Potential impacts of climate change on agriculture and food safety within the island of Ireland

Climate and other environmental change presents a number of challenges for effective food safety. Food production, distribution and consumption takes place within functioning ecosystems but this backdrop is often ignored or treated as static and unchanging. The risks presented by environmental change include novel pests and diseases, often caused by problem species expanding their spatial distributions as they track changing conditions, toxin generation in crops, direct effects on crop and animal production, consequences for trade networks driven by shifting economic viability of production methods in changing environments and finally, wholesale transformation of ecosystems as they respond to novel climatic regimes.

Initial insights on the biodiversity potential of biosolar roofs: A London Olympic Park green roof case study

Cities dominated by impervious artificial surfaces can experience myriad negative environmental impacts. Restoration of green infrastructure has been identified as a mechanism for increasing urban resilience, enabling cities to transition towards sustainable futures in the face of climate-driven change. Building rooftops represent a viable space for integrating new green infrastructure into high density urban areas. Urban rooftops also provide prime locations for photovoltaic (PV) systems. There is increasing recognition that these two technologies can be combined to deliver reciprocal benefits in terms of energy efficiency and biodiversity targets. Scarcity of scientific evaluation of the interaction between PVs and green roofs means that the potential benefits are currently poorly understood. This study documents evidence from a biodiversity monitoring study of a substantial biosolar roof installed in the Queen Elizabeth Olympic Park. Vegetation and invertebrate communities were sampled and habitat structure measured in relation to habitat niches on the roof, including PV panels. Ninety-two plant species were recorded on the roof and variation in vegetation structure associated with proximity to PV panels was identified. Almost 50% of target invertebrate species collected were designated of conservation importance. Arthropod distribution varied in relation to habitat niches on the roof. The overall aim of the MPC green roof design was to create a mosaic of habitats to enhance biodiversity, and the results of the study suggest that PV panels can contribute to niche diversity on a green roof. Further detailed study is required to fully characterise the effects of PV panel density on biodiversity.

Thesis abstract. Applying species distribution modeling for the conservation of Iberian protected invertebrates

This article outlines the approaches to modeling the distribution of threatened invertebrates using data from atlases, museums and databases. Species Distribution Models (SDMs) are useful for estimating species’ ranges, identifying suitable habitats, and identifying the primary factors affecting species’ distributions. The study tackles the strategies used to obtain SDMs without reliable absence data while exploring their applications for conservation. I examine the conservation status of Copris species and Graellsia isabelae by delimiting their populations and exploring the effectiveness of protected areas. I show that the method of pseudo‐absence selection strongly determines the model obtained, generating different model predictions along the gradient between potential and realized distributions. After assessing the effects of species’ traits and data characteristics on accuracy, I found that species are modeled more accurately when sample sizes are larger, no matter the technique used.

Assessing the effects of pseudo-absences on predictive distribution model performance

Modelling species distributions with presence data from atlases, museum collections and databases is challenging. In this paper, we compare seven procedures to generate pseudoabsence data, which in turn are used to generate GLM-logistic regressed models when reliable absence data are not available. We use pseudo-absences selected randomly or by means of presence-only methods (ENFA and MDE) to model the distribution of a threatened endemic Iberian moth species (Graellsia isabelae). The results show that the pseudo-absence selection method greatly influences the percentage of explained variability, the scores of the accuracy measures and, most importantly, the degree of constraint in the distribution estimated. As we extract pseudo-absences from environmental regions further from the optimum established by presence data, the models generated obtain better accuracy scores, and over-prediction increases. When variables other than environmental ones influence the distribution of the species (i.e., non-equilibrium state) and precise information on absences is non-existent, the random selection of pseudo-absences or their selection from environmental localities similar to those of species presence data generates the most constrained predictive distribution maps, because pseudo-absences can be located within environmentally suitable areas. This study showsthat ifwe do not have reliable absence data, the method of pseudo-absence selection strongly conditions the obtained model, generating different model predictions in the gradient between potential and realized distributions.

Modeling the suitable habitat of a structural red gorgonian species in the Mediterranean/east Atlantic regions predicts a wider distribution than previously known

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

Potential Impact of Climate Change on Fungal Distributions: Analysis of 2 Years of Contrasting Weather in the UK

The impact of climate change on fungal growth and spore production is less well documented than for allergenic pollen grains, although similar implications for respiratory tract diseases in humans occur. Fungal spores are commonly described as either “dry” or “wet” according to the type of weather associated with their occurrence in the air. This study examined the distribution of selected fungal spores (Alternaria spp., Cladosporium spp., Didymella spp., Epicoccum spp., Leptosphaeria spp. and rusts) occurring in the West Midlands of UK during 2 years of contrasting weather. Spore specimens were collected using a 7-day volumetric air sampler and then analysed with the aid of light microscopy. Distributions of spores were then studied using normality tests and Mann–Whitney U test, while relationships with meteorological parameters were investigated using Spearman’s rank test and angular-linear correlation for wind direction analysis. Our results showed that so-called wet spores were more sensitive to the weather changes showing statistically significant differences between the 2 years of study, in contrast to “dry” spores. We predict that in following years we will observe accelerated levels in allergenic fungal spore production as well as changes in species diversity. This study could be a starting point to revise the grouping system of fungal spores as either “dry” or “wet” types and their response to climate change

Beach sand and the potential for infectious disease transmission: observations and recommendations

Recent studies suggest that sand can serve as a vehicle for exposure of humans to pathogens at beach sites, resulting in increased health risks. Sampling for microorganisms in sand should therefore be considered for inclusion in regulatory programmes aimed at protecting recreational beach users from infectious disease. Here, we review the literature on pathogen levels in beach sand, and their potential for affecting human health. In an effort to provide specific recommendations for sand sampling programmes, we outline published guidelines for beach monitoring programmes, which are currently focused exclusively on measuring microbial levels in water. We also provide background on spatial distribution and temporal characteristics of microbes in sand, as these factors influence sampling programmes. First steps toward establishing a sand sampling programme include identifying appropriate beach sites and use of initial sanitary assessments to refine site selection. A tiered approach is recommended for monitoring. This approach would include the analysis of samples from many sites for faecal indicator organisms and other conventional analytes, while testing for specific pathogens and unconventional indicators is reserved for high-risk sites. Given the diversity of microbes found in sand, studies are urgently needed to identify the most significant aetiological agent of disease and to relate microbial measurements in sand to human health risk.

Groundwater quality, vulnerability and potential assessment in Kobo Valley development project, Ethiopia

This study deals with investigating the groundwater quality for irrigation purpose, the vulnerability of the aquifer system to pollution and also the aquifer potential for sustainable water resources development in Kobo Valley development project. The groundwater quality is evaluated up on predicting the best possible distribution of hydrogeochemicals using geostatistical method and comparing them with the water quality guidelines given for the purpose of irrigation. The hydro geochemical parameters considered are SAR, EC, TDS, Cl-, Na+, Ca++, SO4 2- and HCO3 -. The spatial variability map reveals that these parameters falls under safe, moderate and severe or increasing problems. In order to present it clearly, the aggregated Water Quality Index (WQI) map is constructed using Weighted Arithmetic Mean method. It is found that Kobo-Gerbi sub basin is suffered from bad water quality for the irrigation purpose. Waja Golesha sub-basin has moderate and Hormat Golena is the better sub basin in terms of water quality. The groundwater vulnerability assessment of the study area is made using the GOD rating system. It is found that the whole area is experiencing moderate to high risk of vulnerability and it is a good warning for proper management of the resource. The high risks of vulnerability are noticed in Hormat Golena and Waja Golesha sub basins. The aquifer potential of the study area is obtained using weighted overlay analysis and 73.3% of the total area is a good site for future water well development. The rest 26.7% of the area is not considered as a good site for spotting groundwater wells. Most of this area fall under Kobo-Gerbi sub basin.

Species distribution models reveal apparent competitive and facilitative effects of a dominant species on the distribution of tundra plants

Abiotic factors are considered strong drivers of species distribution and assemblages. Yet these spatial patterns are also influenced by biotic interactions. Accounting for competitors or facilitators may improve both the fit and the predictive power of species distribution models (SDMs). We investigated the influence of a dominant species, Empetrum nigrum ssp. hermaphroditum, on the distribution of 34 subordinate species in the tundra of northern Norway. We related SDM parameters of those subordinate species to their functional traits and their co-occurrence patterns with E. hermaphroditum across three spatial scales. By combining both approaches, we sought to understand whether these species may be limited by competitive interactions and/or benefit from habitat conditions created by the dominant species. The model fit and predictive power increased for most species when the frequency of occurrence of E. hermaphroditum was included in the SDMs as a predictor. The largest increase was found for species that 1) co-occur most of the time with E. hermaphroditum, both at large (i.e. 750 m) and small spatial scale (i.e. 2 m) or co-occur with E. hermaphroditum at large scale but not at small scale and 2) have particularly low or high leaf dry matter content (LDMC). Species that do not co-occur with E. hermaphroditum at the smallest scale are generally palatable herbaceous species with low LDMC, thus showing a weak ability to tolerate resource depletion that is directly or indirectly induced by E. hermaphroditum. Species with high LDMC, showing a better aptitude to face resource depletion and grazing, are often found in the proximity of E. hermaphroditum. Our results are consistent with previous findings that both competition and facilitation structure plant distribution and assemblages in the Arctic tundra. The functional and co-occurrence approaches used were complementary and provided a deeper understanding of the observed patterns by refinement of the pool of potential direct and indirect ecological effects of E. hermaphroditum on the distribution of subordinate species. Our correlative study would benefit being complemented by experimental approaches.

Investigation of the applicability of LVDC microgrids in utility distribution in Russia

The research towards efficient, reliable and environmental-friendly power supply solutions is producing growing interest to the “Smart Grid” approach for the development of the electricity networks and managing the increasing energy consumption. One of the novel approaches is an LVDC microgrid. The purpose of the research is to analyze the possibilities for the implementation of LVDC microgrids in public distribution networks in Russia. The research contains the analysis of the modern Russian electric power industry, electricity market, electricity distribution business, regulatory framework and standardization, related to the implementation of LVDC microgrid concept. For the purpose of the economic feasibility estimation, a theoretical case study for comparing low voltage AC and medium voltage AC with LVDC microgrid solutions for a small settlement in Russia is presented. The results of the market and regulatory framework analysis along with the economic comparison of AC and DC solutions show that implementation of the LVDC microgrid concept in Russia is possible and can be economically feasible. From the electric power industry and regulatory framework point of view, there are no serious obstacles for the LVDC microgrids in Russian distribution networks. However, the most suitable use cases at the moment are expected to be found in the electrification of remote settlements, which are isolated from the Unified Energy System of Russia.

Training distribution and the acquisition of maximal isometric elbow flexion strength

Twenty-six sedentary, college-aged females were matched and randomly assigned to one of two groups. The massed group (n=13) completed 15 maximal isometric elbow flexion strength trials in one session, while the distributed group (n=13) performed five such contractions on three successive days. After a two-week and three month rest interval, both groups returned to perfonn another five maximal isometric elbow flexion strength trials to assess retention of any potential strength gains. Elbow flexion torque and surface electromyography (SEMG) of the biceps and triceps were monitored concurrently. There was a significant (P < 0.05) increase in strength in both groups from block one (first five contractions) to block four (first retest) and from block one to block five (second retest). Both groups exhibited a similar linear increasing (P < 0.05) trend in biceps root-mean-square (RMS) SEMG amplitude. A significant (P < 0.05) decrease in triceps RMS SEMG amplitude was found between block one and block four for the distributed group. However, a significant (P < 0.05) increase was then found between block one and five for the massed group, and between blocks four and five for distributed group. These results suggest that there is flexibility in resistive exercise schedules. An increase in neural drive to the agonist muscle continued throughout testing. This was accompanied by a reduction in antagonist co activation that was a short-tenn (two weeks) training effect, dissipated over the longer rest interval (three months).

Investigating the potential of thecamoebians (testate amoebae) as bio-indicators of impact of oil sands mining operations on freshwater environments in Northeastern Alberta, Canada

Thecamoebian (testate amoeba) species diversity and assemblages in reclamation wetlands and lakes in northeastern Alberta respond to chemical and physical parameters associated with oil sands extraction. Ecosystems more impacted by OSPM (oil sands process-affected material) contain sparse, low-diversity populations dominated by centropyxid taxa and Arcella vulgaris. More abundant and diverse thecamoebian populations rich in difflugiid species characterize environments with lower OSPM concentrations. These shelled protists respond quickly to environmental change, allowing year-to-year variations in OSPM impact to be recorded. Their fossil record thus provides corporations with interests in the Athabasca Oil Sands with a potential means of measuring the progression of highlyimpacted aquatic environments to more natural wetlands. Development of this metric required investigation of controls on their fossil assemblage (e.g. seasonal variability, fossilization potential) and their biogeographic distribution, not only in the constructed lakes and wetlands on the oil sands leases, but also in natural environments across Alberta.

Investigating the role of potential genetic markers that can predict risk for steroid refractory inflammatory bowel disease

Contexte - La variation interindividuelle de la réponse aux corticostéroïdes (CS) est un problème important chez les patients atteints de maladies inflammatoires d’intestin. Ce problème est bien plus accentué chez les enfants avec la prévalence de la corticodépendance extrêmement (~40 %) élevée. La maladie réfractaire au CS a des répercussions sur le développement et le bien-être physique et psychologique des patients et impose des coûts médicaux élevés, particulièrement avec la maladie active comparativement à la maladie en rémission, le coût étant 2-3 fois plus élevé en ambulatoire et 20 fois plus élevé en hôpital. Il est ainsi primordial de déterminer les marqueurs prédictifs de la réponse aux CS. Les efforts précédents de découvrir les marqueurs cliniques et démographiques ont été équivoques, ce qui souligne davantage le besoin de marqueurs moléculaires. L'action des CS se base sur des processus complexes déterminés génétiquement. Deux gènes, le ABCB1, appartenant à la famille des transporteurs transmembraneaux, et le NR3C1, encodant le récepteur glucocorticoïde, sont des éléments importants des voies métaboliques. Nous avons postulé que les variations dans ces gènes ont un rôle dans la variabilité observée de la réponse aux CS et pourraient servir en tant que les marqueurs prédictifs. Objectifs - Nous avons visé à: (1) examiner le fardeau de la maladie réfractaire aux CS chez les enfants avec la maladie de Crohn (MC) et le rôle des caractéristiques cliniques et démographiques potentiellement liés à la réponse; (2) étudier l'association entre les variantes d'ADN de gène ABCB1 et la réponse aux CS; (3) étudier les associations entre les variantes d'ADN de gène NR3C1 et la réponse aux CS. Méthodes - Afin d’atteindre ces objectifs, nous avons mené une étude de cohorte des patients recrutés dans deux cliniques pédiatriques tertiaires de gastroentérologie à l’Ottawa (CHEO) et à Montréal (HSJ). Les patients avec la MC ont été diagnostiqués avant l'âge de 18 ans selon les critères standard radiologiques, endoscopiques et histopathologiques. La corticorésistance et la corticodépendance ont été définies en adaptant les critères reconnus. L’ADN, acquise soit du sang ou de la salive, était génotypée pour des variations à travers de gènes ABCB1 et NR3C1 sélectionnées à l’aide de la méthodologie de tag-SNP. La fréquence de la corticorésistance et la corticodépendance a été estimée assumant une distribution binomiale. Les associations entre les variables cliniques/démographiques et la réponse aux CS ont été examinées en utilisant la régression logistique en ajustant pour des variables potentielles de confusion. Les associations entre variantes génétiques de ABCB1 et NR3C1 et la réponse aux CS ont été examinées en utilisant la régression logistique assumant différents modèles de la transmission. Les associations multimarqueurs ont été examinées en utilisant l'analyse de haplotypes. Les variantes nongénotypées ont été imputées en utilisant les données de HAPMAP et les associations avec SNPs imputés ont été examinées en utilisant des méthodes standard. Résultats - Parmi 645 patients avec la MC, 364 (56.2%) ont reçu CS. La majorité de patients étaient des hommes (54.9 %); présentaient la maladie de l’iléocôlon (51.7%) ou la maladie inflammatoire (84.6%) au diagnostic et étaient les Caucasiens (95.6 %). Huit pourcents de patients étaient corticorésistants et 40.9% - corticodépendants. Le plus bas âge au diagnostic (OR=1.34, 95% CI: 1.03-3.01, p=0.040), la maladie cœxistante de la région digestive supérieure (OR=1.35, 95% CI: 95% CI: 1.06-3.07, p=0.031) et l’usage simultané des immunomodulateurs (OR=0.35, 95% CI: 0.16-0.75, p=0.007) ont été associés avec la corticodépendance. Un total de 27 marqueurs génotypés à travers de ABCB1 (n=14) et NR3C1 (n=13) ont été en l'Équilibre de Hardy-Weinberg, à l’exception d’un dans le gène NR3C1 (rs258751, exclu). Dans ABCB1, l'allèle rare de rs2032583 (OR=0.56, 95% CI: 0.34-0.95, p=0.029) et génotype hétérozygote (OR=0.52, 95% CI: 0.28-0.95 p=0.035) ont été négativement associes avec la dépendance de CS. Un haplotype à 3 marqueurs, comprenant le SNP fonctionnel rs1045642 a été associé avec la dépendance de CS (p empirique=0.004). 24 SNPs imputés introniques et six haplotypes ont été significativement associés avec la dépendance de CS. Aucune de ces associations n'a cependant maintenu la signification après des corrections pour des comparaisons multiples. Dans NR3C1, trois SNPs: rs10482682 (OR=1.43, 95% CI: 0.99-2.08, p=0.047), rs6196 (OR=0.55, 95% CI: 0.31-0.95, p=0.024), et rs2963155 (OR=0.64, 95% CI: 0.42-0.98, p=0.039), ont été associés sous un modèle additif, tandis que rs4912911 (OR=0.37, 95% CI: 0.13-1.00, p=0.03) et rs2963156 (OR=0.32, 95% CI: 0.07-1.12, p=0.047) - sous un modèle récessif. Deux haplotypes incluant ces 5 SNPs (AAACA et GGGCG) ont été significativement (p=0.006 et 0.01 empiriques) associés avec la corticodépendance. 19 SNPs imputés ont été associés avec la dépendance de CS. Deux haplotypes multimarqueurs (p=0.001), incluant les SNPs génotypés et imputés, ont été associés avec la dépendance de CS. Conclusion - Nos études suggèrent que le fardeau de la corticodépendance est élevé parmi les enfants avec le CD. Les enfants plus jeunes au diagnostic et ceux avec la maladie coexistante de la région supérieure ainsi que ceux avec des variations dans les gènes ABCB1 et NR3C1 étaient plus susceptibles de devenir corticodépendants.

Analyse de la distribution des génotypes du virus du papillome humain dans les néoplasies anogénitales et de la tête et du cou en Afrique comparativement au reste du monde

Le virus du papillome humain (HPV) est l’infection sexuellement transmise la plus fréquente au monde. Plusieurs études ont établi son implication dans l’étiologie de pratiquement tous les cancers du col de l’utérus, une maladie qui constitue un problème de santé majeur dans les pays pauvres. Le HPV est également responsable de 90% des cancers de l’anus, 40-50% des cancers du pénis, de la vulve et du vagin, et 30% des cancers de la tête et du cou. L’objectif général de cette thèse est de combler les lacunes relatives aux connaissances sur la distribution génotypique du HPV dans les lésions néoplasiques cervicales utérines et de la tête et du cou, plus particulièrement en Afrique. Les objectifs spécifiques sont les suivants: 1) analyser la distribution génotypique du HPV dans les cancers du col de l’utérus et faire une analyse comparative de cette distribution dans cinq pays africains en fonction de la prévalence du VIH; 2) évaluer la présence du HPV dans les cancers de la tête et du cou au Sénégal; 3) faire une revue de la littérature et une méta-analyse sur la distribution du HPV dans les cancers de la tête et du cou dans toutes les régions du monde. Pour le premier et le second objectifs, qui découlent d’un large projet international coordonné par l’Institut Catalan d’Oncologie pour l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), une étude transversale multicentrique a été menée au Mali et au Sénégal pour collecter des blocs de paraffine de patientes diagnostiquées entre 2001 et 2010 du cancer invasif du col et des cancers de la tête et du cou. Pour le troisième objectif, une revue exhaustive de la littérature a permis d’identifier tous les articles qui ont été publiés sur les cancers de la tête et du cou dans tous les pays du monde et d’effectuer une méta-analyse sur la prévalence de l’ADN du HPV selon le site du cancer et la région géographique. Notre analyse montre que les principaux types de HPV ciblés dans les vaccins prophylactiques (HPV16/18) représentent la majorité des types de HPV détectés dans le cancer invasif du col de l’utérus en Afrique subsaharienne. Par contre, le HPV45 vient au second rang dans certains pays d’Afrique, dont le Mali et le Sénégal. Nos données suggèrent également que le VIH aurait un rôle dans la contribution relative du HPV18 et HPV45 dans le développement du cancer du col de l’utérus. Au Sénégal, notre étude montre que la prévalence du HPV dans les cancers de la tête et du cou est très faible et ne semble pas jouer un rôle important dans l’oncogenèse. Finalement, la méta-analyse a mesuré la prévalence des HPV dans les cancers de la cavité orale, de l’oropharynx, du larynx et de l’hypopharynx, et confirme l’importante contribution relative du HPV16 dans ces cancers. Globalement, cette thèse permet de mieux comprendre l’impact potentiel des vaccins prophylactiques sur l’incidence des cancers associés au HPV.

Tactical Vehicle Routing Planning with Application to Milk Collection and Distribution

De nombreux problèmes pratiques qui se posent dans dans le domaine de la logistique, peuvent être modélisés comme des problèmes de tournées de véhicules. De façon générale, cette famille de problèmes implique la conception de routes, débutant et se terminant à un dépôt, qui sont utilisées pour distribuer des biens à un nombre de clients géographiquement dispersé dans un contexte où les coûts associés aux routes sont minimisés. Selon le type de problème, un ou plusieurs dépôts peuvent-être présents. Les problèmes de tournées de véhicules sont parmi les problèmes combinatoires les plus difficiles à résoudre. Dans cette thèse, nous étudions un problème d’optimisation combinatoire, appartenant aux classes des problèmes de tournées de véhicules, qui est liée au contexte des réseaux de transport. Nous introduisons un nouveau problème qui est principalement inspiré des activités de collecte de lait des fermes de production, et de la redistribution du produit collecté aux usines de transformation, pour la province de Québec. Deux variantes de ce problème sont considérées. La première, vise la conception d’un plan tactique de routage pour le problème de la collecte-redistribution de lait sur un horizon donné, en supposant que le niveau de la production au cours de l’horizon est fixé. La deuxième variante, vise à fournir un plan plus précis en tenant compte de la variation potentielle de niveau de production pouvant survenir au cours de l’horizon considéré. Dans la première partie de cette thèse, nous décrivons un algorithme exact pour la première variante du problème qui se caractérise par la présence de fenêtres de temps, plusieurs dépôts, et une flotte hétérogène de véhicules, et dont l’objectif est de minimiser le coût de routage. À cette fin, le problème est modélisé comme un problème multi-attributs de tournées de véhicules. L’algorithme exact est basé sur la génération de colonnes impliquant un algorithme de plus court chemin élémentaire avec contraintes de ressources. Dans la deuxième partie, nous concevons un algorithme exact pour résoudre la deuxième variante du problème. À cette fin, le problème est modélisé comme un problème de tournées de véhicules multi-périodes prenant en compte explicitement les variations potentielles du niveau de production sur un horizon donné. De nouvelles stratégies sont proposées pour résoudre le problème de plus court chemin élémentaire avec contraintes de ressources, impliquant dans ce cas une structure particulière étant donné la caractéristique multi-périodes du problème général. Pour résoudre des instances de taille réaliste dans des temps de calcul raisonnables, une approche de résolution de nature heuristique est requise. La troisième partie propose un algorithme de recherche adaptative à grands voisinages où de nombreuses nouvelles stratégies d’exploration et d’exploitation sont proposées pour améliorer la performances de l’algorithme proposé en termes de la qualité de la solution obtenue et du temps de calcul nécessaire.