The relationship between vegetation and modern pollen assemblages on Mount Paggeo (NE Greece)

In this study, we investigated the relationship between vegetation and modern-pollen rain along the elevational gradient of Mount Paggeo. We apply multivariate data analysis to assess the relationship between vegetation and modern-pollen rain and quantify the representativeness of forest zones. This study represents the first statistical analysis of pollen-vegetation relationship along an elevational gradient in Greece. Hence, this paper improves confidence in interpretation of palynological records from north-eastern Greece and may refine past climate reconstructions for a more accurate comparison of data and modelling. Numerical classification and ordination were performed on pollen data to assess differences among plant communities that beech (Fagus sylvatica) dominates or co-dominates. The results show a strong relationship between altitude, arboreal cover, human impact and variations in pollen and nonpollen palynomorph taxa percentages.

The structure of biogenic habitat and epibiotic assemblages associated with the global invasive kelp Undaria pinnatifida in comparison to native macroalgae

Kelp forests dominate temperate and polar rocky coastlines and represent critical marine habitats because they support elevated rates of primary and secondary production and high biodiversity. A major threat to the stability of these ecosystems is the proliferation of non-native species, such as the Japanese kelp Undariapinnatifida (‘Wakame’), which has recently colonised natural habitats in the UK. We quantified the abundance and biomass of U. pinnatifida on a natural rocky reef habitat over 10 months to make comparisons with three native canopy-forming brown algae (Laminaria ochroleuca, Saccharina latissima, and Saccorhiza polyschides). We also examined the biogenic habitat structure provided by, and epibiotic assemblages associated with, U. pinnatifida in comparison to native macroalgae. Surveys conducted within the Plymouth Sound Special Area of Conservation indicated that U. pinnatifida is now a dominant and conspicuous member of kelp-dominated communities on natural substrata. Crucially, U. pinnatifida supported a structurally dissimilar and less diverse epibiotic assemblage than the native perennial kelp species. However, U. pinnatifida-associated assemblages were similar to those associated with Saccorhiza polyschides, which has a similar life history and growth strategy. Our results suggest that a shift towards U. pinnatifida dominated reefs could result in impoverished epibiotic assemblages and lower local biodiversity, although this could be offset, to some extent, by the climate-driven proliferation of L. ochroleuca at the poleward range edge, which provides complex biogenic habitat and harbours relatively high biodiversity. Clearly, greater understanding of the long-term dynamics and competitive interactions between these habitat-forming species is needed to accurately predict future biodiversity patterns.

The structure of biogenic habitat and epibiotic assemblages associated with the global invasive kelp Undaria pinnatifida in comparison to native macroalgae

Kelp forests dominate temperate and polar rocky coastlines and represent critical marine habitats because they support elevated rates of primary and secondary production and high biodiversity. A major threat to the stability of these ecosystems is the proliferation of non-native species, such as the Japanese kelp Undariapinnatifida (‘Wakame’), which has recently colonised natural habitats in the UK. We quantified the abundance and biomass of U. pinnatifida on a natural rocky reef habitat over 10 months to make comparisons with three native canopy-forming brown algae (Laminaria ochroleuca, Saccharina latissima, and Saccorhiza polyschides). We also examined the biogenic habitat structure provided by, and epibiotic assemblages associated with, U. pinnatifida in comparison to native macroalgae. Surveys conducted within the Plymouth Sound Special Area of Conservation indicated that U. pinnatifida is now a dominant and conspicuous member of kelp-dominated communities on natural substrata. Crucially, U. pinnatifida supported a structurally dissimilar and less diverse epibiotic assemblage than the native perennial kelp species. However, U. pinnatifida-associated assemblages were similar to those associated with Saccorhiza polyschides, which has a similar life history and growth strategy. Our results suggest that a shift towards U. pinnatifida dominated reefs could result in impoverished epibiotic assemblages and lower local biodiversity, although this could be offset, to some extent, by the climate-driven proliferation of L. ochroleuca at the poleward range edge, which provides complex biogenic habitat and harbours relatively high biodiversity. Clearly, greater understanding of the long-term dynamics and competitive interactions between these habitat-forming species is needed to accurately predict future biodiversity patterns.

The comparative effects of habitat complexity on faunal assemblages of northern temperate artificial and natural reefs

Several north temperate marine species were recorded on subtidal hard-substratum reef sites selected to produce a gradient of structural complexity. The study employed an established scuba-based census method, the belt transect. The three types of reef examined, with a measured gradient of increasing structural complexity, were natural rocky reef, artificial reef constructed of solid concrete blocks, and artificial reef made of concrete blocks with voids. Surveys were undertaken monthly over a calendar year using randomly placed fixed rope transects. For a number of conspicuous species of fish and invertebrates, significant differences were found between the levels of habitat complexity and abundance. Overall abundance for many of the species examined was 2-3 times higher on the complex artificial habitats than on simple artificial or natural reef habitats. The enhanced habitat availability produced by the increased structural complexity delivered through specifically designed artificial reefs may have the potential to augment faunal abundance while promoting species diversity. 

Benthic assemblages associated with native and non-native oysters are similar

Invasive species can impact native species and alter assemblage structure, which affects associated ecosystem functioning. The pervasive Pacific oyster, Crassostrea gigas, has been shown to affect the diversity and composition of many host ecosystems. We tested for effects of the presence of the invasive C. gigas on native assemblages by comparing them directly to assemblages associated with the declining native European oyster, Ostrea edulis. The presence of both oyster species was manipulated in intertidal and subtidal habitats and reefs were constructed at horizontal and vertical orientation to the substratum. After 12 months, species diversity and benthic assemblage structure between assemblages with C. gigas and O. edulis were similar, but differed between habitats and orientation, suggesting that both oyster species were functionally similar in terms of biodiversity facilitation. These findings support evidence, that non-native species could play an important role in maintaining biodiversity in systems with declining populations of native species.

Macrobenthic assemblages (Fish Farm)

Demo version of Macrobenthic assemblages

Impacts des dépositions atmosphériques de fer sur les assemblages phytoplanctoniques et la production de diméthylsulfure dans le Pacifique Nord-Est contemporain et dans le contexte de l’acidification des océans

La croissance du phytoplancton est limitée par les faibles concentrations de fer (Fe) dans près de 40% de l’océan mondial. Le Pacifique subarctique Nord-Est représente une de ces zones limitées en fer et désignées High Nutrient - Low Chlorophyll (HNLC). Cet écosystème, dominé par des cellules de petite taille telles les prymnésiophytes, est caractérisé par de très faibles concentrations estivales de chlorophylle a et de fortes concentrations de macronutriments. Il a été maintes fois démontré que les ajouts de fer, sous différentes formes chimiques (habituellement FeSO4), dans les zones HNLC, stimulent la croissance et modifient la structure des communautés planctoniques en favorisant la croissance des cellules de grande taille, notamment les diatomées. Ces effets sur la communauté planctonique ont le potentiel d’influencer les grands mécanismes régulateurs du climat, tels la pompe biologique de carbone et la production de diméthylsulfure (DMS). Les poussières provenant des déserts du nord de la Chine sont reconnues depuis longtemps comme une source sporadique importante de fer pour le Pacifique Nord-Est. Malgré leur importance potentielle, l’influence directe exercée par ces poussières sur l’écosystème planctonique de cette zone HNLC n’a jamais été étudiée. Il s’agit d’une lacune importante puisque le fer associé aux poussières est peu soluble dans l’eau de mer, que la proportion biodisponible n’est pas connue et que les poussières peuvent avoir un effet inhibiteur chez le phytoplancton. Cette thèse propose donc, dans un premier temps, de mesurer pour la première fois l’effet de la fertilisation de la communauté planctonique du Pacifique Nord-Est par un gradient de concentrations de poussières désertiques naturelles. Cette première expérimentation a démontré que le fer contenu dans les poussières asiatiques est biodisponible et qu’une déposition équivalente à celles prenant place au printemps dans le Pacifique Nord-Est peut résulter en une stimulation significative de la prise de nutriments et de la croissance du phytoplancton. Mes travaux ont également montré que l’ajout de 0,5 mg L-1 de poussières peut résulter en la production d’autant de biomasse algale que l’ajout de FeSO4, l’espèce chimique utilisée lors des expériences d’enrichissement en fer à grande échelle. Cependant, les ajouts de FeSO4 favorisent davantage les cellules de petite taille que les ajouts de poussières, observation démontrant que le FeSO4 n’est pas un proxy parfait des poussières asiatiques. Dans un deuxième temps, je me suis intéressée à une source alternative de fer atmosphérique, les cendres volcaniques. Mon intérêt pour cette source de fer a été attisé par les observations d’une floraison spectaculaire dans le Pacifique Nord-Est, ma région d’étude, associée à l’éruption de 2008 du volcan Kasatochi dans les îles Aléoutiennes. Forte de mon expérience sur les poussières, j’ai quantifié l’effet direct de ces cendres volcaniques sur la communauté planctonique du Pacifique Nord-Est. Mes résultats ont montré que le fer contenu dans les cendres volcaniques est également biodisponible pour le phytoplancton. Ils ont également montré que cette source de fer peut être aussi importante que les poussières désertiques dans la régulation de la croissance du phytoplancton dans cette partie de l’océan global à l’échelle millénaire. Dans un troisième temps, j’ai estimé comment l’acidification des océans modulera les réponses des communautés planctoniques aux dépositions naturelles de fer mises en évidence lors de mes expériences précédentes. Pour ce faire, j’ai effectué des enrichissements de poussière dans de l’eau de mer au pH actuel de 8.0 et dans l’eau de mer acidifiée à un pH de 7.8. Mes résultats ont montré une diminution du taux de croissance du phytoplancton dans le milieu acidifié mais pas de changement notable dans la structure de la communauté. Les ajouts de poussières et de cendres, de même que les variations de pH, n’ont pas eu d’effet significatif sur la production de DMS et de son précurseur le diméthylsulfoniopropionate (DMSP), probablement en raison de la courte durée (4 jours) des expériences. L’ensemble des résultats de cette thèse montre que le fer contenu dans diverses sources atmosphériques naturelles est biodisponible pour le phytoplancton du Pacifique Nord-Est et que des taux de déposition réalistes peuvent stimuler la croissance de manière notable dans les premiers jours suivant une tempête désertique ou une éruption volcanique. Finalement, les résultats de mes expériences à stresseurs multiples Fer/acidification suggèrent une certaine résistance des communautés phytoplanctoniques à la diminution du pH prédite d’ici la fin du siècle pour les eaux de surface des océans.

Évaluation d’une nouvelle méthode de calcul des assemblages en bois à l’aide de connecteurs de petits diamètres

Les charpentes en bois doivent inévitablement inclure des assemblages pouvant transférer les charges entre les éléments de façon adéquate pour assurer l’intégrité de la structure. Les assemblages sont une partie critique des structures en bois puisque dans la plupart des cas, ce sont ceux-ci qui permettent de dissiper l’énergie et d’obtenir un mode de rupture ductile sous les charges sismiques. Ce mode de rupture est préférable, puisqu’il donne lieu à une grande déformation avant effondrement, permettant ainsi une évacuation des occupants en toute sécurité lors de tremblement de terre. Les assemblages à petits diamètres tels que les clous, les rivets et les vis sont fréquemment utilisés dans les constructions en bois et on suppose qu’ils amènent une rupture ductile bien qu’il soit impossible pour les concepteurs de prédire exactement le mode de rupture à l’aide de la méthode de calcul actuelle. De plus, les rivets ont une application très limitée dû au fait que la méthode de calcul utilisée actuellement s’applique à des configurations, essences et types de produits de bois très spécifiques. L’objectif de ce projet est d’évaluer une nouvelle méthode de calcul proposée par des chercheurs de Nouvelle-Zélande, Zarnani et Quenneville, pour les assemblages à rivets, mais adaptable pour les assemblages de bois à attaches de petits diamètres. Elle permet au concepteur de déterminer avec précision le mode de rupture des assemblages de différentes configurations avec différents produits de bois. Plus de 70 essais sur les assemblages à rivets et à clous résistants à des charges variant de 40kN à 800kN ont été effectués dans le cadre de ce projet de recherche afin de valider l’utilisation de cette méthode avec le produit du bois lamellé-collé canadien Nordic Lam et la comparer avec celle présentement utilisée au Canada. Les modes de rupture ductile, fragile et mixte ont été prévus avec l’emphase sur le mode fragile puisque c’est celui-ci qui est le plus variable et le moins étudié. Les assemblages en bois lamellé-collé Nordic Lam étaient cloués ou rivetés selon différentes configurations variant de 18 à 128 clous ou rivets. Les résultats démontrent une bonne prédiction de la résistance et des modes de rupture des assemblages à clous et à rivets. Pour quelques configurations des assemblages à rivets, les prédictions de la nouvelle méthode sont plus élevées qu’avec la méthode actuelle. Les assemblages à clous ont démontré des ruptures de la tige de clous au niveau du plan de cisaillement lors de tous les essais effectués, ce qui ne correspond pas à un mode ductile ou fragile prévue par la méthode de calcul.

Performance en fluage des assemblages antiglissement avec des surfaces métallisées dans les ponts en acier

Les éléments des ponts en acier sont exposés à de sévères conditions environnementales, tel l’épandage de sels déglaçant sur les routes. Ces éléments ont besoin d’un niveau suffisant de protection contre la corrosion afin de préserver leur intégrité à long terme. Une solution efficace, devenue populaire au Canada, est la métallisation. La métallisation est un revêtement anticorrosion formé par projection thermique de métal, généralement du zinc, sur la surface à protéger. La protection fournie au substrat d’acier est assurée par une barrière physique et une protection galvanique. Pour le calcul des assemblages boulonnés antiglissement, les codes de conception, tel le code Canadien sur le calcul des ponts routiers CAN/CSA S6-14, spécifient, en fonction des conditions des surfaces de contact désirées, un coefficient de glissement à utiliser. Actuellement, ces codes ne fournissent aucun coefficient de glissement entre deux surfaces métallisées. Donc, il est pratique courante pour les fabricants de ponts en acier de masquer les surfaces de contact des joints boulonnés avant de métalliser, ce qui est très couteux pour l’industrie puisque ce travail doit se faire manuellement. Récemment, des études ont évalué la résistance au glissement à court terme d’assemblages antiglissement ayant des surfaces de contact métallisées. Les résultats ont révélé une résistance au glissement supérieure aux assemblages sur acier nu grenaillés. Dans la présente recherche, la performance en fluage des assemblages antiglissement métallisés a été caractérisée pour s’assurer qu’une résistance en glissement de Classe B soit toujours valide à long terme. L’effet de la relaxation de la force de serrage sur la charge de glissement a aussi été évalué. Les résultats ont démontré une bonne performance en fluage. Aussi, les résultats ont révélé que la relaxation de la force de serrage n’a pas d’impact significatif sur la résistance au glissement des assemblages antiglissement métallisés. Les conclusions de cette étude pourraient bien influencer de futures révisions des codes de conception et avoir un impact sur l’industrie de l’acier en Amérique du Nord.Mots clés : Assemblage boulonné antiglissement, métallisation, pont routier en acier, fluage, relaxation

Development of gene expression-based biomarkers of exposure to metals and pesticides in the freshwater amphipod Hyalella azteca

Ecological risk assessment (ERA) is a framework for monitoring risks of exposure and adverse effects of environmental stressors to populations or communities of interest. One tool of ERA is the biomarker, which is a characteristic of an organism that reliably indicates exposure to or effects of a stressor like chemical pollution. Traditional biomarkers which rely on characteristics at the tissue level and higher often detect only acute exposures to stressors. Sensitive molecular biomarkers may detect lower stressor levels than traditional biomarkers, which helps inform risk mitigation and restoration efforts before populations and communities are irreversibly affected. In this study I developed gene expression-based molecular biomarkers of exposure to metals and insecticides in the model toxicological freshwater amphipod Hyalella azteca. My goals were to not only create sensitive molecular biomarkers for these chemicals, but also to show the utility and versatility of H. azteca in molecular studies for toxicology and risk assessment. I sequenced and assembled the H. azteca transcriptome to identify reference and stress-response gene transcripts suitable for expression monitoring. I exposed H. azteca to sub-lethal concentrations of metals (cadmium and copper) and insecticides (DDT, permethrin, and imidacloprid). Reference genes used to create normalization factors were determined for each exposure using the programs BestKeeper, GeNorm, and NormFinder. Both metals increased expression of a nuclear transcription factor (Cnc), an ABC transporter (Mrp4), and a heat shock protein (Hsp90), giving evidence of general metal exposure signature. Cadmium uniquely increased expression of a DNA repair protein (Rad51) and increased Mrp4 expression more than copper (7-fold increase compared to 2-fold increase). Together these may be unique biomarkers distinguishing cadmium and copper exposures. DDT increased expression of Hsp90, Mrp4, and the immune response gene Lgbp. Permethrin increased expression of a cytochrome P450 (Cyp2j2) and decreased expression of the immune response gene Lectin-1. Imidacloprid did not affect gene expression. Unique biomarkers were seen for DDT and permethrin, but the genes studied were not sensitive enough to detect imidacloprid at the levels used here. I demonstrated that gene expression in H. azteca detects specific chemical exposures at sub-lethal concentrations, making expression monitoring using this amphipod a useful and sensitive biomarker for risk assessment of chemical exposure.

Submarine landform assemblages and sedimentary processes related to glacier surging in Kongsfjorden, Svalbard

High-resolution swath-bathymetry data from inner Kongsfjorden, Svalbard, reveal characteristic landform assemblages formed during and after surges of tidewater glaciers, and provide new insights into the dynamics of surging glaciers. Glacier front oscillations and overriding related to surge activity lead to the formation of overridden moraines, glacial lineations of two types, terminal moraines, associated debris lobes and De Geer moraines. In contrast to submarine landform assemblages from other Svalbard fjords, the occurrence of two kinds of glacial lineations and the presence of De Geer moraines suggest variability in the landforms produced by surge-type tidewater glaciers. All the landforms in inner Kongsfjorden were deposited during the last c. 150 years. Lithological and acoustic data from the innermost fjord reveal that suspension settling from meltwater plumes as well as ice rafting are dominant sedimentary processes in the fjord, leading to the deposition of stratified glacimarine muds with variable numbers of clasts. Reworking of sediments by glacier surging results in the deposition of sediment lobes containing massive glacimarine muds. Two sediment cores reveal minimum sediment accumulation rates related to the Kongsvegen surge from 1948; these were 30 cm a-1 approximately 2.5 km beyond the glacier front shortly after surge termination, and rapidly dropped to an average rate of 1.8 cm a-1 in ∼1950, during glacier retreat.

Influência dos obstáculos de pequena dimensão na estruturação dos agrupamentos piscícolas: The impact of small physical obstacles on the structure of freshwater fish assemblages

O efeito das grandes barragens na comunidade piscícola vem sendo documentado por numerosos estudos, enquanto o número de trabalhos que incidem sobre o efeito dos obstáculos de pequena dimensão é bastante mais reduzido. A comunidade piscícola foi amostrada e as variáveis ambientais foram caracterizadas em 28 locais divididos por dois cursos de água da Península Ibérica, 14 dos quais localizados imediatamente a montante, jusante e entre cinco pequenos obstáculos na Ribeira de Muge e 14 na Ribeira de Erra, considerada a linha de água de referência. Através de análise estatística multivariada foi possível verificar que variáveis de habitat como a velocidade de corrente e a profundidade, e não as variáveis físico-químicas, foram as principais responsáveis pela discriminação dos vários grupos de locais nas duas ribeiras. A ribeira de referência exibiu um gradiente longitudinal de velocidade de corrente que, contudo, não era suficientemente forte para causar alterações significativas na composição e estrutura dos agrupamentos piscícolas. Através da sucessiva e drástica repetição deste gradiente junto a cada estrutura, a ribeira com obstáculos apresentou diferenças na fauna piscícola entre os três tipos de locais. Os troços lênticos a montante apresentavam uma densidade mais elevada de espécies limnofilicas, omnívoras e exóticas, como o góbio (Gobio lozanoi), que estão bem adaptadas a este tipo de habitat. Os locais de amostragem situados a jusante e entre os obstáculos caracterizavam-se pela dominância de taxa reófilos e invetivo-os (i.e. barbo, Luciobarbus bocagei). As métricas relacionadas com a riqueza específica não apresentaram diferenças entre os três tipos de locais, ao contrário da diversidade que foi mais elevada nos pontos situados entre os obstáculos, afastados da sua influência directa, onde a diversidade de habitats também é mais elevada. Contrariamente aos locais a montante, os troços a jusante e entre os obstáculos apresentaram similaridades, em muitas das características estudadas, com a ribeira de referência, sugerindo que este tipo de estruturas provoca uma alteração mais significativa na comunidade piscícola a montante. Este estudo sugere que os efeitos dos pequenos obstáculos no habitat e na ictiofauna são, em parte, semelhantes aos descritos para as grandes barragens, fornecendo considerações importantes para os esforços de conservação dos ecossistemas ribeirinhos. ABSTRACT; Many studies have assessed the effects of large dams on fishes but few have examined the effects of small obstacles. Fishes were sampled and environmental variables were characterized at 28 sites in two lberian streams, 14 located immediately downstream, upstream and between five small obstacles at River Muge and 14 at River Erra, considered as the reference stream. Multivariate analysis indicated that habitat variables like current velocity and depth, but not physicochemistry, were the main responsible for site groups' discrimination in both streams. The reference stream exhibited a longitudinal gradient of current velocity that, however, wasn't strong enough to cause significant changes in the fish assemblage's composition and structure. By successive and drastically repeating this gradient near each structure, the obstac1es stream presented differences in fish fauna between the three site types. Lentic upstream sites presented higher density of limnophilic, omnivorous and exotic species, like gudgeon Gobio lozanoi, who are well adapted to this type of habitat. Downstream and between obstacles sites were characterized by the dominance of rheophilic and invertivorous taxa, especially barbel Luciobarbus bocagei. Richness metrics did not differ among site types, but diversity was higher in sites located between the obstacles away from its direct influence, where the habitat diversity was higher. Contrarily to upstream sites, downstream and between obstacles sites were similar in many of the studied features to the reference stream, implying that this type of structures cause a higher modification in the upstream fish community. This study suggests that the effects of small obstacles on habitat and fishes are similar, in some extent, to those reported for larger dams, providing important considerations for riverine ecosystem conservation efforts.