The presence of conifer resin decreases the use of the immune system in wood ants

1. Wood ants (Formica paralugubris) incorporate large amounts of solidified conifer resin into their nest, which reduces the density of many bacteria and fungi and protects the ants against some detrimental micro-organisms. By inducing an environment unfavourable to pathogens, the presence of resin may allow workers to reduce the use of their immune system. 2. The present study tested the hypothesis that the presence of resin decreases the immune activity of wood ants. Specifically, three components of the humoral immune defences of workers kept in resin-rich and resin-free experimental nests (antibacterial, lytic, and prophenoloxidase activities) were compared. 3. The presence of resin was associated with reduced bacterial and fungal densities in nest material and with a small decrease in worker antibacterial and lytic activities. The prophenoloxidase activity was very low in all workers and was not affected by the presence of resin. 4. These results suggest that collective medication with resin reduces pathogen pressure, which in turn decreases the use of the inducible part of the immune system. More generally, the use of plant secondary compounds might be an efficient and economical way to fight pathogens.

Evidence for collective medication in ants

Social organisms are exposed to many pathogens, and have evolved various defence mechanisms to limit the cost of parasitism. Here we report the first evidence that ants use plant compounds as a collective mean of defence against microorganisms. The wood ants Formica paralugubris often incorporate large quantities of solidified conifer resin into their nests. By creating resin-free and resin-rich experimental nests, we demonstrate that this resin inhibits the growth of microorganisms in a context mimicking natural conditions. Such a collective medication probably confers major ecological advantages, and may be an unrecognized yet common feature of large, complex and successful societies.

Some factors influencing dealation by virgin queen fire ants

Virgin queens of the fire ant,Solenopsis invicta Buren, that were removed from the influence of the inhibitory queen pheromone, dealated more readily in the presence of workers than in their absence. During 72 hours after disinhibition, a significantly greater number of overwintered virgin queens than spring-reared virgin queens dealated when they were isolated, but the numbers that dealated in the presence of workers were very similar. Some sexually immature virgin queens dealated after disinhibition. Virgin dealates were found to be capable of preventing other virgin queens from dealating. The various factors that influence dealation by virgin queens were used to develop a bioassay for the inhibitory queen pheromone ofS. invicta. Lorsque des reines vierges de la fourmi de feu sont soustraites à l'influence de la phéromone inhibitrice produite par la reine, elles perdent leurs ailes plus facilement en présence d'ouvrières qu'en leur absence. Lorsqu'elles sont isolées pendant 72 heures après la levée de l'inhibition, un nombre significativement plus grand de reines vierges ayant hiverné perdent leurs ailes, par rapport aux reines vierges élevées au printemps. Toutefois, les nombres d'individus perdant leurs ailes en présence d'ouvrières sont similaires. Après désinhibition, quelques reines vierges immatures perdent leurs ailes. Les sexués vierges désailés sont capables de prévenir la perte des ailes chez d'autres sexués vierges. Les divers facteurs influençant la déalation chez les reines vierges ont été utilisés afin de développer un essai biologique pour la phéromone inhibitrice produite par la reine deS. invicta.

Parasites and sociality in ants

SUMMARY : Parasites and sociality in ants This thesis investigates the complex relationships between sociality, defences against parasites and the regulation of social structures. We studied how fungal parasites influenced colony organization, collective defences and social immunity in the ant Formica selysi. We first describe the diversity and prevalence of fungal pathogens associated with ant nests. The richness of fungal parasites community may increase the risk of multiple infections and select for a diversification of anti-parasitic defences in ants. Collective defences are powerful means to combat parasites, but can also increase the risk of disease transmission. Here, we showed that allo-grooming (mutual cleaning) was directed towards every returning individuals, be they contaminated or not. This collective behaviour removed conidia more efficiently than self-grooming but did not improve the survival of contaminated individuals. This suggests that allo-grooming may rather protect the group than cure contaminated individuals. It may also permit "social vaccination" if a contact with contaminated ants protects groomers frorn a second fungal exposure. Social transfer of immunity is an emerging theme in insect immunology. Here, we showed that ants in contact with an ant from a different genetic lineage had a higher disease resistance. We also found that naïve ants had a higher resistance after a contact with an immunized ant. This suggests that a transfer of resistance is possible and that "social vaccination" may improve the resistance of the group. However, it remains unclear whether repeated exposure to parasites may also increase the resistance of infected individuals themselves. lmmune memory in invertebrates is still debated. We tested whether immune priming against fungal parasite arose in ants and whether it was strain-specific. We found no evidence of immune priming. Naïve and immunized ants had a similar survival when infected. Together with our previous results, this suggests that ants have evolved efficient collective anti-fungal defences but that these defences aim at protecting the group rather than the contaminated individuals. ln colonies of our study population, there is a strong variation in the number of breeders. This is associated with important changes in life-history traits like demography or queen and worker body size. In the second part of the thesis, we investigated how social structures evolved and were maintained. We showed that queens from monogyne and polygyne colonies were able to found new colonies both alone or in association. We also found that there was no difference between monogyne and polygyne colonies in the acceptance of additional queens. These results suggest that a high plasticity has been maintained in this population, which may permit to adapt rapidly to changing environmental conditions. RESUME : Parasites et socialité chez les fourmis Durant cette thèse, nous avons étudié comment la socialité apporte de nouvelles réponses a des problèmes complexes telle que la défense contre les parasites ou l'organisation de la vie en groupe. Nous avons choisi comme modèle la fourmi Formica selysi et ses champignons pathogènes. Nous avons d'abord montré que la diversité et la prévalence de champignons pathogènes associés aux nids de fourmis étaient très élevées. Cela a pu pousser les fourmis à diversifier le champ de leur défenses anti-parasitaires afin d'éviter les infections multiples, La socialité a en particulier permis l'évolution de défenses collectives qui pourraient être plus efficaces que les défenses individuelles. Nous nous sommes donc intéressés de plus près aux défenses collectives et avons étudié quels en étaient les coûts et les bénéfices pour le groupe et pour ses membres. Nous avons trouvé que les fourmis nettoyaient tous les individus entrant dans la colonie, qu'ils soient contaminés ou non. Cela permettait d'ôter plus de spores que le nettoyage individuel et n'augmentait pas la transmission de maladie. Cependant, le nettoyage mutuel n'augmentait pas non plus la survie des individus contaminés. ll se pourrait donc que ce comportement serve plutôt a éviter une dissémination de la maladie qu'à soigner les individus contaminés. Le nettoyage mutuel pourrait aussi permettre aux individus sains d'avoir un premier contact non-létal avec un parasite et d'être vaccinés contre une future exposition. Cette hypothèse a été soutenue par une expérience dans laquelle nous avons montré que le contact avec une fourmi immunisée permettait d'augmenter la résistance d'individus naïfs. Les fourmis avaient aussi une meilleure résistance lorsqu'elles étaient en contact avec une fourmi provenant d'une autre lignée génétique. Cette "vaccination sociale" pourrait permettre d'une part d'augmenter le nombre d'espèce de parasites contre lesquelles le groupe serait protégé et d'autre part de faire l'économie d'autres défenses individuelles telles que la réponse immunitaire. Nous avons testé si les fourmis étaient elles-mêmes "vaccinées", c'est-à-dire, si elles exprimaient une mémoire immunitaire après un premier contact avec un champignon parasite. Nous n'avons trouvé aucune différence de survie entre les individus naïfs et immunisés ce qui suggère les fourmis favorisent d'autres défenses que la mémoire immunitaire contre les champignons entomopathogènes. Cela suggère également que les comportements coopératifs anti-parasitaires pourraient compléter, voire remplacer les défenses individuelles. La socialité telle qu'elle est pratiquée par les fourmis pose un autre problème de poids qui est celui de savoir combien d'individus se reproduisent. En effet, si les ouvrières sont stériles, le nombre de reines assurant la reproduction peut varier considérablement. Dans la population de E sebrsi étudiée, les colonies monogynes (une reine) co-existent avec des colonies polygynes (plusieurs reines) dans le même habitat. Nous nous sommes demandés si ces structures sociales étaient fixes ou si un changement de l'une à l'autre était possible. Pour cela nous avons comparé la fondation de nouvelles colonies par les jeunes reines issues de colonies monogynes et polygynes. Nous avons également observé si l'acceptation de nouvelles reines était possible dans les deux types de colonies. Nous n'avons trouvé aucune différence entre les deux types de colonies. Cela suggère qu'un changement est possible et que l'évolution des structures sociales est un processus dynamique. Cela pourrait être dû à l'habitat particulièrement changeant dans lequel se trouve notre population qui exigerait d'être capable de s'adapter très rapidement a de nouvelles conditions.

Urban Governance und nachhaltige Quartiere: Ein Beitrag zur Förderung einer dauerhaft nachhaltigen Stadtentwicklung

Seit den 1990er Jahren werden zunehmend nachhaltige Quartiere realisiert. Dabei besteht häufig eine beachtliche Diskrepanz zwischen den Zielen, die von den beteiligten Akteuren angestrebt werden, deren Umsetzung (Realisierungsphase) und deren Erhalt auf Dauer (Nutzungsphase). Es stellt sich folglich die Frage, auf welche Weise die Projektqualität im Sinne einer nachhaltigen Quartiersentwicklung verbessert werden kann. Diese Projekte sind jedoch enorm komplex aufgrund der großen Interdisziplinarität und Interdependenz ihrer Ziele sowie der vielschichtigen Akteursstrukturen. Sie stellen daher be-sonders hohe Anforderungen an die Projektsteuerung. Das konkrete Ziel dieser Arbeit besteht darin, die Bedeutung einer Prozesssteuerung im Sinne von Urban Governance zur Realisierung und zum Erhalt nachhaltiger Quartiere zu untersuchen. Damit soll einen Beitrag zur Förderung einer nachhalti-gen Stadtentwicklung geleistet werden. Die Arbeit stützt sich auf ein umfassendes theoretisches Fundament zum Thema Governance, wobei die relevanten Elemente für den Kontext nachhaltiger Quartiere herausgearbeitet werden. Die Hypothesen prüfen die Bedeutung der Schlüsselcharakteristika von Urban Governance (Kooperation, Partizipation, Verhandlungen) für die Projektqualität während der Realisierungs- und Nutzungsphase. Eine erste empirische Untersuchung wurde an zwanzig europäischen nachhaltigen Modellquartieren vorgenommen. Stärken und Schwächen aus der Perspektive der Nachhaltigkeit werden analysiert, deren Ursachen identifiziert und Handlungsoptio-nen aufgezeigt. Die Erkenntnisse zeigen die Notwendigkeit einer Verbesserung der Projektsteuerung während der Realisierungs- und der Nutzungsphase. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse wird ein umfassender Ansatz zur empirischen Untersuchung von Urban Governance im Kontext nachhaltiger Quartiere entwickelt. Dieser beruht auf dem akteurzentrierten Institutionalismus und den Merkmalen der Urban Governance. Anhand dieses Ansatzes wird mithilfe von Experteninterviews der Realisierungsprozess des nach-haltigen Quartiers Kronsberg (Hannover) analysiert. Betrachtet werden dabei die beteiligten Akteure und ihre Handlungso-rientierungen, die verwendeten Schlüsselinstrumente sowie aufgetretene Divergenzen zwischen Akteuren und deren Auswirkungen auf die Projekt- und Prozessqualität. Eine Vertiefung relevanter Themenfelder wird anhand der Fallstudie Neu-Oerlikon (Zürich) vorgenommen. Diese empirische Arbeit zeigt, dass eine Prozesssteuerung im Sinne von Urban Governance im Vergleich zu einer klassis-chen hierarchischen Steuerung eine notwendige aber nicht hinreichende Bedingung zur Verbesserung der Projektqualität nachhaltiger Quartiere darstellt. An konkreten Beispielen wird herausgearbeitet, dass der Mehrwert einer solchen Steuerung nur unter bestimmten Voraussetzungen erzielt werden kann: In manchen Situationen ist die Steuerungsform Kooperation und die Interaktionsform Verhandlung in ihrer Wirksamkeit zur Sicherung der Projektqualität begrenzt und hierarchische Interventionen sind notwendig. Nicht ein bestimmtes Steuerungsmodell per se ist geeignet, sondern es kommt auf den Ein-zelfall an: auf die Akteursstruktur, die individuellen und institutionellen Handlungsorientierungen der Akteure und deren Ver-haltensweisen, die Rahmenbedingungen und die Ausgestaltung des Urban Governance-Prozesses. Wenn die Spielregeln dieses Prozesses von den Akteuren nicht wirklich angenommen und gelebt werden, dominieren individuelle und institutio-nelle Akteursinteressen zu Lasten der Projektqualität. Ferner zeigen die Untersuchungen, dass die Partizipation der zukünftigen Quartiersnutzer in der Praxis häufig unzureichend ist. Dies führt zu Einbußen in der Projektqualität. Entscheidend ist auf jeden Fall, dass mindestens ein Akteur, in der Regel die öffentliche Hand, präsent ist, der die Definition anspruchsvoller Nachhaltigkeitsstandards, deren Umsetzung und deren Erhalt sichert sowie die notwendigen Rahmenbedingungen dafür schafft. Diese Arbeit belegt darüber hinaus, dass der Erhalt der Projektqualität während der Nutzungsphase (Faktor Zeit) bisher un-zureichend beachtet und in die Projektplanung einbezogen wird. Gerade dieser Aspekt bestimmt aber, ob das Quartier auch auf Dauer dem Nachhaltigkeitsanspruch gerecht werden kann! Tatsächlich handelt es sich um einen fortlaufenden Prozess, der nicht mit der Einweihung des Quartiers abgeschlossen ist. Vor diesem Hintergrund werden relevante Handlungsfelder beschrieben und die Notwendigkeit der langfristigen Fortsetzung einer Steuerung im Sinne von Urban Governance bzw. der Herausbildung einer Urban Governance-Kultur aufgezeigt. Aus den empirischen Erhebungen werden Erfolgs- und Risikofaktoren für Urban Governance-Prozesse während der Realisierungs- und der Nutzungsphase abgeleitet. Ferner werden bisher vernachlässigte Handlungsfelder (langfristiges Umwelt-management, ökologische Finanzierungsformen, urbane Landwirtschaft, Umweltkommunikation, etc.) eruiert. Die Berücksichtigung dieser Erkenntnisse ist unerlässlich für eine Verbesserung der Projektqualität nachhaltiger Quartiere. ---------------------------------------------- Gouvernance urbaine et quartiers durables: Entre intensions et mise en oeuvre --- Résumé --- Depuis les années 90, la thématique des quartiers durables a gagné en importance, même si leur développement s'est avéré difficile. Le décalage entre les objectifs, leur mise en oeuvre et le projet tel qu'il est vécu par ses habitants est souvent important et nécessite d'être réduit. Un quartier durable est par nature un projet complexe, aux objectifs ambitieux situé à la croisée de multiples champs disciplinaires, mobilisant de nombreux acteurs aux intérêts divergents. De plus, chaque projet, du fait des ses spécificités, requiert un pilotage adapté. L'objectif principal de la recherche vise à analyser la nature du pilotage du processus de conception, de réalisation et d'exploitation des quartiers durables. Ses résultats ont pour ambition de contribuer à optimiser et promouvoir le développement urbain durable. Le fondement théorique de la recherche se base sur le concept de gouvernance urbaine, adapté au contexte particulier de la gouvernance des quartiers durables. La gouvernance urbaine, au sens où nous l'entendons, est un mode de pilotage basé sur la coopération entre les acteurs publics et privés. Les hypothèses centrales du travail testent la portée et les limites des caractéristiques-clefs de la gouvernance urbaine (coopération, participation, négociation), ainsi que l'importance de la notion de pérennité pour la qualité du projet. Dans un premier temps, nous avons analysé vingt quartiers durables modèles européens et identifié leurs atouts et leurs faiblesses en termes de durabilité, ainsi que leurs divers modes de pilotage. Les enseignements tirés de ces exemples révèlent la nécessité d'améliorer le pilotage des projets. Dans un deuxième temps, nous avons élaboré une grille d'analyse fine fondée sur l'approche institutionnelle des acteurs et les caractéristiques-clefs de la gouvernance urbaine. En nous appuyant sur cette grille, nous avons analysé le processus de conception et de réalisation du quartier durable de « Kronsberg » (Hanovre) à l'aide des éléments suivants : les acteurs (avec leurs intérêts et objectifs propres), les instruments d'aménagement du territoire, les modes de pilotage, les zones de divergence et de convergence entre les acteurs, ainsi que leurs impacts sur le processus et le projet. Dans un troisième temps, les hypothèses centrales ont été testées sur le quartier de « Neu-Oerlikon » (Zurich) afin d'approfondir et d'élargir les enseignements tirés de celui de « Kronsberg ». Les résultats des analyses mettent en évidence le fait qu'un pilotage de projet selon le modèle de la gouvernance urbaine est certes une condition nécessaire mais non suffisante pour améliorer la qualité du projet. De plus, la valeur ajoutée de la gouvernance urbaine n'est valable qu'à certaines conditions. En effet, la coopération et la négociation peuvent même, dans certaines situations, réduire la qualité du projet ! Le principal enseignement de la recherche révèle qu'il n'y a pas de mode de pilotage idéal, mais que la qualité d'un projet dépend d'une multitude de facteurs, tels que les constellations d'acteurs, leurs intérêts personnels et institutionnels, les conditions cadres et les « règles du jeu » de la gouvernance urbaine. Si les « règles du jeu » en particulier ne sont pas réellement appropriées par l'ensemble des acteurs, les intérêts et les comportements personnels ou institutionnels prédominent au détriment de la qualité du projet. De même, si la participation des futurs usagers à l'élaboration du projet de quartier durable n'est pas assurée, tant la qualité du projet que sa pérennité en pâtissent. Nous avons également constaté que la présence d'un acteur (en règle générale les autorités publiques) qui veille à la définition d'objectifs ambitieux en matière de développement durable et à leur application constitue un apport essentiel à la qualité du projet. En outre, la recherche met en évidence les carences dans le suivi et le maintien à long terme des qualités de durabilité de la phase d'exploitation des projets de quartiers durables analysés. Dans la phase d'exploitation, le degré de coopération diminue généralement et les modes de fonctionnement et de pilotage sectoriels se mettent en place au détriment de la qualité du projet. Cela confirme la nécessité de poursuivre le processus de pilotage selon le modèle de la gouvernance urbaine au-delà de la phase de réalisation des projets. La recherche précise les enjeux des champs d'action de la phase d'exploitation (domaine encore peu étudié) et démontre la pertinence du mode de pilotage préconisé. Enfin, les analyses permettent d'identifier des facteurs de réussite et de risque susceptibles d'influencer les systèmes de gouvernance urbaine, ainsi que les enjeux des domaines de la durabilité encore négligés (agriculture urbaine, gestion environnementale dans la durée, comportement des usagers, financement équitable, etc.). La prise en compte de ces enseignements est essentielle à l'amélioration de la gestion de futurs projets de quartiers durables. ---------------------------------------------- Urban Governance and Sustainable Neighbourhoods: A Contribution to a Lasting Sustainable Development --- Abstract --- Since the 1990s, sustainable neighbourhoods have become an increasingly important topic. However, their development has proven to be difficult. There is an often considerable gap, which must be reduced, between the initial goals, the way they are implemented and how the project is finally inhabited. A sustainable neighbourhood is inherently a complex project, with ambitious goals that lie at the intersection of multiple disciplines, involving numerous stakeholders with diverging interests. Moreover, each project, due to its specific characteristics, requires an adapted steering. The main goal of this research is to analyse the nature of the steering process during the planning, realisation and use of sustainable neighbourhoods. The results aim to contribute to the promotion of sustainable urban development. The theoretical foundation of this research is based on the concept of urban governance, adapted to the particular context of sustainable neighbourhoods. Urban governance is understood in this work, as a mode of project steering based on the cooperation between public and private stakeholders. The central hypotheses of this work test the importance and the limits of the key characteristics of urban governance (cooperation, participation, negotiation) as well as the importance of continuity for the project quality. To begin with, we surveyed and analysed twenty exemplary European sustainable neighbourhoods and identified their strengths and weaknesses in terms of sustainability, as well as their diverse steering modes. The lessons learned from these examples reveal the need to improve the projects' steering. Secondly we elaborated a detailed framework for analysis founded on stakeholder-centred institutionalism and the key characteristics of urban governance. By systematically applying this framework, we analysed the planning and implementation process of the sustainable neighbourhood "Kronsberg" (Hannover). Our focus was on the following dimensions: the stakeholders (with their particular interests and goals), the instruments of spatial planning, the steering modes, the points of divergence and convergence amongst the stakeholders, as well as their impacts on the process and on the project. The final step was to test the core hypotheses on the neighbourhood "Neu-Oerlikon" (Zürich) in order to broaden the lessons learned from "Kronsberg". The results of the analysis highlight the fact that an urban governance type project steering is certainly a necessary but insufficient condition to improve the project quality. Moreover, the added value of urban governance is only valid under certain conditions. In fact, cooperation and negotiation can even in certain situations reduce the project's quality! The main lesson of this research is that there is not an ideal steering mode, but rather that the quality of the project depends on numerous factors, such as the stakeholder constellation, their individual and institutional interests, the general conditions and the "rules of the game" of urban governance. If these "rules of the game" are not really appropriated by all stakeholders, individual and institutional interests and behaviours predominate at the expense of the project's quality. Likewise, if the future users' participation in the project development is insufficient, both the project's quality and its continuity suffer. We have also observed that the presence of a stakeholder (in general the public authorities) who ensures the definition of ambitious goals in terms of sustainable development and their implementation is crucial for the project's quality. Furthermore, this research highlights the deficiencies in the follow-up and long-term preservation of the sustainability qualities in the neighbourhood projects which we have analysed. In the use phase, the degree of cooperation generally diminishes. Attitudes and project management become more sectorial at the expense of the project's quality. This confirms the need to continue the steering process according to the principles of urban governance beyond the project's implementation phase. This research specifies the challenges that affect the use phase (a still neglected area) and shows the relevance of the recommended steering mode. Finally, the analyses also identify the success and risk factors that may influence urban-governance systems, as well as the challenges of still neglected fields of sustainability (urban agriculture, long-term environmental management, user behaviour, fair funding, etc.). Taking into account these outcomes is essential to improve the management of future sustainable-neighbourhood projects.

A Literature Review of Urban Bypass Studies, 1992

Urban places attract most highway travel because more people are to be per acre in urban places than elsewhere. In the beginning of highway development the objective was to provide an all-weather road for the rural people to get to town and back to their farms, but there was no consideration of getting motor vehicles through the town to the opposite side. With the development of intercity travel, it soon became apparent that travel through the urban areas would have to be given consideration along with the travel to and from the urban areas. This consideration led to the urban bypass, a provision in highway location whereby the traveler may get to the opposite side of the urban area without going through it, or at least not through the central business district. Bypasses, although highly desired by the through travelers, were not welcomed by local business interests on the basis that the community would suffer a reduction in retail trade. Some discussion of the pros and cons of bypasses and their consequences as observed from experience will shed light upon this type of local highway. The bypass report summaries in this document were based on interviews with businessmen and community leaders of cities that have actually experienced firsthand the impacts of a highway bypass. Several of the studies were conducted by newspaper reporters, city council members and residents of Iowa cities.

An Assessment of Traffic Safety in Urban Deer Herd Management Zones in Iowa, 2010

Many states are striving to keep their deer population to a sustainable and controllable level while maximizing public safety. In Iowa, measures to control the deer population include annual deer hunts and special deer herd management plans in urban areas. While these plans may reduce the deer population, traffic safety in these areas has not been fully assessed. Using deer population data from the Iowa Department of Natural Resources and data on deer-vehicle crashes and deer carcass removals from the Iowa Department of Transportation, the authors examined the relationship between deer-vehicle collisions, deer density, and land use in three urban areas in Iowa that have deer management plans in place (Cedar Rapids, Dubuque, and Iowa City) over the period 2002 to 2007. First, a comparison of deer-vehicle crash counts and deer carcass removal counts was conducted at the county level. Further, the authors estimated econometric models to investigate the factors that influence the frequency and severity of deer-vehicle crashes in these zones. Overall, the number of deer carcasses removed on the primary roads in these counties was greater than the number of reported deervehicle crashes on those roads. These differences can be attributed to a number of reasons, including variability in data reporting and data collection practices. In addition, high rates of underreporting of crashes were found on major routes that carry high volumes of traffic. This study also showed that multiple factors affect deer-vehicle crashes and corresponding injury outcomes in urban management zones. The identified roadway and non-roadway factors could be useful for identifying locations on the transportation system that significantly impact deer species and safety and for determining appropriate countermeasures for mitigation. Efforts to reduce deer density adjacent to roads and developed land and to provide wider shoulders on undivided roads are recommended. Improving the consistency and accuracy of deer carcass and deer-vehicle collision data collection methods and practices is also desirable.

Emergence of Swiss metropole and scaling properties of urban clusters

Defining the limits of an urban agglomeration is essential both for fundamental and applied studies in quantitative and theoretical geography. A simple and consistent way for defining such urban clusters is important for performing different statistical analysis and comparisons. Traditionally, agglomerations are defined using a rather qualitative approach based on various statistical measures. This definition varies generally from one country to another, and the data taken into account are different. In this paper, we explore the use of the City Clustering Algorithm (CCA) for the agglomeration definition in Switzerland. This algorithm provides a systemic and easy way to define an urban area based only on population data. The CCA allows the specification of the spatial resolution for defining the urban clusters. The results from different resolutions are compared and analysed, and the effect of filtering the data investigated. Different scales and parameters allow highlighting different phenomena. The study of Zipf's law using the visual rank-size rule shows that it is valid only for some specific urban clusters, inside a narrow range of the spatial resolution of the CCA. The scale where emergence of one main cluster occurs can also be found in the analysis using Zipf's law. The study of the urban clusters at different scales using the lacunarity measure - a complementary measure to the fractal dimension - allows to highlight the change of scale at a given range.

When several queens reign: how polygyny affects social life in ants

Astract: The aim of this thesis was to investigate how the presence of multiple queens (polygyny) affects social organization in colonies of the ant Formica exsecta. This is important because polygyny results in reduced relatedness among colony members and therefore reflects a potential paradox for altruistic cooperation being explained by inclusive fitness theory. The reason for this is that workers in polygynous colonies rear no longer only their siblings (high inclusive fitness gain) but also more distantly ox even unrelated brood (low or no inclusive fitness gain). All research projects conducted in this thesis are novel and significant contributions to the understanding of the social evolution of insect societies. We used a mixture of experimental and observational methodologies in laboratory and field colonies of F. exsecta to examine four important aspects of social life that are impacted by polygyny. First, we investigated the influence of queen number on colony sex allocation and found that the number of queens present in a colony significantly affects colony sex ratio investment. The data were consistent with the queen-replenishment hypothesis, which is based on the observation that newly mated queens are often recruited back to their parental nest. According to this theory, colonies containing many queens should only produce males due to local resource competition (i.e. related queens compete for common resources), whereas colonies hosting few queens benefit most from producing new queens to ensure colony survival. Second, we examined how reproduction is partitioned among nestmate queens. We detected a novel pattern of reproductive partitioning whereby a high proportion of queens were completely specialized in the production of only a subset of offspring classes produced within a colony, which might translate into great differences in reproductive success between queens. Third, we could demonstrate that F. exsecta workers indiscriminately reared highly related and unrelated brood although such nepotistic behaviour (preferential rearing of relatives) would be predicted by inclusive fitness theory. The absence of nepotism is probably best explained by its negative effects on overall colony efficiency. Finally, we conducted a detailed population genetic analysis, which revealed that the genetic population structure is different for queens and workers. Our data were best explained with queens forming family-based groups (multicolonial population structure), whereas workers from several nests seemed to be grouped into larger unites (unicolonial population structure) with workers moving freely between neighbouring nests. Altogether, the presented work significantly increased our understanding of the complex organization of polygynous social insect colonies and shows how an important life history trait such as queen number affects social organization at various levels. Résumé: Le but de cette thèse était d'étudier comment la présence de plusieurs reines par colonie (polygynie) influence la vie sociale chez la fourmi Formica exsecta. Ce sujet est important parce que la polygynie chez les insectes sociaux présente un passible paradoxe au niveau de la théorie du "fitness inclusive". Ce paradoxe est basé sur le fait que les ouvrières n'élèvent plus uniquement leurs frères et soeurs (gain de "fitness inclusive" maximale), mais également des individus moins ou pas du tout apparentés (gain de "fitness inclusive" réduit ou absent). Tous les projets de recherche présentés au cours de cette thèse apportent une meilleure compréhension et connaissance au niveau de l'organisation des colonies chez les insectes sociaux. Nous avons employé des méthodes d'observation et de laboratoire afin de mettre en évidence des aspects importants de la vie sociale chez les fourmis influencés par la polygynie. Quatre aspects ont été caractérisés : (1) l'influence du nombre de reines sur le sexe ratio produit par la colonie. Nous avons démontré que les colonies contenant beaucoup de reines produisaient rarement des reines tandis que les colonies contenant peu de reines souvent investissaient beaucoup de ressources dans la production des reines. Ces résultats sont en accord avec la "queen-replenishment hypothesis" qui est basé sur l'observation que les nouvelles reines sont recrutées dans la colonie où elles étaient nées. Cette hypothèse postule que la production des reines est défavorable dans les colonies contenant beaucoup de reines, parce que ces reines apparentées, rentrent en compétition pour des ressources communes. Au contraire, la production des reines est favorable dans des colonies contenant peu de reines afin d'assurer la survie de la colonie ; (2) comment les reines dans une colonie répartissent leur reproduction. Nous avons mis en évidence un nouveau pattern de cette répartition où une grande proportion de reines est complètement spécialisée dans la production d'un seul type de couvain ce qui probablement aboutit à des différences significatives entre reines dans le succès reproducteur ; (3) la capacité des ouvrières à discriminer un couvain de soeur d'un couvain non apparenté. Les résultats ont montré que les ouvrières ne font pas de discrimination entre le couvain de soeur et le couvain non apparenté ce qui n'est pas en accord avec la théorie de la "fitness inclusive". Cette absence de discrimination est probablement due à des effets négatifs comme par exemple la diminution de la production du couvain; (4) la structure génétique d'une population de F. exsecta. Nous avons mis en évidence que la structure génétique entre des groupes de reines est significativement différente de la structure génétique entre des groupes d'ouvrières. Les données suggèrent que les reines forment des groupes basés sur une structure familiale tandis que les ouvrières sont groupées dans des unités plus grandes.

Education on Urban Corridor Issues Through Computer Animation, TR-419, 2003

This project was undertaken in coordination with the Environmental Assessment process on the Mt. Vernon Road Improvements project in Cedar Rapids, Iowa. The goal of the research was to determine the cost effectiveness of combined photo-imaging and computer animation as a presentation tool describing public road improvements. The Public Hearing, in combination with the involvement of a Citizen's Resource Group, afforded an opportunity to have an evaluation of the processes by interested citizens who were not familiar with engineering drawings or the construction industry. After the initial viewing of a draft version of the video, the Resource Group made recommendations to the staff developing the video. Discussion of these recommendations led to the development of an animated composite section that showed a combination of situations typically encountered throughout the project corridor, as well as critical considerations. The composite section did not show specific locations and therefore, individuals were not distracted by looking for the details pertaining to their properties. Concentration on the concepts involved rather than specifics provided the opportunity for a more thorough understanding by the citizens. The development of the composite concept was the primary discovery of the research.

Development of Object-Oriented Design and Specifications for Iowa DOT and Urban Standards: Phase I, TR-487, 2004

Currently, individuals including designers, contractors, and owners learn about the project requirements by studying a combination of paper and electronic copies of the construction documents including the drawings, specifications (standard and supplemental), road and bridge standard drawings, design criteria, contracts, addenda, and change orders. This can be a tedious process since one needs to go back and forth between the various documents (paper or electronic) to obtain information about the entire project. Object-oriented computer-aided design (OO-CAD) is an innovative technology that can bring a change to this process by graphical portrayal of information. OO-CAD allows users to point and click on portions of an object-oriented drawing that are then linked to relevant databases of information (e.g., specifications, procurement status, and shop drawings). The vision of this study is to turn paper-based design standards and construction specifications into an object-oriented design and specification (OODAS) system or a visual electronic reference library (ERL). Individuals can use the system through a handheld wireless book-size laptop that includes all of the necessary software for operating in a 3D environment. All parties involved in transportation projects can access all of the standards and requirements simultaneously using a 3D graphical interface. By using this system, users will have all of the design elements and all of the specifications readily available without concerns of omissions. A prototype object-oriented model was created and demonstrated to potential users representing counties, cities, and the state. Findings suggest that a system like this could improve productivity to find information by as much as 75% and provide a greater sense of confidence that all relevant information had been identified. It was also apparent that this system would be used by more people in construction than in design. There was also concern related to the cost to develop and maintain the complete system. The future direction should focus on a project-based system that can help the contractors and DOT inspectors find information (e.g., road standards, specifications, instructional memorandums) more rapidly as it pertains to a specific project.

Sex allocation conflict in ants: when the queen rules.

Insect societies are paramount examples of cooperation, yet they also harbor internal conflicts whose resolution depends on the power of the opponents. The male-haploid, female-diploid sex-determining system of ants causes workers to be more related to sisters than to brothers, whereas queens are equally related to daughters and sons. Workers should thus allocate more resources to females than to males, while queens should favor an equal investment in each sex. Female-biased sex allocation and manipulation of the sex ratio during brood development suggest that workers prevail in many ant species. Here, we show that queens of Formica selysi strongly influenced colony sex allocation by biasing the sex ratio of their eggs. Most colonies specialized in the production of a single sex. Queens in female-specialist colonies laid a high proportion of diploid eggs, whereas queens in male-specialist colonies laid almost exclusively haploid eggs, which constrains worker manipulation. However, the change in sex ratio between the egg and pupae stages suggests that workers eliminated some male brood, and the population sex-investment ratio was between the queens' and workers' equilibria. Altogether, these data provide evidence for an ongoing conflict between queens and workers, with a prominent influence of queens as a result of their control of egg sex ratio.