Effect of spatial processes on the evolution of ecological niches and dispersal in metacommunity systems

RésuméLa coexistence de nombreuses espèces différentes a de tout temps intrigué les biologistes. La diversité et la composition des communautés sont influencées par les perturbations et l'hétérogénéité des conditions environnementales. Bien que dans la nature la distribution spatiale des conditions environnementales soit généralement autocorrélée, cet aspect est rarement pris en compte dans les modèles étudiant la coexistence des espèces. Dans ce travail, nous avons donc abordé, à l'aide de simulations numériques, la coexistence des espèces ainsi que leurs caractéristiques au sein d'un environnement autocorrélé.Afin de prendre en compte cet élément spatial, nous avons développé un modèle de métacommunauté (un ensemble de communautés reliées par la dispersion des espèces) spatialement explicite. Dans ce modèle, les espèces sont en compétition les unes avec les autres pour s'établir dans un nombre de places limité, dans un environnement hétérogène. Les espèces sont caractérisées par six traits: optimum de niche, largeur de niche, capacité de dispersion, compétitivité, investissement dans la reproduction et taux de survie. Nous nous sommes particulièrement intéressés à l'influence de l'autocorrélation spatiale et des perturbations sur la diversité des espèces et sur les traits favorisés dans la métacommunauté. Nous avons montré que l'autocorrélation spatiale peut avoir des effets antagonistes sur la diversité, en fonction du taux de perturbations considéré. L'influence de l'autocorrélation spatiale sur la capacité de dispersion moyenne dans la métacommunauté dépend également des taux de perturbations et survie. Nos résultats ont aussi révélé que de nombreuses espèces avec différents degrés de spécialisation (i.e. différentes largeurs de niche) peuvent coexister. Toutefois, les espèces spécialistes sont favorisées en absence de perturbations et quand la dispersion est illimitée. A l'opposé, un taux élevé de perturbations sélectionne des espèces plus généralistes, associées avec une faible compétitivité.L'autocorrélation spatiale de l'environnement, en interaction avec l'intensité des perturbations, influence donc de manière considérable la coexistence ainsi que les caractéristiques des espèces. Ces caractéristiques sont à leur tour souvent impliquées dans d'importants processus, comme le fonctionnement des écosystèmes, la capacité des espèces à réagir aux invasions, à la fragmentation de l'habitat ou aux changements climatiques. Ce travail a permis une meilleure compréhension des mécanismes responsables de la coexistence et des caractéristiques des espèces, ce qui est crucial afin de prédire le devenir des communautés naturelles dans un environnement changeant.AbstractUnderstanding how so many different species can coexist in nature is a fundamental and long-standing question in ecology. Community diversity and composition are known to be influenced by heterogeneity in environmental conditions and disturbance. Though in nature the spatial distribution of environmental conditions is frequently autocorrelated, this aspect is seldom considered in models investigating species coexistence. In this work, we thus addressed several questions pertaining to species coexistence and composition in spatially autocorrelated environments, with a numerical simulations approach.To take into account this spatial aspect, we developed a spatially explicit model of metacommunity (a set of communities linked by dispersal of species). In this model, species are trophically equivalent, and compete for space in a heterogeneous environment. Species are characterized by six life-history traits: niche optimum, niche breadth, dispersal, competitiveness, reproductive investment and survival rate. We were particularly interested in the influence of environmental spatial autocorrelation and disturbance on species diversity and on the traits of the species favoured in the metacommunity. We showed that spatial autocorrelation can have antagonistic effects on diversity depending on disturbance rate. Similarly, spatial autocorrelation interacted with disturbance rate and survival rate to shape the mean dispersal ability observed in the metacommunity. Our results also revealed that many species with various degrees of specialization (i.e. different niche breadths) can coexist together. However specialist species were favoured in the absence of disturbance, and when dispersal was unlimited. In contrast, high disturbance rate selected for more generalist species, associated with low competitive ability.The spatial structure of the environment, together with disturbance and species traits, thus strongly impacts species diversity and, more importantly, species composition. Species composition is known to affect several important metacommunity properties such as ecosystem functioning, resistance and reaction to invasion, to habitat fragmentation and to climate changes. This work allowed a better understanding of the mechanisms responsible for species composition, which is of crucial importance to predict the fate of natural metacommunities in changing environments

Bayesian classification of forest ecological type from satellite data

The main objective of this study was todo a statistical analysis of ecological type from optical satellite data, using Tipping's sparse Bayesian algorithm. This thesis uses "the Relevence Vector Machine" algorithm in ecological classification betweenforestland and wetland. Further this bi-classification technique was used to do classification of many other different species of trees and produces hierarchical classification of entire subclasses given as a target class. Also, we carried out an attempt to use airborne image of same forest area. Combining it with image analysis, using different image processing operation, we tried to extract good features and later used them to perform classification of forestland and wetland.

Fishery of the Goliath grouper, Epinephelus itajara (Teleostei: Epinephelidae) based on local ecological knowledge and fishery records in Yucatan, Mexico

The Goliath grouper, Epinephelus itajara, a large-bodied (similar to 2.5 m TL, > 400 kg) and critically endangered fish (Epinephelidae), is highly Vulnerable to overfishing. Although protected from fishing in many countries, its exploitation in Mexico is unregulated; a situation that puts its populations at risk. Fishery records of E. itajara are scarce, which prevents determination of its fishery status. This work aimed to elucidate the E itajara fishery in the northern Yucatan Peninsula by 1) analyzing available catch records and 2) interviewing veteran fishermen (local ecological knowledge) from two traditional landing sites: Dzilam de Bravo and Puerto Progreso. Historic fishery records from two fishing cooperatives were analyzed in order to elucidate the current situation and offer viable alternatives for conservation and management. Catches have decreased severely. Local knowledge obtained from fishermen represented a very important source of information for reconstructing the fisheries history of this species. Conservation measures that incorporate regional and international regulations on critically endangered fish species are suggested

Identifying the Role of Final Consumption in Structural Path Analysis: An Application to Water Uses

The complexity of the connexions within an economic system can only be reliably reflected in academic research if powerful methods are used. Researchers have used Structural Path Analysis (SPA) to capture not only the linkages within the production system but also the propagation of the effects into different channels of impacts. However, the SPA literature has restricted itself to showing the relations among sectors of production, while the connections between these sectors and final consumption have attracted little attention. In order to consider the complete set of channels involved, in this paper we propose a structural path method that endogenously incorporates not only sectors of production but also the final consumption of the economy. The empirical application comprises water usages, and analyses the dissemination of exogenous impacts into various channels of water consumption. The results show that the responsibility for water stress is imputed to different sectors and depends on the hypothesis used for the role played by final consumption in the model. This highlights the importance of consumers’ decisions in the determination of ecological impacts. Keywords: Input-Output Analysis, Structural Path Analysis, Final Consumption, Water uses.

Una interpretación de los cambios de uso del suelo desde el punto de vista del metabolismo social agrario. La comarca catalana del Vallès, 1853-2004

El paisaje puede ser visto como la expresión territorial del metabolismo que cualquier sociedad mantiene con los sistemas naturales que la sustentan. Uno de los caminos para comprender cómo y por qué la intervención humana cambia la configuración del territorio consiste en analizar los flujos energéticos del intercambio metabólico de la economía con su entorno ambiental, y en identificar los impactos ecológicos que se imprimen en él. Este trabajo busca verificar, mediante la contabilidad del metabolismo social, y el empleo diacrónico de diversos índices desarrollados por la ecología del paisaje, que el enorme incremento de energía externa empleada por los sistemas agrarios tras la “revolución verde”, y la drástica reducción de su eficiencia, están estrechamente relacionados con los cambios de uso del suelo que han degradado considerablemente los tradicionales paisajes agrarios en mosaico del Mediterráneo. El recurso a flujos biofísicos externos, y el abandono del manejo integrado del territorio, han comportado una pérdida de la estructura funcional de la matriz territorial y de su conectividad ecológica. Los resultados obtenidos en cinco municipios de la comarca catalana del Vallès corroboran la estrecha relación existente durante los últimos 150 años entre la eficiencia energética y territorial, y el estado ecológico del paisaje.

Defining ecological strategies in neuroprosthetics.

Neurological disorders disrupt the equilibrium within the brain and spinal cord ecosystems. Ecology reuses, recycles, and reduces to help maintain the balance across ecosystems. Likewise, neuroprosthetics can help the brain help itself with ecoprosthetic designs that integrate the principles of the "three 'R's."

Toimintojärjestelmän rakentaminen. Laatu- ja ympäristöjärjestelmän rakentaminen kuljetusyritykselle ja sen tytäryhtiöille

Tämän työn tavoitteena oli helpottaa kuljetusyrityksiä toimintajärjestelmän rakentamisessa. Yrityksen toiminnan jatkuva parantaminen ja kehitystyö tehtiin huomioiden sekä talous- että ympäristötekijät. Työssä perehdyttiin laatu- ja ympäristökäsitteiden kirjallisuuteen ja niitä koskeviin lakeihin. Malli pohjautuu ISO 9001 ja ISO 14001 standardeihin. Malli toimintajärjestelmän rakentamiseksi on suunniteltu yleisohjeeksi erilaisille ja erikokoisille kuljetusyrityksille. Ei ole olemassa vain yhtä oikeaa tapaa rakentaa toimintajärjestelmä, vaan jokainen yritys rakentaa oman järjestelmän yrityksen toimintaympäristöstä ja kulttuurista riippuen. Yrityksen johdon täydellinen sitoutuminen järjestelmän rakentamiseen on ehdoton edellytys työyhteisön jäsenten sitoutumiselle uuteen toimintamalliin. Järjestelmään sisältyvät yrityksen taustatiedot ja toiminta-ajatus sekä laatu- ja ympäristöpolitiikka. Oleelliset prosessit on myös kuvattava sekä ympäristöasiat suunniteltava. Lisäksi yritysten organisaatiot on kuvattava sekä johdon katselmukset, resurssit, auditoinnit, mittaaminen, poikkeamien hallinta että jatkuva parantaminen on selvitettävä. Järjestelmän rakentamisen jälkeen suurimman haasteen muodostaa henkilöstön asenteiden ja toimintatavan muuttaminen kouluttamisen avulla. Koulutuksessa täytyy huomioida kaikki yrityksen henkilöstöryhmät. Sekä sisäisillä että ulkoisilla auditoinneilla valvotaan jatkuvaa toiminnan oikeellisuutta. Kilpailukykyyn vaikuttava järjestelmän sertifioinnin määräaikaisuus asettaa henkilöstölle motivaation jatkuvaan parantamiseen ja toiminnan kehittämiseen.

Cross-border post-acquisition integration performed by a Nordic information & telecommunication technology company in the transition economy context of the Czech Republic

Diplomityön tarkoituksena oli arvioida akvisition jälkeistä integraatioprosessia. Integraation tarkoitus on mukauttaa ostettu yritys toimivaksi osaksi konsernia. Työn empiirisenä ongelmana oli yleisesti tunnustettu integraatiojohtamisen kompleksisuus. Samoin myöskin akateemisesta kirjallisuudesta puuttui koherentti malli, jolla arvioida integraatiota. Tutkimuskohteena oli akvisitio, jossa suomalainen tietotekniikkan suuryritys osti osake-enemmistön tsekkiläisestä keskisuuresta ohjelmistoyrityksestä. Tutkimuksessa generoitiin integraatiojohtamisen malli tietopohjaiseen organisaatioon. Mallin mukaan integraatio koostuu kolmesta eriävästä, mutta toisiaan tukevasta alueesta: organisaatiokulttuurin yhdentyminen, tietopääoman tasaaminen ja konsernin sisäisten prosessien yhdenmukaistaminen. Näistä kaksi kaksi jälkimmäistä ovat johdettavissa, mutta kulttuurin yhdentymiseen integraatiojohtamisella voidaan vaikuttaa vain katalysoivasti. Organisaatiokulttuuri levittäytyy vain osallisten vuorovaikuksien kautta. Lisäksi tutkimus osoitti, miten akvisitio on revolutionaarinen vaihe yrityksen kehityksessä. Integraation ensimmäinen ajanjakso on revolutionaarista. Tällöin suurimmat ja näkyvimmät johdettavat muutokset pyritään saamaan aikaan, jotta integraatiossa edettäisiin evolutionaariseen kehitykseen. Revolutionaarisen intergaation vetojuhtana toimii integraatiojohto, kun taas evolutionaarinen integraatio etenee osallisten (organisaation jäsenten) itsensä toiminnan ja vuorovaikutusten kautta.

How Do Aggregate Fluctuations Depend on the Network Structure of the Economy?

[spa] En este artículo, analizamos la volatilidad agregada de una economía estilizada donde los agentes estann conectados en redes. Si hay relaciones estratégicas entre las acciones de los agentes, choques idiosincráticos pueden generar fluctuaciones agregadas. Demonstramos que la volatilidad agregada depende de la estructura de redes de la economía de dos maneras. Por un lado, si hay más conexiones en la economía en su conjunto, la volatilidad agregada es más baja. Por otro lado, si las conexiones están más concentradas, la volatilidad agregada es más alta. Presentamos una aplicación de nuestras predicciones teóricas que utiliza datos de EEUU de conexiones intrasectoriales y de diversificación de las empresas.

Morphological, hydrological, biogeochemical and ecological changes and challenges in river restoration - the Thur River case study

River restoration can enhance river dynamics, environmental heterogeneity and biodiversity, but the underlying processes governing the dynamic changes need to be understood to ensure that restoration projects meet their goals, and adverse effects are prevented. In particular, we need to comprehend how hydromorphological variability quantitatively relates to ecosystem functioning and services, biodiversity as well as ground-and surface water quality in restored river corridors. This involves (i) physical processes and structural properties, determining erosion and sedimentation, as well as solute and heat transport behavior in surface water and within the subsurface; (ii) biogeochemical processes and characteristics, including the turnover of nutrients and natural water constituents; and (iii) ecological processes and indicators related to biodiversity and ecological functioning. All these aspects are interlinked, requiring an interdisciplinary investigation approach. Here, we present an overview of the recently completed RECORD (REstored CORridor Dynamics) project in which we combined physical, chemical, and biological observations with modeling at a restored river corridor of the perialpine Thur River in Switzerland. Our results show that river restoration, beyond inducing morphologic changes that reshape the river bed and banks, triggered complex spatial patterns of bank infiltration, and affected habitat type, biotic communities and biogeochemical processes. We adopted an interdisciplinary approach of monitoring the continuing changes due to restoration measures to address the following questions: How stable is the morphological variability established by restoration? Does morphological variability guarantee an improvement in biodiversity? How does morphological variability affect biogeochemical transformations in the river corridor? What are some potential adverse effects of river restoration? How is river restoration influenced by catchment-scale hydraulics [GRAPHICS] and which feedbacks exist on the large scale? Beyond summarizing the major results of individual studies within the project, we show that these overarching questions could only be addressed in an interdisciplinary framework.

How Do Aggregate Fluctuations Depend on the Network Structure of the Economy?

[spa] En este artículo, analizamos la volatilidad agregada de una economía estilizada donde los agentes estann conectados en redes. Si hay relaciones estratégicas entre las acciones de los agentes, choques idiosincráticos pueden generar fluctuaciones agregadas. Demonstramos que la volatilidad agregada depende de la estructura de redes de la economía de dos maneras. Por un lado, si hay más conexiones en la economía en su conjunto, la volatilidad agregada es más baja. Por otro lado, si las conexiones están más concentradas, la volatilidad agregada es más alta. Presentamos una aplicación de nuestras predicciones teóricas que utiliza datos de EEUU de conexiones intrasectoriales y de diversificación de las empresas.

The political economy of international regulatory convergence in public utilities

To what extent should public utilities regulation be expected to converge across countries? When it occurs, will it generate good outcomes? Building on the core proposition of the New Institutional Economics that similar regulations generate different outcomes depending on their fit with the underlying domestic institutions, we develop a simple model and explore its implications by examining the diffusion of local loop unbundling (LLU) regulations. We argue that: one should expect some convergence in public utility regulation but with still a significant degree of local experimentation; this process will have very different impacts of regulation.

Influence of Equipment Operation and Performance Deterioration on Power Plant Economy.

Pysyäkseen kilpailukykyisenä vapautuneilla sähkömarkkinoilla on voimalaitoksen energiantuotantokustannusten oltava mahdollisimman matalia, tinkimättä kuitenkaan korkeasta käytettävyydestä. Polttoaineen energiasisällön mahdollisimman hyvä hyödyntäminen on ratkaisevan tärkeää voimalaitoksen kannattavuudelle. Polttoainekustannusten osuus on konvektiivisilla laitoksilla yleensä yli puolet koko elinjakson kustannuksista. Kun vielä päästörajat tiukkenevat koko ajan, korostuu polttoaineen korkea hyötykäyttö entisestään. Korkea energiantuotannon luotettavuus ja käytettävyys ovat myös elintärkeitä pyrittäessä kustannusten minimointiin. Tässä työssä on käyty läpi voimalaitoksen kustannuksiin vaikuttavia käsitteitä, kuten hyötysuhdetta, käytettävyyttä, polttoaineen hintoja, ylös- ja alasajoja ja tärkeimpiä häviöitä. Ajostrategiassa ja poikkeamien hallinnassa pyritään hyvään hyötysuhteeseen ja alhaisiin päästöihin joka käyttötilanteessa. Lisäksi on tarkasteltu tiettyjen suureiden, eli höyryn lämpötilan ja paineen, savukaasun hapen pitoisuuden, savukaasun loppulämpötilan, sekä lauhduttimen paineen poikkeamien vaikutusta ohjearvostaan energiantuotantokustannuksiin. Happi / hiilimonoksidi optimoinnissa on otettu huomioon myös pohjatuhkan palamattomat.

Selection on a genetic polymorphism counteracts ecological speciation in a stick insect.

The interplay between selection and aspects of the genetic architecture of traits (such as linkage, dominance, and epistasis) can either drive or constrain speciation [1-3]. Despite accumulating evidence that speciation can progress to "intermediate" stages-with populations evolving only partial reproductive isolation-studies describing selective mechanisms that impose constraints on speciation are more rare than those describing drivers. The stick insect Timema cristinae provides an example of a system in which partial reproductive isolation has evolved between populations adapted to different host plant environments, in part due to divergent selection acting on a pattern polymorphism [4, 5]. Here, we demonstrate how selection on a green/melanistic color polymorphism counteracts speciation in this system. Specifically, divergent selection between hosts does not occur on color phenotypes because melanistic T. cristinae are cryptic on the stems of both host species, are resistant to a fungal pathogen, and have a mating advantage. Using genetic crosses and genome-wide association mapping, we quantify the genetic architecture of both the pattern and color polymorphism, illustrating their simple genetic control. We use these empirical results to develop an individual-based model that shows how the melanistic phenotype acts as a "genetic bridge" that increases gene flow between populations living on different hosts. Our results demonstrate how variation in the nature of selection acting on traits, and aspects of trait genetic architecture, can impose constraints on both local adaptation and speciation.