Land use improves spatial predictions of mountain plant abundance but not presence-absence

Question Does a land-use variable improve spatial predictions of plant species presence-absence and abundance models at the regional scale in a mountain landscape? Location Western Swiss Alps. Methods Presence-absence generalized linear models (GLM) and abundance ordinal logistic regression models (LRM) were fitted to data on 78 mountain plant species, with topo-climatic and/or land-use variables available at a 25-m resolution. The additional contribution of land use when added to topo-climatic models was evaluated by: (1) assessing the changes in model fit and (2) predictive power, (3) partitioning the deviance respectively explained by the topo-climatic variables and the land-use variable through variation partitioning, and (5) comparing spatial projections. Results Land use significantly improved the fit of presence-absence models but not their predictive power. In contrast, land use significantly improved both the fit and predictive power of abundance models. Variation partitioning also showed that the individual contribution of land use to the deviance explained by presence-absence models was, on average, weak for both GLM and LRM (3.7% and 4.5%, respectively), but changes in spatial projections could nevertheless be important for some species. Conclusions In this mountain area and at our regional scale, land use is important for predicting abundance, but not presence-absence. The importance of adding land-use information depends on the species considered. Even without a marked effect on model fit and predictive performance, adding land use can affect spatial projections of both presence-absence and abundance models.

Intracortical connectivity of layer VI pyramidal neurons in the somatosensory cortex of normal and barrelless mice.

In mice, barrels in layer IV of the somatosensory cortex correspond to the columnar representations of whisker follicles. In barrelless (BRL) mice, barrels are absent, but functionally, a columnar organization persists. Previously we characterized the aberrant geometry of thalamic projection of BRL mice using axonal reconstructions of individual neurons. Here we proceeded with the analysis of the intracortical projections from layer VI pyramidal neurons, to assess their contribution to the columnar organization. From series of tangential sections we reconstructed the axon collaterals of individual layer VI pyramidal neurons in the C2 barrel column that were labelled with biocytin [controls from normal (NOR) strain, 19 cells; BRL strain, nine cells]. Using six morphological parameters in a cluster analysis, we showed that layer VI neurons in NOR mice are distributed into four clusters distinguished by the radial and tangential extent of their intracortical projections. These clusters correlated with the cortical or subcortical projection of the main axon. In BRL mice, neurons were distributed within the same four clusters, but their projections to the granular and supragranular layers were significantly smaller and their tangential projection was less columnar than in NOR mice. However, in both strains the intracortical projections had a preference for the appropriate barrel column (C2), indicating that layer VI pyramidal cells could participate in the functional columnar organization of the barrel cortex. Correlative light and electron microscopy analyses provided morphometric data on the intracortical synaptic boutons and synapses of layer VI pyramidal neurons and revealed that projections to layer IV preferentially target excitatory dendritic spines and shafts.

Folner sequences and finite operators

This article analyzes Folner sequences of projections for bounded linear operators and their relationship to the class of finite operators introduced by Williams in the 70ies. We prove that each essentially hyponormal operator has a proper Folner sequence (i.e. a Folner sequence of projections strongly converging to 1). In particular, any quasinormal, any subnormal, any hyponormal and any essentially normal operator has a proper Folner sequence. Moreover, we show that an operator is finite if and only if it has a proper Folner sequence or if it has a non-trivial finite dimensional reducing subspace. We also analyze the structure of operators which have no Folner sequence and give examples of them. For this analysis we introduce the notion of strongly non-Folner operators, which are far from finite block reducible operators, in some uniform sense, and show that this class coincides with the class of non-finite operators.

Molecular and physiological characterisation of lonotropic receptors in the sacculus in drosophila

Chemosensation is the detection of chemical signals in the environment that enable an animal to make informed decisions about food choice, mate preference or predator detection. Dissecting the molecular and neural mechanisms by which animals detect chemical cues is an important goal towards understanding how they interact with the environment. An attractive system to dissect the mechanisms of chemosensation is the olfactory system. One of the most-investigated olfactory systems is that of Drosophila melanogaster, a model organism that is amenable to a powerful combination of genetic and physiological analyses. Embedded within the antennal olfactory organ of Drosophila is an unusual sensory structure called the sacculus. The sacculus is comprised of three distinct chambers, each lined with several sensilla housing two to three neurons. Previous morphological, anatomical and surgical studies of sacculus neurons have implicated sacculus neurons in chemosensation, hygrosensation and/or thermosensation. While a subset of sacculus neurons have been physiologically characterised as temperature sensors, the role of this organ has remained largely mysterious, due to its inaccessibility to peripheral electrophysiological analysis. Recently a new family of olfactory receptors, the lonotropic Receptors (IRs), was identified. Five IRs are expressed in sacculus neurons providing the first selective molecular markers for these cells. In this thesis I describe the molecular, physiological and anatomical characterisation of these neurons. Genetic labelling of specific populations of sacculus neurons with anatomical (CD8:GFP) reporters has identified neurons in sacculus chambers I and II express IR40a+IR93a together with their co- receptor IR25a, while neurons in chamber III express IR64a with its co-receptor IR8a. Both these sets of neurons project to two distinct glomeruli in the antennal lobe; IR40a neurons project to the column and arm, IR64a neurons project to DC4 and DP1m. Through a live optical imaging screen I showed that these neurons are indeed olfactory and IR64a neurons recognise acidic ligands, while IR40a neurons recognise amine ligands. IR40a and IR64a neurons are in fact composed of anatomically and physiologically distinct subpopulations, strongly implying the existence of other factors that define their functional properties. My thesis identifies the sacculus as a specialised olfactory organ capable of detecting acids and bases, which are of widespread importance to insects. The data from my thesis along with data from other labs show the sacculus is composed of different populations of olfactory sensory neurons and thermosensory neurons. Comparative genomic analysis of sacculus IRs across insects reveals them to be among the most conserved of this receptor repertoire, suggesting that the sacculus represents an evolutionarily ancient insect olfactory acid-base sensor. - La détection des produits chimiques se trouvant dans l'environnement (perception chimiosensorielle) permet à un animal de choisir sa nourriture, son partenaire ou encore d'identifier ses prédateurs. Décortiquer les mécanismes moléculaires et neuronaux grâce auxquels les animaux détectent ces signaux chimiques permet de comprendre comment ces animaux interagissent avec leur environnement. Un système intéressant pour décortiquer ces mécanismes de perception chimiosensorielle est le système olfactif, de la drosophile (Drosophila melanogaster), aussi appelée mouche du vinaigre. C'est un animal modèle très utile grâce à la combinaison d'outils génétiques puissants et d'analyses physiologiques facilement réalisables. Dans l'antenne de la drosophile, qui est l'organe olfactif principal de cet animal, se trouve une structure appelée sacculus. Celui-ci est composé de trois chambres distinctes, chacune comprenant plusieurs sensilles à l'intérieur desquelles se trouvent deux à trois neurones. De précédentes études morphologiques et anatomiques des ces neurones ont déterminé qu'ils sont impliqués dans la perception des odeurs, de l'humidité et de la température. Malgré ceci, la fonction principale de cet organe reste largement inconnue, principalement car il est inaccessible aux analyses électrophysiologiques. Récemment, une nouvelle famille de soixante-six récepteurs olfactifs, nommés Récepteurs lonotropiques (IRs), a été découverte chez la drosophile. Cinq IRs sont exprimés dans les neurones du sacculus. Pour la première fois, une sélection de marqueurs moléculaires est disponible pour l'étude de ces cellules. Dans cette thèse, les caractéristiques moléculaires, physiologiques et anatomiques des neurones du sacculus sont décrites. Ces populations de neurones situés dans le sacculus ont été marquées avec des gènes rapporteurs (CD8:GFP). Ceci a montré que les récepteurs IR40a et IR93a sont exprimés ensemble avec le co-récepteur IR25a dans les chambres I et II, tandis que les neurones de la chambre III expriment IR64a avec son co-récepteur IR8a. Ces deux groupes de neurones projettent vers deux glomérules distincts du lobe antennaire : les neurones IR40a projettent vers la column et le arm, alors que les neurones IR64a projettent vers DC4 et DP1m. Un screen d'imagerie optique a démontré que ces neurones sont en effet des neurones olfactifs, et que les neurones IR64a reconnaissent des ligands acides, tandis que les neurones IR40a reconnaissent des ligands aminés. De plus, les neurones IR40a et IR64a sont séparés en sous-populations distinctes anatomiquement et physiologiquement, et d'autres facteurs permettant de définir leurs propriétés fonctionnelles sont probablement impliqués. Cette thèse identifie ainsi le sacculus comme un organe olfactif spécialisé capable de détecter des acides et amines, lesquels sont très importants pour les insectes. Toutes les données collectées durant cette thèse, combinées aux données d'autres laboratoires, montrent que le sacculus est composé de différentes populations de neurones olfactifs et thermosenseurs. Ces IRs sont très conservés parmi les insectes, suggérant que le sacculus représente révolution d'un ancien détecteur olfactif d'acides et de bases chez l'insecte. - Tous les animaux sont capables de percevoir les signaux chimiques dans leur environnement, comme les odeurs ou le goût, via différents organes. L'odorat est le sens qui permet de percevoir les odeurs, et il est implique des neurones olfactifs qui se trouvent dans le nez des mammifères ou les antennes des insectes. La capacité d'un neurone olfactif à détecter une molécule odorante dépend des types de récepteurs olfactifs qu'il exprime. Il existe deux grandes familles de récepteurs qui perçoivent les odeurs : les Récepteurs Olfactifs, ORs, et Récepteurs lonotropiques IRs, qui détectent différents types d'odeurs avec différents mécanismes. Lorsqu'un récepteur reconnaît une molécule odorante, il convertit ce signal en un signal électrique qui est ensuite transmis au centre olfactif dans le cerveau. La drosophile (Drosophila melanogaster), aussi appelée mouche du vinaigre, est utilisée comme animal modèle pour étudier l'odorat, parce que son génome entier a été séquencé et que ses gènes sont facilement manipulables. De plus, l'anatomie du système olfactif de la mouche est similaire à celui des mammifères, malgré qu'il possède moins de neurones, ce qui le rend moins complexe. Ma thèse a pour objectif d'étudier les Récepteurs lonotropiques dans un organe spécifique, appelé le sacculus, situé dans les antennes. Les neurones du sacculus exprimant des IRs envoient leurs projections au centre olfactif du cerveau, suggérant que ces neurones perçoivent les odeurs. Une technique d'imagerie optique a été utilisée sur le cerveau de mouches vivantes afin de mesurer la réponse des neurones du le sacculus à différentes odeurs. J'ai démontré que ces récepteurs détectent des acides et des amines, qui sont très importants pour les insectes. Par exemple, les acides se retrouvent dans les fruits mûrs sur lesquels les mouches vont se nourrir, s'accoupler et poser leurs oeufs, et les amines sont souvent produites par des bactéries pouvant être nuisible pour la mouche. La principale découverte de ma thèse est donc l'identification du sacculus comme un organe capable de détecter deux des principales odeurs importantes pour la mouche. Ces récepteurs sont aussi présents dans d'autres insectes où ils jouent peut-être des rôles différents. Les acides et les amines se retrouvent aussi dans les excrétions (comme la sueur ou l'urine) de beaucoup de mammifères, qui pourraient potentiellement être dangereux pour la mouche, mais qui attirent les moustiques se nourrissant de leur sang.

Analyse comparée de régimes institutionnels de gestion des réseaux urbains de l'eau en station touristique de montagne : les cas de Crans-Montana (Suisse) et de Morzine-Avoriaz (France)

La station touristique représente un espace urbain consacré principalement au tourisme, tout en comprenant également une population résidente permanente. Du point de vue de la gestion des réseaux urbains de l'eau, cette caractéristique induit pour ce type de lieu des usages propres à tout espace urbain mais également des spécificités liées à la forte fluctuation saisonnière de la population résidente ou encore à la présence d'usages particuliers tels que l'irrigation des golfs, la production de neige artificielle ou le thermalisme. Dès lors, la planification de l'approvisionnement est délicate et peu prévisible. Ces difficultés sont renforcées par le fait que les concentrations temporelles de la demande coïncident généralement avec des périodes de stress hydrique notable. Dans le cas de stations balnéaires, les pics de fréquentation interviennent en général durant l'été lorsque la ressource en eau est peu disponible. Le problème est similaire dans les stations touristiques de montagne où l'eau est généralement indisponible car stockée sous forme de neige durant les mois de forte fréquentation. De plus, ces difficultés sont souvent renforcées par la localisation géographique des stations touristiques, fréquemment situées dans des espaces sensibles du point de vue de la ressource en eau, avec des situations de pénuries temporelles, voire structurelles. Ces problématiques propres à la plupart des stations touristiques mènent souvent à de fortes rivalités entre, d'une part, les différents usages touristiques de la ressource, et d'autre part, les usages autochtones et touristiques. Les particularités liées au tourisme tendent ainsi à renforcer les rivalités entre différents types de secteurs d'activité (approvisionnement en eau potable, tourisme, hydroélectricité, enneigement artificiel, irrigation, etc.). Ces différents usages de la ressource mis en concurrence nécessitent dès lors la mise en oeuvre de réglementations structurées à travers des politiques publiques ainsi que des droits de propriété et selon des composantes nationales, régionales et locales ; soit un cadre institutionnel que nous proposons d'appeler Régime Institutionnel de Ressource (RIR) (Knoepfel et al. 2001, 2007). A travers cette thèse de doctorat, nous répondons à différentes questions de recherche. Nous tentons d'abord de comprendre comment ces différents RIR sont-ils mis en oeuvre dans le cadre d'espaces touristiques ? Comment ceux-ci sont-ils concrétisés par les acteurs et quels sont leurs effets en termes de durabilité technique, environnementale, sociale et économique des réseaux urbains de l'eau ? Nous questionnons ensuite les effets du tourisme sur la gestion des infrastructures de réseau à l'échelle de la station touristique et de son bassin versant et nous interrogeons sur les effets du tourisme en termes de gestion des eaux urbaines. Nous portons notre attention sur deux stations touristiques situées dans deux contextes institutionnels différents (Crans-Montana en Suisse et Morzine-Avoriaz en France) et y étudions trois types de régimes institutionnels en particulier : la régie directe (gestion publique), l'affermage (gestion déléguée) et la gestion privée des infrastructures. Les résultats de cette thèse de doctorat indiquent tout d'abord dans quelle mesure le tourisme modifie de façon significative la perception et les modalités de gestion de la ressource en eau et des infrastructures. Ils montrent ensuite que l'espace fonctionnel de la gestion de ces infrastructures correspond rarement aux limites du réseau hydrographique naturel et quelles en sont les implications en termes de durabilité. Enfin, la comparaison de différents régimes institutionnels révèle les forces et les faiblesses de chaque modèle de gestion dans le cas spécifique des stations touristiques et également les différentes solutions adoptées localement pour la mise en oeuvre d'un arrangement institutionnel permettant un usage plus ou moins durable des infrastructures de réseau et du réseau hydrographique naturel. - Tourism resort represents an urban area mainly dedicated to tourism while including at the same time a permanent residential population. From the point of view of urban water networks, this characteristic induces a strong seasonal fluctuation of residential population and involves special water uses such as golf irrigation, production of artificial snow or functioning of thermal baths. Therefore, water supply planning can be tricky and difficult to predict. These difficulties are reinforced by the fact that temporary concentrations of water demand coïncidé generally with periods of water stress. In the case of seaside resorts, frequenting peaks arise in general during summer when water resource is less available. The problem is similar in mountainous tourist resorts where water is generally unavailable as it is stored as snow during months of highest frequenting. Furthermore, these difficulties are often reinforced by resorts' geographical localisations, which are often situated in sensitive areas in terms of temporary or structural water shortages. These problematic issues often lead to strong rivalries between tourists' water uses on the one hand, and between locals and tourists uses on the other hand. Thus, features of tourism tend to reinforce rivalries between different sectors of activity (supply of drinking water, tourism, hydroelectricity, artificial snow, irrigation, etc.). These different and competing water uses need the implementation of rules structured through public policies and property rights and through national, regional and local legal components; We propose to call this framework as an Institutional Resource Regime (IRR) (Knoepfel et al. 2001, 2007, 2009). Through this PhD thesis, we answer different research questions. We firstly aim to understand how those different IRR are implemented within tourism spaces? How do actors materialize them and what are their effects in term of technical, environmental, social and economical sustainability of urban water networks? We then, investigate effects of tourism on water networks infrastructures' management at the scale of the tourist resort and its river basin. We focus our attention on two tourist resorts situated within two different institutional contexts (Crans-Montana, Switzerland and Morzine-Avoriaz, France) and study three types of institutional regime in particular: public, delegated and private management of infrastructures. Results of this PhD thesis indicate firstly how tourism modifies in a significant way the perception and management modalities of water resource and infrastructures. Results also show that functional space of infrastructures management rarely matches with the limits of the natural river basin and indicates what it means in terms of sustainability. Finally, the comparison of different institutional regimes reveals the strengths and weakness of each management model in the specific case of tourist resorts and shows the different solutions in locally implementing an institutional arrangement for a more or less sustainable management of network infrastructures and natural water system.

Adapting global conservation strategies to climate change at the European scale: the otter as a flagship species

Climate change has created the need for new strategies in conservation planning that account for the dynamics of factors threatening endangered species. Here we assessed climate change threat to the European otter, a flagship species for freshwater ecosystems, considering how current conservation areas will perform in preserving the species in a climatically changed future. We used an ensemble forecasting approach considering six modelling techniques applied to eleven subsets of otter occurrences across Europe. We performed a pseudo-independent and an internal evaluation of predictions. Future projections of species distribution were made considering the A2 and B2 scenarios for 2080 across three climate models: CCCMA-CGCM2, CSIRO-MK2 and HCCPR HAD-CM3. The current and the predicted otter distributions were used to identify priority areas for the conservation of the species, and overlapped to existing network of protected areas. Our projections show that climate change may profoundly reshuffle the otter's potential distribution in Europe, with important differences between the two scenarios we considered. Overall, the priority areas for conservation of the otter in Europe appear to be unevenly covered by the existing network of protected areas, with the current conservation efforts being insufficient in most cases. For a better conservation, the existing protected areas should be integrated within a more general conservation and management strategy incorporating climate change projections. Due to the important role that the otter plays for freshwater habitats, our study further highlights the potential sensitivity of freshwater habitats in Europe to climate change.

Overcoming the rare species modelling paradox: test of a novel hierarchical framework with an Iberian endemic plant

Rare species have restricted geographic ranges, habitat specialization, and/or small population sizes. Datasets on rare species distribution usually have few observations, limited spatial accuracy and lack of valid absences; conversely they provide comprehensive views of species distributions allowing to realistically capture most of their realized environmental niche. Rare species are the most in need of predictive distribution modelling but also the most difficult to model. We refer to this contrast as the "rare species modelling paradox" and propose as a solution developing modelling approaches that deal with a sufficiently large set of predictors, ensuring that statistical models aren't overfitted. Our novel approach fulfils this condition by fitting a large number of bivariate models and averaging them with a weighted ensemble approach. We further propose that this ensemble forecasting is conducted within a hierarchic multi-scale framework. We present two ensemble models for a test species, one at regional and one at local scale, each based on the combination of 630 models. In both cases, we obtained excellent spatial projections, unusual when modelling rare species. Model results highlight, from a statistically sound approach, the effects of multiple drivers in a same modelling framework and at two distinct scales. From this added information, regional models can support accurate forecasts of range dynamics under climate change scenarios, whereas local models allow the assessment of isolated or synergistic impacts of changes in multiple predictors. This novel framework provides a baseline for adaptive conservation, management and monitoring of rare species at distinct spatial and temporal scales.

Species distributions and interactions in a changing world : from understanding to forecasting

Les écosystèmes fournissent de nombreuses ressources et services écologiques qui sont utiles à la population humaine. La biodiversité est une composante essentielle des écosystèmes et maintient de nombreux services. Afin d'assurer la permanence des services écosystémiques, des mesures doivent être prises pour conserver la biodiversité. Dans ce but, l'acquisition d'informations détaillées sur la distribution de la biodiversité dans l'espace est essentielle. Les modèles de distribution d'espèces (SDMs) sont des modèles empiriques qui mettent en lien des observations de terrain (présences ou absences d'une espèce) avec des descripteurs de l'environnement, selon des courbes de réponses statistiques qui décrive la niche réalisée des espèces. Ces modèles fournissent des projections spatiales indiquant les lieux les plus favorables pour les espèces considérées. Le principal objectif de cette thèse est de fournir des projections plus réalistes de la distribution des espèces et des communautés en montagne pour le climat présent et futur en considérant non-seulement des variables abiotiques mais aussi biotiques. Les régions de montagne et l'écosystème alpin sont très sensibles aux changements globaux et en même temps assurent de nombreux services écosystémiques. Cette thèse est séparée en trois parties : (i) fournir une meilleure compréhension du rôle des interactions biotiques dans la distribution des espèces et l'assemblage des communautés en montagne (ouest des Alpes Suisses), (ii) permettre le développement d'une nouvelle approche pour modéliser la distribution spatiale de la biodiversité, (iii) fournir des projections plus réalistes de la distribution future des espèces ainsi que de la composition des communautés. En me focalisant sur les papillons, bourdons et plantes vasculaires, j'ai détecté des interactions biotiques importantes qui lient les espèces entre elles. J'ai également identifié la signature du filtre de l'environnement sur les communautés en haute altitude confirmant l'utilité des SDMs pour reproduire ce type de processus. A partir de ces études, j'ai contribué à l'amélioration méthodologique des SDMs dans le but de prédire les communautés en incluant les interactions biotiques et également les processus non-déterministes par une approche probabiliste. Cette approche permet de prédire non-seulement la distribution d'espèces individuelles, mais également celle de communautés dans leur entier en empilant les projections (S-SDMs). Finalement, j'ai utilisé cet outil pour prédire la distribution d'espèces et de communautés dans le passé et le futur. En particulier, j'ai modélisé la migration post-glaciaire de Trollius europaeus qui est à l'origine de la structure génétique intra-spécifique chez cette espèce et évalué les risques de perte face au changement climatique. Finalement, j'ai simulé la distribution des communautés de bourdons pour le 21e siècle afin d'évaluer les changements probables dans ce groupe important de pollinisateurs. La diversité fonctionnelle des bourdons va être altérée par la perte d'espèces spécialistes de haute altitude et ceci va influencer la pollinisation des plantes en haute altitude. - Ecosystems provide a multitude of resources and ecological services, which are useful to human. Biodiversity is an essential component of those ecosystems and guarantee many services. To assure the permanence of ecosystem services for future generation, measure should be applied to conserve biodiversity. For this purpose, the acquisition of detailed information on how biodiversity implicated in ecosystem function is distributed in space is essential. Species distribution models (SDMs) are empirical models relating field observations to environmental predictors based on statistically-derived response surfaces that fit the realized niche. These models result in spatial predictions indicating locations of the most suitable environment for the species and may potentially be applied to predict composition of communities and their functional properties. The main objective of this thesis was to provide more accurate projections of species and communities distribution under current and future climate in mountains by considering not solely abiotic but also biotic drivers of species distribution. Mountain areas and alpine ecosystems are considered as particularly sensitive to global changes and are also sources of essential ecosystem services. This thesis had three main goals: (i) a better ecological understanding of biotic interactions and how they shape the distribution of species and communities, (ii) the development of a novel approach to the spatial modeling of biodiversity, that can account for biotic interactions, and (iii) ecologically more realistic projections of future species distributions, of future composition and structure of communities. Focusing on butterfly and bumblebees in interaction with the vegetation, I detected important biotic interactions for species distribution and community composition of both plant and insects along environmental gradients. I identified the signature of environmental filtering processes at high elevation confirming the suitability of SDMs for reproducing patterns of filtering. Using those case-studies, I improved SDMs by incorporating biotic interaction and accounting for non-deterministic processes and uncertainty using a probabilistic based approach. I used improved modeling to forecast the distribution of species through the past and future climate changes. SDMs hindcasting allowed a better understanding of the spatial range dynamic of Trollius europaeus in Europe at the origin of the species intra-specific genetic diversity and identified the risk of loss of this genetic diversity caused by climate change. By simulating the future distribution of all bumblebee species in the western Swiss Alps under nine climate change scenarios for the 21st century, I found that the functional diversity of this pollinator guild will be largely affected by climate change through the loss of high elevation specialists. In turn, this will have important consequences on alpine plant pollination.

Scenarios for the milk production chain in Brazil in 2020

Brazilian milk production has grown steadily and in 2004 the country became self-sufficient in dairy production. This article develops possible scenarios for the milk production chain in Brazil for the year 2020 in order to contribute to decisions that must be made by stakeholders. A literature review on foresight and the use of scenarios was conducted, and a scenario writing approach based on Wright and Spers (2006) was adopted, which includes the use of the Delphi method, Michael Porter's Five Competitive Forces model, Interpretative Structural Modeling (ISM) (WRIGHT, 1991) and quantitative projections. This methodology provided four scenarios, with quantitative and qualitative elements: two exploratory scenarios ("milk, the new agribusiness star" and "a wasted future"), a most probable scenario ("continuous but uneven growth") and a desired scenario ("competitive family agriculture"). Overall, it is possible to note many market opportunities, as well as niche markets and the strengthening of cooperatives. Future prospects are also favorable to the dairy industry in general, but nearly all scenarios point to a concentration in the industrial sphere.

Climate change, anthropogenic disturbance and the northward range expansion of Lactuca serriola (Asteraceae)

The distribution range of Lactuca serriola, a species native to the summer-dry mediterranean climate, has expanded northwards during the last 250 years. This paper assesses the influence of climate on the range expansion of this species and highlights the importance of anthropogenic disturbance to its spread. Location Central and Northern Europe. Methods Data on the geographic distribution of L. serriola were assembled through a literature search as well as through floristic and herbarium surveys. Maps of the spread of L. serriola in Central and Northern Europe were prepared based on herbarium data. The spread was assessed more precisely in Germany, Austria and Great Britain by pooling herbarium and literature data. We modelled the bioclimatic niche of the species using occurrence and climatic data covering the last century to generate projections of suitable habitats under the climatic conditions of five time periods. We tested whether the observed distribution of L. serriola could be explained for each time period, assuming that the climatic niche of the species was conserved across time. Results The species has spread northwards since the beginning of the 19th century. We show that climate warming in Europe increased the number of sites suitable for the species at northern latitudes. Until the late 1970s, the distribution of the species corresponded to the climatically suitable sites available. For the last two decades, however, we could not show any significant relationship between the increase in suitable sites and the distributional range change of L. serriola. However, we highlight potential areas the species could spread to in the future (Great Britain, southern Scandinavia and the Swedish coast). It is predominantly non-climatic influences of global change that have contributed to its rapid spread. Main conclusions The observation that colonizing species are not filling their climatically suitable range might imply that, potentially, other ruderal species could expand far beyond their current range. Our work highlights the importance of historical floristic and herbarium data for understanding the expansion of a species. Such historical distributional data can provide valuable information for those planning the management of contemporary environmental problems, such as species responses to environmental change.

Distinct neuronal circuits underlying the bahavioral and physiological components of the fear response

Abstract : Expression of fear involves changes in a number of behavioral and physiological parameters that are triggered by the central amygdala (CeA). The fear circuit also includes a series of brain stem nuclei that are the final effectors of the changes induced by the fear reaction. The CeA expresses many different neuropeptide receptors that can modulate fear responses. Today, the precise organization and the modulation of projections from the amygdala to the brain stem are still poorly understood. The aim of this project was to better understand the organization and the modulation of the fear circuit. To investigate this we first determined whether the CeA is composed of separate neuronal populations, where each one projects to specific brain stem nuclei, or whether single CeA neurons project to several nuclei. For this purpose, we first selected two brain stem nuclei implicated in the modulation of different components of the fear reactions, the periaqueductal gray (implicated in freezing) and the nucleus of solitary tract (implicated in heart rate modulation). We then performed double injections of two different retrograde tracers in these two nuclei and we quantified the subsequent presence of co-labelling in the CeA. We found that neurons projecting to the PAG and to the NTS are organized in separate populations. Subsequent electrophysiological recordings of the two populations revealed that PAG and NTS projecting neurons also have different electrophysiological characteristics. We then verified in vitro whether the neurons projecting to different brain stem nuclei express specific combinations of neuropeptide receptors, and whether a neuropeptide acting pre-synaptically (oxytocin) specifically modulates one of these two projections. We did not find differences at the level of expression of neurópeptide receptors, but we observed that oxytocin, a neuropeptide with anxiolytic properties, modulates PAG projecting neurons without affecting NTS projecting neurons. As oxytocin appeared to specifically modulate projections to the PAG, involved in the modulation of the freezing reaction, but did not affect the projections to the NTS, implicated in the modulation of cardiovascular parameters, we verified how this modulation translates in living animals. We investigated the effects of infra-amygdala injection of oxytocin on cardiovascular and behavioral changes induced by contextual fear conditioning. We found that oxytocin decreased the freezing response without affecting the cardiovascular system. Finally, as neuropeptides are considered potential future anxiolytics, we investigated whether diazepam and oxytocin, acting on the same circuit, had additive effects. This question was addressed exclusively with an in vitro electrophysiological approach. We obtained that oxytocin and diazepam, when co-applied, had an additive effect on both synaptic transmission and neuronal activity. These results open new perspectives for the possible clinical applications of oxytocin. Résumé : L'expression de la peur est accompagnée par de nombreux changements physiologiques et comportementaux qui sont déclenchés par l'amygdale centrale (CeA). Le circuit inclue aussi une série de noyaux du tronc cérébrale qui sont les effecteurs des différentes composantes de la réaction de peur. On sait que CeA envoie des projections aux noyaux du tronc cérébral et que ces neurones expriment une grande variété de récepteurs aux neuropeptides. Par contre, l'organisation des projections, ainsi que la modulation de ces projections par les neuropeptides reste encore peu connue. Avec ce projet, on premièrement voulu déterminer si CeA est composée de populations neuronales séparées qui projettent vers un noyau spécifique, ou bien si chaque neurones envoie des projections vers plusieurs noyaux. A ce propos, on a effectué des doubles injections de deux traceurs rétrogrades différentes dans deux noyaux du tronc cérébral impliqués dans des différentes composantes des réactions de peur. On a injecté la substance grise périaqueducale (PAG), qui est impliquée dans la réponse d'immobilisation, ainsi que le noyau du tractus solitaire (NTS) qui est responsable des changements cardiovasculaires. On a ensuite quantifié la présence de neurones contenant les deux traceurs dans CeA. On a trouvé que la plupart des neurones de l'amygdale centrale projettent vers un noyau spécifique, et on peut donc dire que l'amygdale semble être composée de populations neuronales séparées. On a ensuite mesuré les caractéristiques électrophysiologiques de ces deux projections et on a trouvé des différences substantielles concernant la résistance membranaire, la capacitance, le potentiel membranaire de repos ainsi que la fréquence des potentiels d'action spontanés. Puis, comme beaucoup de neuropéptides dans l'amygdale exercent un effet modulatoire sûr les réactions de peur et sur l'anxiété, on a étudié les effets directs et indirects d'une série de neuropeptides sur les différentes projections pour évaluer s'il y a des neuropeptides qui agissent spécifiquement sur une. On n'a pas trouvé de différences entre neurones qui projettent vers le PAG et neurones qui projettent vers le NTS concernant les effets de neuropeptides qui agissent directement sur ces cellules. Par contre, on a trouvé que l'ocytocine, un neuropeptide qui se lie à des récepteurs dans la partie latérale de l'amygdale centrale et inhibe de façon indirecte les neurones de l'amygdala centrale médiale, module les projections vers le PAG sans affecter celles qui vont vers le NTS. Comme le PAG est impliqué dans la réponse d'immobilisation, alors que le NTS est impliqué dans la modulation cardiovasculaire, on a ensuite étudié les effets de l'ocytocine injectée dans l'amygdale de rat vivants sur les réactions de peur conditionnées. On a trouvé que l'ocytocine diminue la réponse d'immobilisation sans par contre affecter la réponse cardiovasculaire. Pour terminer, on a vérifié si l'ocytocine potentialise les effets d'un médicament anxiolytique, le diazeparn. Avec une étude in vitro on a trouvé qu'une co-application d'ocytocine et diazeparn résulte en un effet additionnel à la fois sur la transmission synaptique ainsi que sur l'activité neuronale des neurones de l'amygdale centrale médiale. Ces résultats ouvrent des nouvelles perspectives pour une potentielle utilisation clinique de l'ocytocine.

Medium-sized neurofilament protein related to maturation of a subset of cortical neurons.

Neurofilaments are typical structures of the neuronal cytoskeleton and participate in the formation and stabilization of the axonal and dendritic architecture. In this study, we have characterized a murine monoclonal antibody, FNP7, that is directed against the medium-sized neurofilament subunit NF-M. This antibody identifies a subset of neurons in the cerebral cortex of various species including human and in organotypic cultures of rat cortex. In the neocortex of all species examined, the antibody labels pyramidal cells in layers III, V, and VI, with a distinctive laminar distribution between architectonic boundaries. In comparison with other antibodies directed against NF-M, the FNP7 antibody identifies on blots two forms of NF-M that appear relatively late during development, at the time when dynamic growth of processes changes to the stabilization of the formed processes. Dephosphorylation with alkaline phosphatase unmasks the site, making it detectable for the FNP7 antibody. The late appearance suggests that the site is present during early development in phosphorylated form and with increasing maturation becomes dephosphorylated, mainly in dendrites. This event may relate to changes in cytoskeleton stability in a late phase of dendritic maturation. Furthermore, mainly corticofugal projections and only few callosal axons are stained, suggesting a differential phosphorylation in a subset of axons. The antibody provides a useful marker to study subsets of pyramidal cells in vivo, in vitro, and under experimental conditions.

Low dispersing species : population genetic processes in space and time : the genus "Trochulus" (Gastropoda: Hygromiidae) as a case study

RÉSUMÉ Une espèce est rarement composée d'une population unique. Parce que les individus ont des capacités de dispersion limitées et que les paysages sont des mosaïques d'habitats, la plupart des espèces sont plutôt composées de sous-populations connectées par la migration. Cette variation spatiale influence directement la distribution de la variabilité génétique dans et entre les populations. Durant ce travail, nous avons abordé certains des processus populationnels qui ont joué un rôle supposé dans l'apparition de nouvelles espèces au sein du genre Trochulus. Plus précisément, nous avons tenté d'évaluer les impacts respectifs de l'isolement passé (facteurs historiques) et présent (facteurs locaux). Nous avons d'abord pu montrer que les faibles capacités de dispersion des escargots terrestres ont directement influencé leur histoire évolutive à toutes les échelles spatiales et temporelles. En réduisant l'effet homogénéisant de la migration, une faible dispersion maintient dans les populations les traces génétiques d'évènements passés. A l'échelle de la distribution globale de Trochulus villosus, ces traces ont permis de reconstruire une histoire faite d'isolements et d'expansions de populations. En combinant des données génétiques avec une modélisation de la niche climatique passée, il a été possible de proposer un scénario significativement meilleur que toutes les hypothèses alternatives que nous avons testées. A l'échelle locale par contre, l'héritage historique est difficile à distinguer de la dynamique actuelle. Ce fut le cas des lignées mitochondriales du complexe sericeus-hispidus : les deux principales lignées étaient phylogénétiquement éloignées, avaient eu des démographies passées différentes et corrélaient avec des différences morphologiques. D'un autre côté, le flux de gène nucléaire était fort, contredisant l'idée de deux espèces cryptiques isolées reproductivement. Pour pouvoir conclure à la présence ou non de deux espèces, il nous a manqué des informations locales sur la dynamique des populations et les conditions écologiques que l'on trouve dans la région d'étude. Enfin, nous avons pu souligner que la connectivité entre populations d'escargots est soumise à la qualité des habitats et à leur organisation spatiale. Les escargots sont dépendants d'un habitat et s'y adaptent, comme l'indiquent la présence de «poils » uniquement sur la coquille d'espèces vivant dans des habitats humides ou la corrélation entre morphologie et habitat au sein du complexe sericeus-hispidus. Logiquement donc, les escargots migrent préférentiellement au travers d'habitats favorables comme l'a montré la réduction de flux de gènes au travers des prairies chez T. villosus (une espèce forestière). De ces données, nous pouvons supposer que les populations d'escargots en particulier, et des espèces à faible dispersion en général, ont de fortes chances d'être affectées par les changements climatiques, avec de probables implications pour leurs histoires évolutives. SUMMARY : Species rarely consists in a single population. Because individuals have limited dispersal abilities, because landscapes are habitat patchworks, most species are made of several subpopulations connected by migration. This spatial variation has consequences on the distribution of genetic diversity within and between populations, creating a structure among the populations. During the present work, we investigated some of the population processes assumed to have played an important role on the speciation within the genus Trochulus. More specifically, we questioned the respective impacts of past (historical factors) or present (local factors) population isolations. We first could show that the poor dispersal abilities of land snails have had profound impacts on their evolutionary histories at all spatial and temporal scales. Low dispersal maintains a strong signature of past events in the populations by minimising the homogenising effects of geneflow. At the scale of Trochulus villosus global distribution, they allowed to retrieve the detailed history of this species population isolations and expansions. Combining a large genetic dataset with paleo-climatic niche modelling ended up with a historical scenario significantly better than all traditional alternatives we tested. At local scale on the contrary, past events become difficult to tease apart from ongoing processes. This was the case for the divergent mitochondria) lineages within the sericeus-hispidus complex: the two principal lineages appeared to be phylogenetically distant, to have experienced different demographic histories and to correlate with morphological differences. On the other hand, nuclear (present day) geneflow was high, contradicting the idea of two reproductively isolated cryptic species. Information on the local population dynamics and environmental conditions are lacking to be able to decide whether past isolation has indeed resulted here in new species. Finally, we emphasised the importance of the habitat types present in a landscape as well as their spatial organisation for the population connectivity of land snails. These species are tightly dependent on a habitat and adapt to it as shown by thé occurrence of hair-like structures only in species living in humid environments or by the correlation between shell morphology and habitat in the sericeus-hispidus complex. As a result, land snails preferentially migrate through favourable habitats: Trochulus villosus, a forest species, had its geneflow significantly reduced across meadows. From these data, we can hypothesise that the populations of land snails in particular and of low dispersing species in general are likely to be strongly affected by the ongoing climate changes, with potential major consequences on their evolutionary histories.

Emotional attention as a modulatory system of perception

Report for the scientific sojourn carried out at the University Medical Center, Swiss, from 2010 to 2012. Abundant evidence suggests that negative emotional stimuli are prioritized in the perceptual systems, eliciting enhanced neural responses in early sensory regions as compared with neutral information. This facilitated detection is generally paralleled by larger neural responses in early sensory areas, relative to the processing of neutral information. In this sense, the amygdala and other limbic regions, such as the orbitofrontal cortex, may play a critical role by sending modulatory projections onto the sensory cortices via direct or indirect feedback.The present project aimed at investigating two important issues regarding these mechanisms of emotional attention, by means of functional magnetic resonance imaging. In Study I, we examined the modulatory effects of visual emotion signals on the processing of task-irrelevant visual, auditory, and somatosensory input, that is, the intramodal and crossmodal effects of emotional attention. We observed that brain responses to auditory and tactile stimulation were enhanced during the processing of visual emotional stimuli, as compared to neutral, in bilateral primary auditory and somatosensory cortices, respectively. However, brain responses to visual task-irrelevant stimulation were diminished in left primary and secondary visual cortices in the same conditions. The results also suggested the existence of a multimodal network associated with emotional attention, presumably involving mediofrontal, temporal and orbitofrontal regions Finally, Study II examined the different brain responses along the low-level visual pathways and limbic regions, as a function of the number of retinal spikes during visual emotional processing. The experiment used stimuli resulting from an algorithm that simulates how the visual system perceives a visual input after a given number of retinal spikes. The results validated the visual model in human subjects and suggested differential emotional responses in the amygdala and visual regions as a function of spike-levels. A list of publications resulting from work in the host laboratory is included in the report.

Emotional attention as a modulatory system of perception

Report for the scientific sojourn carried out at the University Medical Center, Swiss, from 2010 to 2012. Abundant evidence suggests that negative emotional stimuli are prioritized in the perceptual systems, eliciting enhanced neural responses in early sensory regions as compared with neutral information. This facilitated detection is generally paralleled by larger neural responses in early sensory areas, relative to the processing of neutral information. In this sense, the amygdala and other limbic regions, such as the orbitofrontal cortex, may play a critical role by sending modulatory projections onto the sensory cortices via direct or indirect feedback.The present project aimed at investigating two important issues regarding these mechanisms of emotional attention, by means of functional magnetic resonance imaging. In Study I, we examined the modulatory effects of visual emotion signals on the processing of task-irrelevant visual, auditory, and somatosensory input, that is, the intramodal and crossmodal effects of emotional attention. We observed that brain responses to auditory and tactile stimulation were enhanced during the processing of visual emotional stimuli, as compared to neutral, in bilateral primary auditory and somatosensory cortices, respectively. However, brain responses to visual task-irrelevant stimulation were diminished in left primary and secondary visual cortices in the same conditions. The results also suggested the existence of a multimodal network associated with emotional attention, presumably involving mediofrontal, temporal and orbitofrontal regions Finally, Study II examined the different brain responses along the low-level visual pathways and limbic regions, as a function of the number of retinal spikes during visual emotional processing. The experiment used stimuli resulting from an algorithm that simulates how the visual system perceives a visual input after a given number of retinal spikes. The results validated the visual model in human subjects and suggested differential emotional responses in the amygdala and visual regions as a function of spike-levels. A list of publications resulting from work in the host laboratory is included in the report.