also in many parts of the world where it has been introduced. In Europe, where the plant has now become naturalised and frequently forms part of the flora, the threat posed by ragweed has been identified and steps are being taken to reduce further geographical expansion and limit increases in population densities of the plant in order to protect the allergic population. This is particularly important when one considers possible range shifts, changes in flowering phenology and increases in the amount of pollen and allergenic potency that could be brought about by changes in climate.

Lessons Learnt From Ragweed and Birch Studies

Here we review some of the most important aspects of recent work on Ragweed (Ambrosia) and birch (Betula) concerning: 1) sources, 2) trends & phenology and 3) dispersion and transformation. Sources: At Northern latitudes the birch fraction in forests usually exceeds 50% of all broadleaved trees and the abundance of birch decreases with latitude from 5%-20% in many mid-latitude regions and down to 0%-2% in more southern areas. Birches are also commonly found in small woodlands or planted as ornamental trees in urban areas. Ragweeds are herbaceous weed species that are associated with areas of disturbance. Ragweed is native to North America, but considered an invasive species in Europe, Australia and China. In Europe, the four main centres are: The Pannonian Plain, Ukraine, The Po Valley (Italy) and the Rhone Valley (France). Trends & Phenology: Birch pollen seasons have started earlier during the last decades. This trend appears have decreased during recent years despite increasing spring temperatures. Ragweed tends to experience less change in flowering date as ragweed flowering depends on photoperiod. Ragweed is increasing its distribution in Europe, but airborne concentrations of ragweed pollen are not universally increasing, e.g. due to control measures or pest attacks. Dispersion & transformation: The beginning of the birch pollen season is often heralded by episodes of Long Distance Transport (LDT) from the south. Similar LDT episodes are intermittently seen for ragweed, which can reach as far north as Scandinavia. Humidity and air pollution can modify pollen grains during atmospheric transport. This can cause a change in allergenic potential of the pollen grain and is a direction for future research including the effect of co-exposure of air pollution and the transformation of aeroallergens.

A penectomia como técnica de controlo reprodutivo da espécie invasora Trachemys scripta em contexto zoológico

Dissertação de Mestrado Integrado em Medicina Veterinária

Annual Variation in Bee Community Structure in the Context of Disturbance (Niagara Region, South-Western Ontario)

This study examined annual variation in phenology, abundance and diversity of a bee community during 2003, 2004, 2006, and 2008 in recovered landscapes at the southern end of St. Catharines, Ontario, Canada. Overall, 8139 individuals were collected from 26 genera and sub-genera and at least 57 species. These individuals belonged to the 5 families found in eastern North America (Andrenidae, Apidae, Colletidae, Halictidae and Megachilidae). The bee community was characterized by three distinct periods of flight activity over the four years studied (early spring, late spring/early summer, and late summer). The number of bees collected in spring was significantly higher than those collected in summer. In 2003 and 2006 abundance was higher, seasons started earlier and lasted longer than in 2004 and 2008, as a result of annual rainfall fluctuations. Differences in abundance for low and high disturbance sites decreased with years. Annual trends of generic richness resembled those detected for species. Likewise, similarity in genus and species composition decreased with time. Abundant and common taxa (13 genera and 18 species) were more persistent than rarer taxa being largely responsible for the annual fluctuations of the overall community. Numerous species were sporadic or newly introduced. The invasive species Anthidium oblongatum was first recorded in Niagara in 2006 and 2008. Previously detected seasonal variation patterns were confirmed. Furthermore, this study contributed to improve our knowledge of temporal dynamics of bee communities. Understanding temporal variation in bee communities is relevant to assessing impacts caused on their habitats by diverse disturbances.

Impacts des emprises de lignes électriques sur la végétation des tourbières

Les infrastructures linéaires sont reconnues pour faciliter la dispersion de plantes indésirables dans leur emprise et les habitats adjacents. Toutefois, les impacts des emprises de lignes électriques ont été peu étudiés, particulièrement en milieux humides. Cette étude a examiné la végétation des emprises de lignes électriques et de leurs habitats adjacents dans 23 tourbières ombrotrophes (bogs) et 11 minérotrophes (fens). Dans les fens, la dispersion des espèces indésirables est facilitée le long des emprises et certaines espèces peuvent se propager à plus de 43 m dans les habitats adjacents. Au contraire, ces infrastructures ne semblent pas favoriser la dispersion des espèces indésirables dans les bogs puisque leur présence était limitée à la marge des sites et était négligeable dans les habitats tourbeux adjacents. Finalement, les caractéristiques intrinsèques des tourbières, telles leur degré de minérotrophie (bog ou fen) et leur structure végétale (tourbière ouverte, semi-forestière ou forestière) semblent grandement influencer l’envahissement.

Les transformations microbiennes de l’azote dans les grandes rivières

Les rivières reçoivent de l'azote de leurs bassins versants et elles constituent les derniers sites de transformations des nutriments avant leur livraison aux zones côtières. Les transformations de l’azote inorganique dissous en azote gazeux sont très variables et peuvent avoir un impact à la fois sur l’eutrophisation des côtes et les émissions de gaz à effet de serre à l’échelle globale. Avec l’augmentation de la charge en azote d’origine anthropique vers les écosystèmes aquatiques, les modèles d’émissions de gaz à effet de serre prédisent une augmentation des émissions d’oxyde nitreux (N2O) dans les rivières. Les mesures directes de N2O dans le Lac Saint-Pierre (LSP), un élargissement du Fleuve Saint-Laurent (SLR) indiquent que bien qu’étant une source nette de N2O vers l'atmosphère, les flux de N2O dans LSP sont faibles comparés à ceux des autres grandes rivières et fleuves du monde. Les émissions varient saisonnièrement et inter-annuellement à cause des changements hydrologiques. Les ratios d’émissions N2O: N2 sont également influencés par l’hydrologie et de faibles ratios sont observés dans des conditions de débit d'eau plus élevée et de charge en N élevé. Dans une analyse effectuée sur plusieurs grandes rivières, la charge hydraulique des systèmes semble moduler la relation entre les flux de N2O annuels et les concentrations de nitrate dans les rivières. Dans SLR, des tapis de cyanobactéries colonisant les zones à faible concentration de nitrate sont une source nette d’azote grâce à leur capacité de fixer l’azote atmosphérique (N2). Étant donné que la fixation a lieu pendant le jour alors que les concentrations d'oxygène dans la colonne d'eau sont sursaturées, nous supposons que la fixation de l’azote est effectuée dans des micro-zones d’anoxie et/ou possiblement par des diazotrophes hétérotrophes. La fixation de N dans les tapis explique le remplacement de près de 33 % de la perte de N par dénitrification dans tout l'écosystème au cours de la période d'étude. Dans la portion du fleuve Hudson soumis à la marée, la dénitrification et la production de N2 est très variable selon le type de végétation. La dénitrification est associée à la dynamique en oxygène dissous particulière à chaque espèce durant la marée descendante. La production de N2 est extrêmement élevée dans les zones occupées par les plantes envahissantes à feuilles flottantes (Trapa natans) mais elle est négligeable dans la végétation indigène submergée. Une estimation de la production de N2 dans les lits de Trapa durant l’été, suggère que ces lits représentent une zone très active d’élimination de l’azote. En effet, les grands lits de Trapa ne représentent que 2,7% de la superficie totale de la portion de fleuve étudiée, mais ils éliminent entre 70 et 100% de l'azote total retenu dans cette section pendant les mois d'été et contribuent à près de 25% de l’élimination annuelle d’azote.

Suivi des changements des utilisations/occupations du sol en milieu urbain par imagerie satellitale de résolution spatiale moyenne : le cas de la région métropolitaine de Montréal

De nos jours les cartes d’utilisation/occupation du sol (USOS) à une échelle régionale sont habituellement générées à partir d’images satellitales de résolution modérée (entre 10 m et 30 m). Le National Land Cover Database aux États-Unis et le programme CORINE (Coordination of information on the environment) Land Cover en Europe, tous deux fondés sur les images LANDSAT, en sont des exemples représentatifs. Cependant ces cartes deviennent rapidement obsolètes, spécialement en environnement dynamique comme les megacités et les territoires métropolitains. Pour nombre d’applications, une mise à jour de ces cartes sur une base annuelle est requise. Depuis 2007, le USGS donne accès gratuitement à des images LANDSAT ortho-rectifiées. Des images archivées (depuis 1984) et des images acquises récemment sont disponibles. Sans aucun doute, une telle disponibilité d’images stimulera la recherche sur des méthodes et techniques rapides et efficaces pour un monitoring continue des changements des USOS à partir d’images à résolution moyenne. Cette recherche visait à évaluer le potentiel de telles images satellitales de résolution moyenne pour obtenir de l’information sur les changements des USOS à une échelle régionale dans le cas de la Communauté Métropolitaine de Montréal (CMM), une métropole nord-américaine typique. Les études précédentes ont démontré que les résultats de détection automatique des changements dépendent de plusieurs facteurs tels : 1) les caractéristiques des images (résolution spatiale, bandes spectrales, etc.); 2) la méthode même utilisée pour la détection automatique des changements; et 3) la complexité du milieu étudié. Dans le cas du milieu étudié, à l’exception du centre-ville et des artères commerciales, les utilisations du sol (industriel, commercial, résidentiel, etc.) sont bien délimitées. Ainsi cette étude s’est concentrée aux autres facteurs pouvant affecter les résultats, nommément, les caractéristiques des images et les méthodes de détection des changements. Nous avons utilisé des images TM/ETM+ de LANDSAT à 30 m de résolution spatiale et avec six bandes spectrales ainsi que des images VNIR-ASTER à 15 m de résolution spatiale et avec trois bandes spectrales afin d’évaluer l’impact des caractéristiques des images sur les résultats de détection des changements. En ce qui a trait à la méthode de détection des changements, nous avons décidé de comparer deux types de techniques automatiques : (1) techniques fournissant des informations principalement sur la localisation des changements et (2)techniques fournissant des informations à la fois sur la localisation des changements et sur les types de changement (classes « de-à »). Les principales conclusions de cette recherche sont les suivantes : Les techniques de détection de changement telles les différences d’image ou l’analyse des vecteurs de changements appliqués aux images multi-temporelles LANDSAT fournissent une image exacte des lieux où un changement est survenu d’une façon rapide et efficace. Elles peuvent donc être intégrées dans un système de monitoring continu à des fins d’évaluation rapide du volume des changements. Les cartes des changements peuvent aussi servir de guide pour l’acquisition d’images de haute résolution spatiale si l’identification détaillée du type de changement est nécessaire. Les techniques de détection de changement telles l’analyse en composantes principales et la comparaison post-classification appliquées aux images multi-temporelles LANDSAT fournissent une image relativement exacte de classes “de-à” mais à un niveau thématique très général (par exemple, bâti à espace vert et vice-versa, boisés à sol nu et vice-versa, etc.). Les images ASTER-VNIR avec une meilleure résolution spatiale mais avec moins de bandes spectrales que LANDSAT n’offrent pas un niveau thématique plus détaillé (par exemple, boisés à espace commercial ou industriel). Les résultats indiquent que la recherche future sur la détection des changements en milieu urbain devrait se concentrer aux changements du couvert végétal puisque les images à résolution moyenne sont très sensibles aux changements de ce type de couvert. Les cartes indiquant la localisation et le type des changements du couvert végétal sont en soi très utiles pour des applications comme le monitoring environnemental ou l’hydrologie urbaine. Elles peuvent aussi servir comme des indicateurs des changements de l’utilisation du sol. De techniques telles l’analyse des vecteurs de changement ou les indices de végétation son employées à cette fin.

Effet de l’espèce de plante en marais filtrants artificiels selon la saison, le type de marais filtrant et la nature des polluants

Cette thèse a été codirigée par le Dr. Florent Chazarenc

Les routes d’invasion du criocère du lis (Lilioceris lilii) en Amérique du Nord

Le criocère du lis, Lilioceris lilii (Coleoptera : Chrysomelidae), un ravageur de lis et de fritillaires d’origine eurasienne, a été observé pour la première fois en Amérique du Nord en 1943 sur l’Ile de Montréal au Canada. Après y avoir été confiné pendant environ 25 années, ce coléoptère a par la suite progressé rapidement sur le territoire nord-américain. Actuellement, on l’observe dans huit provinces canadiennes et huit états américains. Cette étude a investigué les routes d’invasion utilisées par le criocère du lis au Canada et aux États- Unis avec l’aide de marqueurs génétiques AFLP. Pour ce faire, 516 individus parmi 34 sites en Amérique du Nord et en Europe ont été échantillonnés et analysés. Le premier objectif était de déterminer, en analysant la structure génétique des populations nord-américains, s’il y avait eu une ou plusieurs introductions en provenance d’Europe. Le deuxième objectif était d’identifier l’origine de la ou des populations introduites en Amérique du Nord. Finalement, le troisième objectif consistait à proposer un scénario d’invasion de L. lilii en Amérique du Nord basé sur les données de première mention et de structure génétique des populations échantillonnées. Les résultats démontrent une signature génétique distincte entre les criocères du lis du Canada et ceux des États-Unis, suggérant ainsi deux sources d’introductions indépendantes en Amérique du Nord, soit une première introduction à Montréal, Québec, dans les années 1940 et une seconde aux États-Unis au début des années 1990 à Cambridge, Massachusetts. De plus, les deux populations nord-américaines semblent provenir de différentes régions du nord de l’Europe, ce qui est conséquent avec le scénario suggérant deux sources d’introductions indépendantes. Chacune des populations aurait par la suite progressé respectivement dans leur pays d’introduction selon une dispersion de type stratifiée. En effet, la progression continue de L. lilii dans certaines régions suggère une dispersion naturelle de l’espèce sur le territoire nord-américain, alors que la progression rapide sur de longues distances semble être causée par le transport anthropique de lis contaminés.