Bacterial community structure of a pesticide-contaminated site and assessment of changes induced in community structure during bioremediation.

The introduction of culture-independent molecular screening techniques, especially based on 16S rRNA gene sequences, has allowed microbiologists to examine a facet of microbial diversity not necessarily reflected by the results of culturing studies. The bacterial community structure was studied for a pesticide-contaminated site that was subsequently remediated using an efficient degradative strain Arthrobacter protophormiae RKJ100. The efficiency of the bioremediation process was assessed by monitoring the depletion of the pollutant, and the effect of addition of an exogenous strain on the existing soil community structure was determined using molecular techniques. The 16S rRNA gene pool amplified from the soil metagenome was cloned and restriction fragment length polymorphism studies revealed 46 different phylotypes on the basis of similar banding patterns. Sequencing of representative clones of each phylotype showed that the community structure of the pesticide-contaminated soil was mainly constituted by Proteobacteria and Actinomycetes. Terminal restriction fragment length polymorphism analysis showed only nonsignificant changes in community structure during the process of bioremediation. Immobilized cells of strain RKJ100 enhanced pollutant degradation but seemed to have no detectable effects on the existing bacterial community structure.

Water scarcity, social power and the production of an elite suburb: the political ecology of water in Matadepera, Catalonia

This article investigates the history of land and water transformations in Matadepera, a wealthy suburb of metropolitan Barcelona. Analysis is informed by theories of political ecology and methods of environmental history; although very relevant, these have received relatively little attention within ecological economics. Empirical material includes communications from the City Archives of Matadepera (1919-1979), 17 interviews with locals born between 1913 and 1958, and an exhaustive review of grey historical literature. Existing water histories of Barcelona and its outskirts portray a battle against natural water scarcity, hard won by heroic engineers and politicians acting for the good of the community. Our research in Matadepera tells a very different story. We reveal the production of a highly uneven landscape and waterscape through fierce political and power struggles. The evolution of Matadepera from a small rural village to an elite suburb was anything but spontaneous or peaceful. It was a socio-environmental project well intended by landowning elites and heavily fought by others. The struggle for the control of water went hand in hand with the land and political struggles that culminated – and were violently resolved - in the Spanish Civil War. The displacement of the economic and environmental costs of water use from few to many continues to this day and is constitutive of Matadepera’s uneven and unsustainable landscape. By unravelling the relations of power that are inscribed in the urbanization of nature (Swyngedouw, 2004), we question the perceived wisdoms of contemporary water policy debates, particularly the notion of a natural scarcity that merits a technical or economic response. We argue that the water question is fundamentally a political question of environmental justice; it is about negotiating alternative visions of the future and deciding whose visions will be produced.

Combining food web and species distribution models for improved community projections

The ability to model biodiversity patterns is of prime importance in this era of severe environmental crisis. Species assemblage along environmental gradient is subject to the interplay of biotic interactions in complement to abiotic environmental filtering. Accounting for complex biotic interactions for a wide array of species remains so far challenging. Here, we propose to use food web models that can infer the potential interaction links between species as a constraint in species distribution models. Using a plant-herbivore (butterfly) interaction dataset, we demonstrate that this combined approach is able to improve both species distribution and community forecasts. Most importantly, this combined approach is very useful in rendering models of more generalist species that have multiple potential interaction links, where gap in the literature may be recurrent. Our combined approach points a promising direction forward to model the spatial variation of entire species interaction networks. Our work has implications for studies of range shifting species and invasive species biology where it may be unknown how a given biota might interact with a potential invader or in future climate.

Genetic analysis of the breeding system of an invasive subterranean termite, Reticulitermes santonensis, in urban and natural habitats.

Reticulitermes santonensis is a subterranean termite that invades urban areas in France and elsewhere where it causes damage to human-built structures. We investigated the breeding system, colony and population genetic structure, and mode of dispersal of two French populations of R. santonensis. Termite workers were sampled from 43 and 31 collection points, respectively, from a natural population in west-central France (in and around the island of Oleron) and an urban population (Paris). Ten to 20 workers per collection point were genotyped at nine variable microsatellite loci to determine colony identity and to infer colony breeding structure. There was a total of 26 colonies, some of which were spatially expansive, extending up to 320 linear metres. Altogether, the analysis of genotype distribution, F-statistics and relatedness coefficients suggested that all colonies were extended families headed by numerous neotenics (nonwinged precocious reproductives) probably descended from pairs of primary (winged) reproductives. Isolation by distance among collection points within two large colonies from both populations suggested spatially separated reproductive centres with restricted movement of workers and neotenics. There was a moderate level of genetic differentiation (F(ST) = 0.10) between the Oleron and Paris populations, and the number of alleles was significantly higher in Oleron than in Paris, as expected if the Paris population went through bottlenecks when it was introduced from western France. We hypothesize that the diverse and flexible breeding systems found in subterranean termites pre-adapt them to invade new or marginal habitats. Considering that R. santonensis may be an introduced population of the North American species R. flavipes, a breeding system consisting primarily of extended family colonies containing many neotenic reproductives may facilitate human-mediated spread and establishment of R. santonensis in urban areas with harsh climates.

Modelling the distribution of bats in relation to landscape structure in a temperate mountain environment

1. Landscape modification is often considered the principal cause of population decline in many bat species. Thus, schemes for bat conservation rely heavily on knowledge about species-landscape relationships. So far, however, few studies have quantified the possible influence of landscape structure on large-scale spatial patterns in bat communities. 2. This study presents quantitative models that use landscape structure to predict (i) spatial patterns in overall community composition and (ii) individual species' distributions through canonical correspondence analysis and generalized linear models, respectively. A geographical information system (GIS) was then used to draw up maps of (i) overall community patterns and (ii) distribution of potential species' habitats. These models relied on field data from the Swiss Jura mountains. 3. Fight descriptors of landscape structure accounted for 30% of the variation in bat community composition. For some species, more than 60% of the variance in distribution could be explained by landscape structure. Elevation, forest or woodland cover, lakes and suburbs, were the most frequent predictors. 4. This study shows that community composition in bats is related to landscape structure through species-specific relationships to resources. Due to their nocturnal activities and the difficulties of remote identification, a comprehensive bat census is rarely possible, and we suggest that predictive modelling of the type described here provides an indispensable conservation tool.

Species distribution models for conservation-oriented studies in Switzerland : filling data and tools gaps

SUMMARYSpecies distribution models (SDMs) represent nowadays an essential tool in the research fields of ecology and conservation biology. By combining observations of species occurrence or abundance with information on the environmental characteristic of the observation sites, they can provide information on the ecology of species, predict their distributions across the landscape or extrapolate them to other spatial or time frames. The advent of SDMs, supported by geographic information systems (GIS), new developments in statistical models and constantly increasing computational capacities, has revolutionized the way ecologists can comprehend species distributions in their environment. SDMs have brought the tool that allows describing species realized niches across a multivariate environmental space and predict their spatial distribution. Predictions, in the form of probabilistic maps showing the potential distribution of the species, are an irreplaceable mean to inform every single unit of a territory about its biodiversity potential. SDMs and the corresponding spatial predictions can be used to plan conservation actions for particular species, to design field surveys, to assess the risks related to the spread of invasive species, to select reserve locations and design reserve networks, and ultimately, to forecast distributional changes according to scenarios of climate and/or land use change.By assessing the effect of several factors on model performance and on the accuracy of spatial predictions, this thesis aims at improving techniques and data available for distribution modelling and at providing the best possible information to conservation managers to support their decisions and action plans for the conservation of biodiversity in Switzerland and beyond. Several monitoring programs have been put in place from the national to the global scale, and different sources of data now exist and start to be available to researchers who want to model species distribution. However, because of the lack of means, data are often not gathered at an appropriate resolution, are sampled only over limited areas, are not spatially explicit or do not provide a sound biological information. A typical example of this is data on 'habitat' (sensu biota). Even though this is essential information for an effective conservation planning, it often has to be approximated from land use, the closest available information. Moreover, data are often not sampled according to an established sampling design, which can lead to biased samples and consequently to spurious modelling results. Understanding the sources of variability linked to the different phases of the modelling process and their importance is crucial in order to evaluate the final distribution maps that are to be used for conservation purposes.The research presented in this thesis was essentially conducted within the framework of the Landspot Project, a project supported by the Swiss National Science Foundation. The main goal of the project was to assess the possible contribution of pre-modelled 'habitat' units to model the distribution of animal species, in particular butterfly species, across Switzerland. While pursuing this goal, different aspects of data quality, sampling design and modelling process were addressed and improved, and implications for conservation discussed. The main 'habitat' units considered in this thesis are grassland and forest communities of natural and anthropogenic origin as defined in the typology of habitats for Switzerland. These communities are mainly defined at the phytosociological level of the alliance. For the time being, no comprehensive map of such communities is available at the national scale and at fine resolution. As a first step, it was therefore necessary to create distribution models and maps for these communities across Switzerland and thus to gather and collect the necessary data. In order to reach this first objective, several new developments were necessary such as the definition of expert models, the classification of the Swiss territory in environmental domains, the design of an environmentally stratified sampling of the target vegetation units across Switzerland, the development of a database integrating a decision-support system assisting in the classification of the relevés, and the downscaling of the land use/cover data from 100 m to 25 m resolution.The main contributions of this thesis to the discipline of species distribution modelling (SDM) are assembled in four main scientific papers. In the first, published in Journal of Riogeography different issues related to the modelling process itself are investigated. First is assessed the effect of five different stepwise selection methods on model performance, stability and parsimony, using data of the forest inventory of State of Vaud. In the same paper are also assessed: the effect of weighting absences to ensure a prevalence of 0.5 prior to model calibration; the effect of limiting absences beyond the environmental envelope defined by presences; four different methods for incorporating spatial autocorrelation; and finally, the effect of integrating predictor interactions. Results allowed to specifically enhance the GRASP tool (Generalized Regression Analysis and Spatial Predictions) that now incorporates new selection methods and the possibility of dealing with interactions among predictors as well as spatial autocorrelation. The contribution of different sources of remotely sensed information to species distribution models was also assessed. The second paper (to be submitted) explores the combined effects of sample size and data post-stratification on the accuracy of models using data on grassland distribution across Switzerland collected within the framework of the Landspot project and supplemented with other important vegetation databases. For the stratification of the data, different spatial frameworks were compared. In particular, environmental stratification by Swiss Environmental Domains was compared to geographical stratification either by biogeographic regions or political states (cantons). The third paper (to be submitted) assesses the contribution of pre- modelled vegetation communities to the modelling of fauna. It is a two-steps approach that combines the disciplines of community ecology and spatial ecology and integrates their corresponding concepts of habitat. First are modelled vegetation communities per se and then these 'habitat' units are used in order to model animal species habitat. A case study is presented with grassland communities and butterfly species. Different ways of integrating vegetation information in the models of butterfly distribution were also evaluated. Finally, a glimpse to climate change is given in the fourth paper, recently published in Ecological Modelling. This paper proposes a conceptual framework for analysing range shifts, namely a catalogue of the possible patterns of change in the distribution of a species along elevational or other environmental gradients and an improved quantitative methodology to identify and objectively describe these patterns. The methodology was developed using data from the Swiss national common breeding bird survey and the article presents results concerning the observed shifts in the elevational distribution of breeding birds in Switzerland.The overall objective of this thesis is to improve species distribution models as potential inputs for different conservation tools (e.g. red lists, ecological networks, risk assessment of the spread of invasive species, vulnerability assessment in the context of climate change). While no conservation issues or tools are directly tested in this thesis, the importance of the proposed improvements made in species distribution modelling is discussed in the context of the selection of reserve networks.RESUMELes modèles de distribution d'espèces (SDMs) représentent aujourd'hui un outil essentiel dans les domaines de recherche de l'écologie et de la biologie de la conservation. En combinant les observations de la présence des espèces ou de leur abondance avec des informations sur les caractéristiques environnementales des sites d'observation, ces modèles peuvent fournir des informations sur l'écologie des espèces, prédire leur distribution à travers le paysage ou l'extrapoler dans l'espace et le temps. Le déploiement des SDMs, soutenu par les systèmes d'information géographique (SIG), les nouveaux développements dans les modèles statistiques, ainsi que la constante augmentation des capacités de calcul, a révolutionné la façon dont les écologistes peuvent comprendre la distribution des espèces dans leur environnement. Les SDMs ont apporté l'outil qui permet de décrire la niche réalisée des espèces dans un espace environnemental multivarié et prédire leur distribution spatiale. Les prédictions, sous forme de carte probabilistes montrant la distribution potentielle de l'espèce, sont un moyen irremplaçable d'informer chaque unité du territoire de sa biodiversité potentielle. Les SDMs et les prédictions spatiales correspondantes peuvent être utilisés pour planifier des mesures de conservation pour des espèces particulières, pour concevoir des plans d'échantillonnage, pour évaluer les risques liés à la propagation d'espèces envahissantes, pour choisir l'emplacement de réserves et les mettre en réseau, et finalement, pour prévoir les changements de répartition en fonction de scénarios de changement climatique et/ou d'utilisation du sol. En évaluant l'effet de plusieurs facteurs sur la performance des modèles et sur la précision des prédictions spatiales, cette thèse vise à améliorer les techniques et les données disponibles pour la modélisation de la distribution des espèces et à fournir la meilleure information possible aux gestionnaires pour appuyer leurs décisions et leurs plans d'action pour la conservation de la biodiversité en Suisse et au-delà. Plusieurs programmes de surveillance ont été mis en place de l'échelle nationale à l'échelle globale, et différentes sources de données sont désormais disponibles pour les chercheurs qui veulent modéliser la distribution des espèces. Toutefois, en raison du manque de moyens, les données sont souvent collectées à une résolution inappropriée, sont échantillonnées sur des zones limitées, ne sont pas spatialement explicites ou ne fournissent pas une information écologique suffisante. Un exemple typique est fourni par les données sur 'l'habitat' (sensu biota). Même s'il s'agit d'une information essentielle pour des mesures de conservation efficaces, elle est souvent approximée par l'utilisation du sol, l'information qui s'en approche le plus. En outre, les données ne sont souvent pas échantillonnées selon un plan d'échantillonnage établi, ce qui biaise les échantillons et par conséquent les résultats de la modélisation. Comprendre les sources de variabilité liées aux différentes phases du processus de modélisation s'avère crucial afin d'évaluer l'utilisation des cartes de distribution prédites à des fins de conservation.La recherche présentée dans cette thèse a été essentiellement menée dans le cadre du projet Landspot, un projet soutenu par le Fond National Suisse pour la Recherche. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer la contribution d'unités 'd'habitat' pré-modélisées pour modéliser la répartition des espèces animales, notamment de papillons, à travers la Suisse. Tout en poursuivant cet objectif, différents aspects touchant à la qualité des données, au plan d'échantillonnage et au processus de modélisation sont abordés et améliorés, et leurs implications pour la conservation des espèces discutées. Les principaux 'habitats' considérés dans cette thèse sont des communautés de prairie et de forêt d'origine naturelle et anthropique telles que définies dans la typologie des habitats de Suisse. Ces communautés sont principalement définies au niveau phytosociologique de l'alliance. Pour l'instant aucune carte de la distribution de ces communautés n'est disponible à l'échelle nationale et à résolution fine. Dans un premier temps, il a donc été nécessaire de créer des modèles de distribution de ces communautés à travers la Suisse et par conséquent de recueillir les données nécessaires. Afin d'atteindre ce premier objectif, plusieurs nouveaux développements ont été nécessaires, tels que la définition de modèles experts, la classification du territoire suisse en domaines environnementaux, la conception d'un échantillonnage environnementalement stratifié des unités de végétation cibles dans toute la Suisse, la création d'une base de données intégrant un système d'aide à la décision pour la classification des relevés, et le « downscaling » des données de couverture du sol de 100 m à 25 m de résolution. Les principales contributions de cette thèse à la discipline de la modélisation de la distribution d'espèces (SDM) sont rassemblées dans quatre articles scientifiques. Dans le premier article, publié dans le Journal of Biogeography, différentes questions liées au processus de modélisation sont étudiées en utilisant les données de l'inventaire forestier de l'Etat de Vaud. Tout d'abord sont évalués les effets de cinq méthodes de sélection pas-à-pas sur la performance, la stabilité et la parcimonie des modèles. Dans le même article sont également évalués: l'effet de la pondération des absences afin d'assurer une prévalence de 0.5 lors de la calibration du modèle; l'effet de limiter les absences au-delà de l'enveloppe définie par les présences; quatre méthodes différentes pour l'intégration de l'autocorrélation spatiale; et enfin, l'effet de l'intégration d'interactions entre facteurs. Les résultats présentés dans cet article ont permis d'améliorer l'outil GRASP qui intègre désonnais de nouvelles méthodes de sélection et la possibilité de traiter les interactions entre variables explicatives, ainsi que l'autocorrélation spatiale. La contribution de différentes sources de données issues de la télédétection a également été évaluée. Le deuxième article (en voie de soumission) explore les effets combinés de la taille de l'échantillon et de la post-stratification sur le la précision des modèles. Les données utilisées ici sont celles concernant la répartition des prairies de Suisse recueillies dans le cadre du projet Landspot et complétées par d'autres sources. Pour la stratification des données, différents cadres spatiaux ont été comparés. En particulier, la stratification environnementale par les domaines environnementaux de Suisse a été comparée à la stratification géographique par les régions biogéographiques ou par les cantons. Le troisième article (en voie de soumission) évalue la contribution de communautés végétales pré-modélisées à la modélisation de la faune. C'est une approche en deux étapes qui combine les disciplines de l'écologie des communautés et de l'écologie spatiale en intégrant leurs concepts de 'habitat' respectifs. Les communautés végétales sont modélisées d'abord, puis ces unités de 'habitat' sont utilisées pour modéliser les espèces animales. Une étude de cas est présentée avec des communautés prairiales et des espèces de papillons. Différentes façons d'intégrer l'information sur la végétation dans les modèles de répartition des papillons sont évaluées. Enfin, un clin d'oeil aux changements climatiques dans le dernier article, publié dans Ecological Modelling. Cet article propose un cadre conceptuel pour l'analyse des changements dans la distribution des espèces qui comprend notamment un catalogue des différentes formes possibles de changement le long d'un gradient d'élévation ou autre gradient environnemental, et une méthode quantitative améliorée pour identifier et décrire ces déplacements. Cette méthodologie a été développée en utilisant des données issues du monitoring des oiseaux nicheurs répandus et l'article présente les résultats concernant les déplacements observés dans la distribution altitudinale des oiseaux nicheurs en Suisse.L'objectif général de cette thèse est d'améliorer les modèles de distribution des espèces en tant que source d'information possible pour les différents outils de conservation (par exemple, listes rouges, réseaux écologiques, évaluation des risques de propagation d'espèces envahissantes, évaluation de la vulnérabilité des espèces dans le contexte de changement climatique). Bien que ces questions de conservation ne soient pas directement testées dans cette thèse, l'importance des améliorations proposées pour la modélisation de la distribution des espèces est discutée à la fin de ce travail dans le contexte de la sélection de réseaux de réserves.

Predicting community and ecosystem outcomes of mycorrhizal responses to global change.

Mycorrhizal symbioses link the biosphere with the lithosphere by mediating nutrient cycles and energy flow though terrestrial ecosystems. A more mechanistic understanding of these plant-fungal associations may help ameliorate anthropogenic changes to C and N cycles and biotic communities. We explore three interacting principles: (1) optimal allocation, (2) biotic context and (3) fungal adaptability that may help predict mycorrhizal responses to carbon dioxide enrichment, nitrogen eutrophication, invasive species and land-use changes. Plant-microbial feedbacks and thresholds are discussed in light of these principles with the goal of generating testable hypotheses. Ideas to develop large-scale collaborative research efforts are presented. It is our hope that mycorrhizal symbioses can be effectively integrated into global change models and eventually their ecology will be understood well enough so that they can be managed to help offset some of the detrimental effects of anthropogenic environmental change.

The Triatomines of Northern Peru, with Emphasis on the Ecology and Infection by Trypanosomes of Rhodnius ecuadoriensis (Triatominae)

Information on the distribution and synanthropic behaviour of triatomines is essential for Chagas disease vector control. This work summarises such information from northern Peru, and presents new data on Rhodnius ecuadoriensis - an important local vector infesting 10-35% of dwellings in some zones. Three species are strongly synanthropic and may be suitable targets for chemical control of domestic/peridomestic bug populations. Panstrongylus herreri, the main domestic vector in the area, is probably present in sylvatic ecotopes in the Marañón river system. R. ecuadoriensis and Triatoma dimidiata seem exclusively domestic; biogeographical and ecological data suggest they might have spread in association with humans in northern Peru. Confirmation of this hypothesis would result in a local eradication strategy being recommended. Presence of trypanosome natural infection was assessed in 257 R. ecuadoriensis; Trypanosoma rangeli was detected in 4% of bugs. Six further triatomine species are potential disease vectors in the region (T. carrioni, P. chinai, P. rufotuberculatus, P. geniculatus, R. pictipes, and R. robustus), whilst Eratyrus mucronatus, E. cuspidatus, Cavernicola pilosa, Hermanlentia matsunoi, and Belminus peruvianus have little or no epidemiological significance. A strong community-based entomological surveillance system and collaboration with Ecuadorian public health authorities and researchers are recommended.

Observations on the Domestic Ecology of Rhodnius ecuadoriensis (Triatominae)

Rhodnius ecuadoriensis infests peridomiciles and colonises houses in rural southern Ecuador. Six out of 84 dwellings (7%) surveyed in a rural village were infested (78 bugs/infested domicile; 279 bugs were collected in a single dwelling). Precipitin tests revealed R. ecuadoriensis fed on birds (65%), rodents (31%), marsupials (8%), and humans (15%) - mixed bloodmeals detected in 37.5% of individual samples. Trypanosoma cruzi from opossums and rodents may thus be introduced into the domestic cycle. Wasp parasitoidism was detected in 6.5% of 995 R. ecuadoriensis eggs (only in peridomestic habitats). Control strategies should integrate insecticide spraying (indoors and peridomestic), better management of poultry, and housing improvements. A possible inefficacy of Malathion is reported.

Environmental and biological controls on the geochemistry (δ18O, δ13C, Mg/Ca, and Sr/Ca) of living ostracods from Lake Geneva

ABSTRACT : Ostracods are benthic microcrustaceans enclosed in low-Mg calcite bivalves. Stable isotope compositions, Mg/Ca, and Sr/Ca ratios of ostracod fossil valves have proven useful to reconstruct past environmental conditions. Yet, several discrepancies persist and the influence of many factors remains unclear. It is the aim of this study to improve the use of ostracod valve geochemistry as palaeoenvironmental proxies by examining the extent of isotope fractionation and trace element partitioning during valve calcification. To achieve this, the environmental parameters (pH, temperature) and chemical composition of water (C-and O-isotope composition and calcium, magnesium, and strontium content) were measured at sites where living ostracods were sampled. The sampling was on a monthly basis over the course of one year at five different water depths (2, 5, 13, 33, and 70 m) in Lake Geneva, Switzerland. The one-year sampling enabled collection of environmental data for bottom and interstitial pore water. In littoral to sublittoral zones, C-isotope composition of DIC and the Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water are found to vary concomitantly with water temperature. This is due to the precipitation of calcite, which is induced by higher photosynthetic activity as temperature and/or solar radiation intensify in summer. In deeper zones, environmental parameters remain largely constant throughout the year. Variations of pH, DIC concentrations and C-isotope compositions in interstitial water result from aerobic as well as anaerobic respiration, calcite dissolution and methanogenesis. Bathymetric distribution, life cycles, and habitats were derived for 15 ostracod species and are predominantly related to water temperature and sediment texture. O-isotope compositions of ostracod valves in Lake Geneva reflect that of water and temperature. However, offsets of up to 3 permil are observed in comparison with proposed inorganic calcite precipitation equilibrium composition. Deprotonation of HCO3- and/or salt effect at crystallisation sites may explain the disequilibrium observed for O-isotopic compositions. C-isotope compositions of ostracod valves are not as well constrained and appear to be controlled by a complex interaction between habitat preferences and seasonal as well as spatial variations of the DIC isotope composition. For infaunal forms, C-isotope compositions reflect mainly the variation of DIC isotope composition in interstitial pore waters. For epifaunal forms, C-isotope compositions reflect the seasonal variation of DIC isotope compositions. C-isotope compositions of ostracod valves is at equilibrium with DIC except for a small number of species (L. inopinata, L. sanctipatricii and possibly C. ophtalmica, and I. beauchampi). Trace element uptake differs considerably from species to species. For most epifaunal forms, trace element content follows the seasonal cycle, recording temperature increases and/or variations of Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water. In contrast, infaunal forms are predominantly related to sediment pore water chemistry. RÉSUMÉ EN FRANÇAIS : Les ostracodes sont de petits crustacés benthiques qui possèdent une coquille faite de calcite à faible teneur en magnésium. La composition isotopique et les rapports Mg/Ca et Sr/Ca d'ostracodes fossiles ont été utilisés maintes fois avec succès pour effectuer des reconstructions paléoenvironnementales. Néanmoins, certains désaccords persistent sur l'interprétation de ces données. De plus, l'influence de certains facteurs pouvant biaiser le signal reste encore inconnue. Ainsi, le but de cette étude est de rendre plus performant l'emploi de la composition géochimique des ostracodes comme indicateur paléoenvironnemental. Pour réaliser cela, cinq sites situés dans le Léman à 2, 5, 13, 33 et 70 m de profondeur ont été choisis pour effectuer les échantillonnages. Chaque site a été visité une fois par mois durant une année. Les différents paramètres environnementaux (pH, température) ainsi que la composition géochimique de l'eau (composition isotopique de l'oxygène et du carbone ainsi que teneur en calcium, magnésium et strontium) ont été déterminés pour chaque campagne. Des ostracodes vivants ont été récoltés au cinq sites en même temps que les échantillons d'eau. Ce travail de terrain a permis de caractériser la géochimie de l'eau se trouvant juste au-dessus des sédiments ainsi que celle de l'eau se trouvant dans les interstices du sédiment. Dans les zones littorales à sublittorales, la composition isotopique du carbone inorganique dissout (CID) ainsi que les rapports Mg/Ca et Sr/Ca de l'eau varient linéairement avec la température. Ceci peut être expliqué par la précipitation de calcite qui est contrôlée par l'activité photosynthétique, variant elle même linéairement avec la température. Dans les zones plus profondes, les paramètres environnementaux restent relativement constants tout au long de l'année. Les variations du pH, de la concentration et de la composition isotopique du CID dans les sédiments résultent de la libération de carbone engendrée par la dégradation de la matière organique avec présence d'oxygène ou via réduction de nitrates et de sulfates, par la dissolution de carbonates, ainsi que par la méthanogenèse. La distribution bathymétrique, le cycle de vie ainsi que l'habitat de 15 espèces ont été déterminés. Ceux-ci sont principalement reliés à la température de l'eau et à la texture des sédiments. La composition isotopique de l'oxygène des valves d'ostracodes reflète celle de l'eau et la température qui régnait lors de la calcification. Néanmoins, des écarts pouvant aller jusqu'à 3 0/00 par rapport à l'équilibre théorique ont été obtenus. La déprotonation de HCO3 ou un 'effet de sel' pourrait être à l'origine du déséquilibre observé. La composition isotopique du carbone des valves d'ostracodes n'est pas aussi bien cernée. Celle-ci semble être principalement contrôlée par une interaction complexe entre l'habitat des ostracodes et les variations saisonnières et spatiales de la composition isotopique du CID. Pour les espèces endofaunes, la composition isotopique du carbone reflète principalement la variation de la composition isotopique du CID à l'intérieur des sédiments. Pour les formes épifaunes, c'est la variation saisonnière de la composition du CID qui contrôle celle de la coquille des ostracodes. En général, la composition isotopique du carbone des valves d'ostracodes est en équilibre avec celle de CID, hormis pour quelques rares espèces (L. inopinata, L. sanctipatricii et peut-être C. ophtalmica et I. beauchampi). L'incorporation des éléments traces diffère passablement d'une espèce à l'autre. Pour la plupart des espèces épifaunes, la teneur en éléments traces des coquilles reflète les variations saisonnières. Ces espèces semblent enregistrer les variations soit de la température soit des rapports Mg/Ca et Sr/Ca de l'eau. La teneur en élément traces des formes infaunales, au contraire, est principalement reliée à la chimie de l'eau interstitielle. RÉSUMÉ GRAND-PUBLIC : La connaissance de l'évolution du climat dans le futur est primordiale pour notre société, car elle permet de développer différentes stratégies pour faire face aux problèmes engendrés pas le changement climatique : stratégies environnementale, humanitaire, ou encore économique. Cette problématique est actuellement, à juste titre, sujet d'une vive préoccupation. La géologie peut-elle contribuer à l'effort communautaire entrepris? Naturellement, ce sont les climatologues qui sont sur le devant de la scène. Il n'empêche que ces derniers, pour pouvoir prédire l'avenir, doivent s'appuyer sur le passé. La géologie est alors d'un grand intérêt car c'est effectivement la seule science qui permette d'estimer les variations climatiques à grande échelle sur de longues périodes. Ainsi, voulant moi-même contribuer aux recherches menées dans ce domaine, je me suis tourné à la fin de mes études vers la paléoclimatologie, science qui a pour but de reconstruire le climat des temps anciens. Nous nous sommes rendu compte que l'évolution climatique de la région où nous habitons n'avait pas encore fait le sujet d'études approfondies. Il est pourtant important de connaître la variation locale des changements climatiques pour obtenir des modèles climatiques fiables. En conséquence, un vaste projet a vu le jour : reconstruire, à l'aide des sédiments du lac Léman, les variations paléoclimatiques et paléo-environnementales depuis le retrait du Glacier de Rhône, il y a environ 15'000 ans, jusqu'à nos jours. Pour ce genre de travail, la géochimie, qui est une forme de chimie, utilisée en science de la terre regroupant la chimie classique et la chimie isotopique, est une alliée particulièrement efficace. Elle permet en effet, via différentes mesures faites sur des archives géologiques (par exemple des fossiles ou des sédiments) d'obtenir des informations, souvent quantitatives, sur les conditions (le climat, la flore ou encore la bio productivité, etc...) qui régnaient il y a fort longtemps. Les coquilles d'ostracodes, qui sont de petits animaux vivant au fond des lacs, sont une des archives les plus prometteuses. Ces animaux sont des petits crustacés s'entourant d'une coquille calcaire qu'ils sécrètent eux-mêmes. A la mort de l'animal, la coquille est intégrée dans les sédiments et reste intacte à travers les âges. Des études ont montré qu'en analysant la géochimie de ces coquilles fossiles, il est possible de reconstruire les conditions environnementales qui régnaient à l'époque de vie de ces fossiles. Cette démarche nécessite qu'une condition bien précise soit remplie: la composition géochimique de la coquille doit enregistrer de manière fidèle la chimie de l'eau et/ou la température de l'eau présentes au moment de la sécrétion de la coquille. Le but spécifique de notre recherche a précisément été d'étudier la façon dont la chimie de l'eau ainsi que sa température sont enregistrées dans la coquillé des ostracodes. Une fois les relations entre ces divers paramètres dans l'étant actuel du système établies, il sera alors possible de les utiliser pour interpréter des données issues de coquilles fossiles. Pour ce faire, nous avons mesuré la température de l'eau de manière continue et récolté mensuellement des échantillons d'eau et des ostracodes vivants pendant une année. Cinq sites situés à 2, 5, 13, 33 et 70 mètres de profondeur ont été choisis pour effectuer ces échantillonnages dans le Léman. Le travail de terrain nous a amené à étudier la biologie de 15 espèces. Nous avons pu établir la profondeur à laquelle vivent ces animaux, leur période de développement ainsi que leur habitat respectifs. Ces résultats ont permis de mieux cerner la relation qu'il existe entre la chimie de l'eau, sa température et la composition géochimique des coquilles d'ostracodes. Nous avons ainsi pu confirmer que les coquilles d'ostracodes enregistrent de manière fidèle la composition chimique et isotopique de l'eau. De même, nous avons pu établir de manière plus précise l'effet de la température sur la géochimie des coquilles. Néanmoins, les relations trouvées entre ces trois éléments sont plus complexes pour certaines espèces, cette complexité étant souvent liée à un caractère spécifique de leur écologie. Nous avons mis en lumière certains effets qui biaisent les résultats et défini précisément les conditions dans lesquelles on peut s'attendre à avoir des difficultés dans leur interprétation. Maintenant que nous avons établi les relations entre le climat actuel et la composition géochimique des coquilles d'ostracodes actuels, nous pouvons, sur la base de ce modèle, reconstruire le climat depuis le retrait du Glacier du Rhône jusqu'à nos jours à l'aide d'ostracodes fossiles. Mais cela est une autre histoire et fera, je l'espère, le sujet de nos futures recherches.

Phylogenetic plant community structure along elevation is lineage specific

The trend of closely related taxa to retain similar environmental preferences mediated by inherited traits suggests that several patterns observed at the community scale originate from longer evolutionary processes. While the effects of phylogenetic relatedness have been previously studied within a single genus or family, lineage-specific effects on the ecological processes governing community assembly have rarely been studied for entire communities or flora. Here, we measured how community phylogenetic structure varies across a wide elevation gradient for plant lineages represented by thirty-five families, using a co-occurrence index and net relatedness index (NRI). We propose a framework that analyses each lineage separately and reveals the trend of ecological assembly at tree nodes. We found prevailing phylogenetic clustering for more ancient nodes and overdispersion in more recent tree nodes. Closely related species may thus rapidly evolve new environmental tolerances to radiate into distinct communities, while older lineages likely retain inherent environmental tolerances to occupy communities in similar environments, either through efficient dispersal mechanisms or the exclusion of older lineages with more divergent environmental tolerances. Our study illustrates the importance of disentangling the patterns of community assembly among lineages to better interpret the ecological role of traits. It also sheds light on studies reporting absence of phylogenetic signal, and opens new perspectives on the analysis of niche and trait conservatism across lineages.

Ecological patterns of blood-feeding by kissing-bugs (Hemiptera: Reduviidae: Triatominae)

Host use by vectors is important in understanding the transmission of zoonotic diseases, which can affect humans, wildlife and domestic animals. Here, a synthesis of host exploitation patterns by kissing-bugs, vectors of Chagas disease, is presented. For this synthesis, an extensive literature review restricted to feeding sources analysed by precipitin tests was conducted. Modern tools from community ecology and multivariate statistics were used to determine patterns of segregation in host use. Rather than innate preferences for host species, host use by kissing-bugs is influenced by the habitats they colonise. One of the major limitations of studies on kissing-bug foraging has been the exclusive focus on the dominant vector species. We propose that expanding foraging studies to consider the community of vectors will substantially increase the understanding of Chagas disease transmission ecology. Our results indicate that host accessibility is a major factor that shapes the blood-foraging patterns of kissing-bugs. Therefore, from an applied perspective, measures that are directed at disrupting the contact between humans and kissing-bugs, such as housing improvement, are among the most desirable strategies for Chagas disease control.

Controls on ostracod valve geochemistry, Part 1: Variations of environmental parameters in ostracod (micro-)habitats

The variations of environmental conditions (T°, pH, δ13CDIC, [DIC], δ18O, Mg/Ca, and Sr/Ca) of ostracod habitats were examined to determine the controls of environmental parameters on the chemical and isotopic composition of ostracod valves. Results of a one-year monitoring of environmental parameters at five sites, with depths of between 2 and 70 m, in Lake Geneva indicate that in littoral to sub-littoral zones (2, 5, and 13 m), the chemical composition of bottom water varies seasonally in concert with changes in temperature and photosynthetic activity. An increase of temperature and photosynthetic activity leads to an increase in δ13C values of DIC and to precipitation of authigenic calcite, which results in a concomitant increase of Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water. In deeper sites (33 and 70 m), the composition of bottom water remains constant throughout the year and isotopic values and trace element contents are similar to those of deep water within the lake. The chemical composition of interstitial pore water also does not reflect seasonal variations but is controlled by calcite dissolution, aerobic respiration, anaerobic respiration with reduction of sulphate and/or nitrate, and methanogenesis that may occur in the sediment pores. Relative influence of each of these factors on the pore water geochemistry depends on sediment thickness and texture, oxygen content in bottom as well as pore water. Variations of chemical compositions of the ostracod valves of this study vary according to the specific ecology of the ostracod species analysed, that is its life-cycle and its (micro-)habitat. Littoral species have compositions that are related to the seasonal variations of temperature, δ13C values of DIC, and of Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water. In contrast, the compositions of profundal species are largely controlled by variations of pore fluids along sediment depth profiles according to the specific depth preference of the species. The control on the geochemistry of sub-littoral species is a combination of controls for the littoral and profundal species as well as the specific ecology of the species.

Seasonal fluctuations of bacterial community diversity in agricultural soil and experimental validation by laboratory disturbance experiments.

Natural fluctuations in soil microbial communities are poorly documented because of the inherent difficulty to perform a simultaneous analysis of the relative abundances of multiple populations over a long time period. Yet, it is important to understand the magnitudes of community composition variability as a function of natural influences (e.g., temperature, plant growth, or rainfall) because this forms the reference or baseline against which external disturbances (e.g., anthropogenic emissions) can be judged. Second, definition of baseline fluctuations in complex microbial communities may help to understand at which point the systems become unbalanced and cannot return to their original composition. In this paper, we examined the seasonal fluctuations in the bacterial community of an agricultural soil used for regular plant crop production by using terminal restriction fragment length polymorphism profiling (T-RFLP) of the amplified 16S ribosomal ribonucleic acid (rRNA) gene diversity. Cluster and statistical analysis of T-RFLP data showed that soil bacterial communities fluctuated very little during the seasons (similarity indices between 0.835 and 0.997) with insignificant variations in 16S rRNA gene richness and diversity indices. Despite overall insignificant fluctuations, between 8 and 30% of all terminal restriction fragments changed their relative intensity in a significant manner among consecutive time samples. To determine the magnitude of community variations induced by external factors, soil samples were subjected to either inoculation with a pure bacterial culture, addition of the herbicide mecoprop, or addition of nutrients. All treatments resulted in statistically measurable changes of T-RFLP profiles of the communities. Addition of nutrients or bacteria plus mecoprop resulted in bacteria composition, which did not return to the original profile within 14 days. We propose that at less than 70% similarity in T-RFLP, the bacterial communities risk to drift apart to inherently different states.

New classification of natural breeding habitats for Neotropical anophelines in the Yanomami Indian Reserve, Amazon Region, Brazil and a new larval sampling methodology

Here we present the first in a series of articles about the ecology of immature stages of anophelines in the Brazilian Yanomami area. We propose a new larval habitat classification and a new larval sampling methodology. We also report some preliminary results illustrating the applicability of the methodology based on data collected in the Brazilian Amazon rainforest in a longitudinal study of two remote Yanomami communities, Parafuri and Toototobi. In these areas, we mapped and classified 112 natural breeding habitats located in low-order river systems based on their association with river flood pulses, seasonality and exposure to sun. Our classification rendered seven types of larval habitats: lakes associated with the river, which are subdivided into oxbow lakes and nonoxbow lakes, flooded areas associated with the river, flooded areas not associated with the river, rainfall pools, small forest streams, medium forest streams and rivers. The methodology for larval sampling was based on the accurate quantification of the effective breeding area, taking into account the area of the perimeter and subtypes of microenvironments present per larval habitat type using a laser range finder and a small portable inflatable boat. The new classification and new sampling methodology proposed herein may be useful in vector control programs.