Evaluation of an online, case-based interactive approach to teaching pathophysiology

Rapport de synthèse : L'article qui fait l'objet de ma thèse évalue une nouvelle approche pédagogique pour l'apprentissage de certains chapitres de physiopathologie. Le dispositif pédagogique se base sur l'alternance d'apprentissage ex-cathedra et de l'utilisation d'un site web comprenant des vignettes cliniques. Lors de la consultation de ces-dernières, l'étudiant est invité à demander des examens de laboratoire dont il pourrait justifier la pertinence selon le cas clinique étudié. La nouveauté du procédé réside dans le fait que, préalablement à son cours ex-cathedra, l'enseignant peut consulter les statistiques de demandes de laboratoire et ainsi orienter son cours selon les éléments mal compris par les étudiants. A la suite du cours ex-cathedra, les étudiants peuvent consulter sur internet la vignette clinique complète avec des explications. A l'issue de tout le cours, une évaluation auprès des étudiants a été conduite. Le procédé a été mis en place durant deux années consécutives et l'article en discute notamment les résultats. Nous avons pu conclure que cette méthode innovatrice d'enseignement amène les étudiants à mieux se préparer pour les cours ex-cathedra tout en permettant à l'enseignant d'identifier plus précisément quelles thématiques étaient difficiles pour les étudiants et donc d'ajuster au mieux son cours. Mon travail de thèse a consisté à créer ce dispositif d'apprentissage, à créer l'application web des vignettes cliniques et à l'implanter durant deux années consécutives. J'ai ensuite analysé les données des évaluations et écrit l'article que j'ai présenté à la revue 'Medical Teacher'. Après quelques corrections et précisions demandées par le comité de lecture, l'article a été accepté et publié. Ce travail a débouché sur une seconde version de l'application web qui est actuellement utilisée lors du module 3.1 de 3è année à l'Ecole de Médecine à Lausanne. Summary : Since the early days of sexual selection, our understanding of the selective forces acting on males and females during reproduction has increased remarkably. However, despite a long tradition of experimental and theoretical work in this field and relentless effort, numerous questions remain unanswered and many results are conflicting. Moreover, the interface between sexual selection and conservation biology has to date received little attention, despite existing evidence for its importance. In the present thesis, I first used an empirical approach to test various sexual selection hypotheses in a population of whitefish of central Switzerland. This precise population is characterized by a high prevalence of gonadal alterations in males. In particular, I challenged the hypothesis that whitefish males displaying peculiar gonadal features are of lower genetic quality than other seemingly normal males. Additionally, I also worked on identifying important determinant of sperm behavior. During a second theoretical part of my work, which is part of a larger project on the evolution of female mate preferences in harvested fish populations, I developed an individual-based simulation model to estimate how different mate discrimination costs affect the demographical behavior of fish populations and the evolutionary trajectories of female mate preferences. This latter work provided me with some insight on a recently published article addressing the importance of sexual selection for harvesting-induced evolution. I built upon this insight in a short perspective paper. In parallel, I let some methodological questions drive my thoughts, and wrote an essay about possible synergies between the biological, the philosophical and the statistical approach to biological questions.

Unfolding nature "in silico" : overcoming practical and metodological limitations of species distribution models

Abstract : The existence of a causal relationship between the spatial distribution of living organisms and their environment, in particular climate, has been long recognized and is the central principle of biogeography. In turn, this recognition has led scientists to the idea of using the climatic, topographic, edaphic and biotic characteristics of the environment to predict its potential suitability for a given species or biological community. In this thesis, my objective is to contribute to the development of methodological improvements in the field of species distribution modeling. More precisely, the objectives are to propose solutions to overcome limitations of species distribution models when applied to conservation biology issues, or when .used as an assessment tool of the potential impacts of global change. The first objective of my thesis is to contribute to evidence the potential of species distribution models for conservation-related applications. I present a methodology to generate pseudo-absences in order to overcome the frequent lack of reliable absence data. I also demonstrate, both theoretically (simulation-based) and practically (field-based), how species distribution models can be successfully used to model and sample rare species. Overall, the results of this first part of the thesis demonstrate the strong potential of species distribution models as a tool for practical applications in conservation biology. The second objective this thesis is to contribute to improve .projections of potential climate change impacts on species distributions, and in particular for mountain flora. I develop and a dynamic model, MIGCLIM, that allows the implementation of dispersal limitations into classic species distribution models and present an application of this model to two virtual species. Given that accounting for dispersal limitations requires information on seed dispersal, distances, a general methodology to classify species into broad dispersal types is also developed. Finally, the M~GCLIM model is applied to a large number of species in a study area of the western Swiss Alps. Overall, the results indicate that while dispersal limitations can have an important impact on the outcome of future projections of species distributions under climate change scenarios, estimating species threat levels (e.g. species extinction rates) for a mountainous areas of limited size (i.e. regional scale) can also be successfully achieved when considering dispersal as unlimited (i.e. ignoring dispersal limitations, which is easier from a practical point of view). Finally, I present the largest fine scale assessment of potential climate change impacts on mountain vegetation that has been carried-out to date. This assessment involves vegetation from 12 study areas distributed across all major western and central European mountain ranges. The results highlight that some mountain ranges (the Pyrenees and the Austrian Alps) are expected to be more affected by climate change than others (Norway and the Scottish Highlands). The results I obtain in this study also indicate that the threat levels projected by fine scale models are less severe than those derived from coarse scale models. This result suggests that some species could persist in small refugias that are not detected by coarse scale models. Résumé : L'existence d'une relation causale entre la répartition des espèces animales et végétales et leur environnement, en particulier le climat, a été mis en évidence depuis longtemps et est un des principes centraux en biogéographie. Ce lien a naturellement conduit à l'idée d'utiliser les caractéristiques climatiques, topographiques, édaphiques et biotiques de l'environnement afin d'en prédire la qualité pour une espèce ou une communauté. Dans ce travail de thèse, mon objectif est de contribuer au développement d'améliorations méthodologiques dans le domaine de la modélisation de la distribution d'espèces dans le paysage. Plus précisément, les objectifs sont de proposer des solutions afin de surmonter certaines limitations des modèles de distribution d'espèces dans des applications pratiques de biologie de la conservation ou dans leur utilisation pour évaluer l'impact potentiel des changements climatiques sur l'environnement. Le premier objectif majeur de mon travail est de contribuer à démontrer le potentiel des modèles de distribution d'espèces pour des applications pratiques en biologie de la conservation. Je propose une méthode pour générer des pseudo-absences qui permet de surmonter le problème récurent du manque de données d'absences fiables. Je démontre aussi, de manière théorique (par simulation) et pratique (par échantillonnage de terrain), comment les modèles de distribution d'espèces peuvent être utilisés pour modéliser et améliorer l'échantillonnage des espèces rares. Ces résultats démontrent le potentiel des modèles de distribution d'espèces comme outils pour des applications de biologie de la conservation. Le deuxième objectif majeur de ce travail est de contribuer à améliorer les projections d'impacts potentiels des changements climatiques sur la flore, en particulier dans les zones de montagnes. Je développe un modèle dynamique de distribution appelé MigClim qui permet de tenir compte des limitations de dispersion dans les projections futures de distribution potentielle d'espèces, et teste son application sur deux espèces virtuelles. Vu que le fait de prendre en compte les limitations dues à la dispersion demande des données supplémentaires importantes (p.ex. la distance de dispersion des graines), ce travail propose aussi une méthode de classification simplifiée des espèces végétales dans de grands "types de disperseurs", ce qui permet ainsi de d'obtenir de bonnes approximations de distances de dispersions pour un grand nombre d'espèces. Finalement, j'applique aussi le modèle MIGCLIM à un grand nombre d'espèces de plantes dans une zone d'études des pré-Alpes vaudoises. Les résultats montrent que les limitations de dispersion peuvent avoir un impact considérable sur la distribution potentielle d'espèces prédites sous des scénarios de changements climatiques. Cependant, quand les modèles sont utilisés pour évaluer les taux d'extinction d'espèces dans des zones de montages de taille limitée (évaluation régionale), il est aussi possible d'obtenir de bonnes approximations en considérant la dispersion des espèces comme illimitée, ce qui est nettement plus simple d'un point dé vue pratique. Pour terminer je présente la plus grande évaluation à fine échelle d'impact potentiel des changements climatiques sur la flore des montagnes conduite à ce jour. Cette évaluation englobe 12 zones d'études réparties sur toutes les chaines de montages principales d'Europe occidentale et centrale. Les résultats montrent que certaines chaines de montagnes (les Pyrénées et les Alpes Autrichiennes) sont projetées comme plus sensibles aux changements climatiques que d'autres (les Alpes Scandinaves et les Highlands d'Ecosse). Les résultats obtenus montrent aussi que les modèles à échelle fine projettent des impacts de changement climatiques (p. ex. taux d'extinction d'espèces) moins sévères que les modèles à échelle large. Cela laisse supposer que les modèles a échelle fine sont capables de modéliser des micro-niches climatiques non-détectées par les modèles à échelle large.

Population consequences of environmental sex reversal.

When sex determination in a species is predominantly genetic but environmentally reversible, exposure to (anthropogenic) changes in the environment can lead to shifts in a population's sex ratio. Such scenarios may be common in many fishes and amphibians, yet their ramifications remain largely unexplored. We used a simple model to study the (short-term) population consequences of environmental sex reversal (ESR). We examined the effects on sex ratios, sex chromosome frequencies, and population growth and persistence after exposure to environmental forces with feminizing or masculinizing tendencies. When environmental feminization was strong, X chromosomes were driven to extinction. Analogously, extinction of normally male-linked genetic factors (e.g., Y chromosomes) was caused by continuous environmental masculinization. Although moderate feminization was beneficial for population growth in the absence of large viability effects, our results suggest that the consequences of ESR are generally negative in terms of population size and the persistence of sex chromosomes. Extreme sex ratios resulting from high rates of ESR also reduced effective population sizes considerably. This may limit any evolutionary response to the deleterious effects of ESR. Our findings suggest that ESR changes population growth and sex ratios in some counter-intuitive ways and can change the predominant factor in sex determination from genetic to fully environmental, often within only a few tens of generations. Populations that lose genetic sex determination may quickly go extinct if the environmental forces that cause sex reversal cease.

A sex-specific marker reveals male heterogamety in European tree frogs.

Most amphibians examined so far show undifferentiated sex chromosomes. The heterogametic sex's identity, usually revealed through indirect means, often varies among closely related species or even populations (as do sex-linkage groups), suggesting great evolutionary instability of the sex-determining genes. Here we take advantage of a sex-specific marker that amplifies in several related species of European tree frogs (Hyla arborea group) to disclose a homogeneous pattern of male heterogamety. Besides relevance for evolutionary studies of sex determination in amphibians, our results have potential for addressing practical issues in conservation biology because sex reversal by anthropogenic endocrine disruptors is considered one possible cause of amphibian decline.

Limited genetic diversity and high differentiation among the remnant adder (Vipera berus) populations in the Swiss and French Jura Mountains

Although the adder (Vipera berus) has a large distribution area, this species is particularly threatened in Western Europe due to high habitat fragmentation and human persecution. We developed 13 new microsatellite markers in order to evaluate population structure and genetic diversity in the Swiss and French Jura Mountains, where the species is limited to only a few scattered populations. We found that V. berus exhibits a considerable genetic differentiation among populations (global F-ST = 0.269), even if these are not geographically isolated. Moreover, the genetic diversity within populations in the Jura Mountains and in the less perturbed Swiss Alps is significantly lower than in other French populations, possibly due to post-glacial recolonisation processes. Finally, in order to minimize losses of genetic diversities within isolated populations, suggestions for the conservation of this species in fragmented habitats are proposed.

Pattern recognition ecological niche models fit to presence-only and presence-absence data

1. Identifying the boundary of a species' niche from observational and environmental data is a common problem in ecology and conservation biology and a variety of techniques have been developed or applied to model niches and predict distributions. Here, we examine the performance of some pattern-recognition methods as ecological niche models (ENMs). Particularly, one-class pattern recognition is a flexible and seldom used methodology for modelling ecological niches and distributions from presence-only data. The development of one-class methods that perform comparably to two-class methods (for presence/absence data) would remove modelling decisions about sampling pseudo-absences or background data points when absence points are unavailable. 2. We studied nine methods for one-class classification and seven methods for two-class classification (five common to both), all primarily used in pattern recognition and therefore not common in species distribution and ecological niche modelling, across a set of 106 mountain plant species for which presence-absence data was available. We assessed accuracy using standard metrics and compared trade-offs in omission and commission errors between classification groups as well as effects of prevalence and spatial autocorrelation on accuracy. 3. One-class models fit to presence-only data were comparable to two-class models fit to presence-absence data when performance was evaluated with a measure weighting omission and commission errors equally. One-class models were superior for reducing omission errors (i.e. yielding higher sensitivity), and two-classes models were superior for reducing commission errors (i.e. yielding higher specificity). For these methods, spatial autocorrelation was only influential when prevalence was low. 4. These results differ from previous efforts to evaluate alternative modelling approaches to build ENM and are particularly noteworthy because data are from exhaustively sampled populations minimizing false absence records. Accurate, transferable models of species' ecological niches and distributions are needed to advance ecological research and are crucial for effective environmental planning and conservation; the pattern-recognition approaches studied here show good potential for future modelling studies. This study also provides an introduction to promising methods for ecological modelling inherited from the pattern-recognition discipline.

Poblacions marginals: valor en conservació

Les poblacions de plantes a l'extrem/perifèria de llur àrea de distribució han rebut diversa atenció per la seva vulnerabilitat o per la seva diferenciació genètica més o menys marcada. Tres articles recents sobre espècies de la nostra flora (Cypripedium calceolus, Cyclamen balearicum o Dichoropetalum schottii) aporten noves dades per a interpretar correctament aquestes poblacions extremes.

2010, Any Internacional de la Biodiversitat

El Conveni per a la Diversitat Biològica (CBD) de les Nacions Unides ha declarat l'any 2010 com a Any Internacional de la Biodiversitat. Durant tot l'any se succeiran activitats de tota mena per difondre la problemàtica de la necessitat de preservar la diversitat biològica i estimular l'adopció de mesures per a aconseguir¿ne la conservació efectiva.

Vacances a la costa

Les vacances d'estiu ens posen en contacte directe amb el territori més afectat per l'explotació turística i ens permeten comprovar, de primera mà, la pressió a què es veuen sotmesos els hàbitats i les espècies en zones sobrefreqüentades. El litoral és un dels indrets on aquesta pressió és més intensa i on la transformació del territori ha estat més notable en el darrer segle.

Flora Valentina, una joia

Donem a conèixer la publicació del primer volum (2011) de Flora Valentina, la nova flora del País Valencià, dirigida per Gonzalo Mateo, Benito Crespo i Emili Laguna (Notícia BioC 27/6/2011). Ara tenim ocasió d¿oferir una recensió i una opinió més detallades sobre aquesta excel·lent obra. Mateo, G., M.B. Crespo and E. Laguna (2011). Flora Valentina, vol. I. Fundació de la Comunitat Valenciana per al Medi Ambient, València.

Predicting the deleterious effects of mutation load in fragmented populations.

Human-induced habitat fragmentation constitutes a major threat to biodiversity. Both genetic and demographic factors combine to drive small and isolated populations into extinction vortices. Nevertheless, the deleterious effects of inbreeding and drift load may depend on population structure, migration patterns, and mating systems and are difficult to predict in the absence of crossing experiments. We performed stochastic individual-based simulations aimed at predicting the effects of deleterious mutations on population fitness (offspring viability and median time to extinction) under a variety of settings (landscape configurations, migration models, and mating systems) on the basis of easy-to-collect demographic and genetic information. Pooling all simulations, a large part (70%) of variance in offspring viability was explained by a combination of genetic structure (F(ST)) and within-deme heterozygosity (H(S)). A similar part of variance in median time to extinction was explained by a combination of local population size (N) and heterozygosity (H(S)). In both cases the predictive power increased above 80% when information on mating systems was available. These results provide robust predictive models to evaluate the viability prospects of fragmented populations.

La llei catalana de biodiversitat, ara sí (1)

S'ha posat a informació pública l'Avantprojecte de Llei de la Biodiversitat i el Patrimoni Natural de Catalunya, esperada des de fa força anys i que ha de ser el marc general de tota l'activitat de conservació i gestió de la diversitat biològica en el futur del nostre país. A continuació se n'analitza el contingut i els aspectes més rellevants en conservació de la flora. Fa pocs dies que s'ha publicat al DOGC núm. 5624, de 7 de maig de 2010, l'Anunci d'informació pública de l'Avantprojecte de Llei de la Biodiversitat i el Patrimoni Natural perquè es puguin efectuar les al·legacions oportunes durant el període de 15 dies des de l'endemà de la seva publicació al DOGC, és a dir, fins al dia 22 de maig.