A molecular and cellular analysis of the circadian system of the cockroach Rhyparobia (Leucophaea) maderae

Circadiane Schrittmacher koordinieren die täglichen Rhythmen in Physiologie und Verhalten in lebenden Organismen. Die Madeira Schabe Rhyparobia maderae (Synonym: Leucophaea maderae) ist ein gut etabliertes Modell, um die neuronalen Mechanismen der circadianen Rhythmen bei Insekten zu studieren. Die akzessorische Medulla (AME) in den optischen Loben des Gehirns wurde als das circadiane Schrittmacherzentrum der Madeira Schabe identifiziert, das circadiane Rhythmen in der Laufaktivität steuert. Über die Neurotransmitter der Eingangswege in das circadiane System der Madeira Schabe ist noch nicht viel bekannt. Das Hauptziel dieser Arbeit war es, mögliche Eingangssignale in die innere Uhr der Madeira Schabe zu bestimmen. An primären Zellkulturen von AME-Neuronen wurden Calcium-Imaging Experimente durchgeführt, um die Neurotransmitter-abhängigen Veränderungen in der intrazellulären Calcium-Konzentration zu messen. Darüber hinaus wurde die Signalkaskade des Neuropeptids Pigment Dispersing Factor (PDF), dem wichtigsten Kopplungsfaktor in circadianen Schrittmachern von Insekten, in Calcium-Imaging und Förster-Resonanzenergietransfer (FRET) Experimenten untersucht. Acetylcholin (ACh) erhöht die intrazelluläre Calcium-Konzentration in der Mehrzahl der circadianen Schrittmacherneurone der Madeiraschabe. Applikation von GABA, Serotonin und Octopamin erhöhten oder reduzierten die intrazelluläre Calcium-Konzentration in den AME-Neuronen, während Histamin und Glutamat die intrazelluläre Calcium-Konzentration ausschließlich reduzierten. Pharmakologische Experimente zeigten, dass die AME-Neurone ACh über ionotrope nikotinische ACh-Rezeptoren detektierten, während GABA über ionotrope GABAA-Rezeptoren und metabotrope GABAB-Rezeptoren detektiert wurde. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die circadiane Aktivität der Schabe durch verschiedene Eingänge, einschließlich ACh, GABA, Glutamat, Histamin, Octopamin und Serotonin, moduliert wird. Bei den FRET Studien wurde ein Proteinkinase A (PKA)-basierter FRET Sensor zur Detektion von cyclischem AMP (cAMP) verwendet. Es wurde gezeigt, dass PDF über Adenylylcyclase-abhängige und -unabhängige Signalwege wirken kann. Zusätzlich wurden Laufrad-Assays durchgeführt, um Phasenverschiebungen im Rhythmus der circadianen Laufaktivität zu detektieren, nachdem der Neurotransmitter Histamin zu verschiedenen circadianen Zeiten injiziert wurde. Histamin-Injektionen durch die Komplexaugen der Schabe ergaben eine biphasische Phasenantwortkurve (phase response curve) mit Phasenverzögerungen in der Laufaktivität am späten subjektiven Tag und am Beginn der subjektiven Nacht und Phasenbeschleunigungen in der späten subjektiven Nacht. Schließlich wurde eine extrazelluläre Ableittechnik an lebenden Schaben etabliert, die gleichzeitige Langzeit-Ableitungen von der AME, des Komplexauges (Elektroretinogramm = ERG), und der Beinmuskulatur (Elektromyogramm = EMG) für mehrere Tage ermöglichte. Diese Methode bietet einen Ausgangspunkt für weitere elektrophysiologische Untersuchungen des circadianen Systems der Schabe, in denen Substanzen (z.B. Neurotransmitter und Neuropeptide) analysiert werden können, die einen Einfluss auf den circadianen Rhythmus in der Laufaktivität haben

Physiological analysis of central and peripheral insect circadian pacemaker neurons

Alle bisher untersuchten Lebewesen besitzen (circadiane) innere Uhren, die eine endogene Perioden-länge von ungefähr 24 Stunden generieren. Eine innere Uhr kann über Zeitgeber mit der Umwelt synchronisiert werden und ermöglicht dem Organismus, rhythmische Umweltveränderungen vorweg zu nehmen. Neben einem zentralen Schrittmacher, der Physiologie und Verhalten des Organismus steuert, gibt es in unterschiedlichen Organen auch periphere Uhren, die die zeitlichen Abläufe in der spezifischen Funktion dieser Organe steuern. In dieser Arbeit sollten zentrale und periphere Schrittmacherneurone von Insekten physiologisch untersucht und verglichen werden. Die Neurone der akzessorischen Medulla (AME) von Rhyparobia maderae dienten als Modellsystem für zentrale Schrittmacher, während olfaktorische Rezeptorneurone (ORNs) von Manduca sexta als Modellsystem für periphere Schrittmacher dienten. Die zentralen Schrittmacherneurone wurden in extrazellulären Ableitungen an der isolierten AME (Netzwerkebene) und in Patch-Clamp Experimenten an primären AME Zellkulturen (Einzelzellebene) untersucht. Auf Netzwerkebene zeigten sich zwei charakteristische Aktivitätsmuster: regelmäßige Aktivität und Wechsel zwischen hoher und niedriger Aktivität (Oszillationen). Es wurde gezeigt, dass Glutamat ein Neurotransmitter der weitverbreiteten inhibitorischen Synapsen der AME ist, und dass in geringem Maße auch exzitatorische Synapsen vorkommen. Das Neuropeptid pigment-dispersing factor (PDF), das von nur wenigen AME Neuronen exprimiert wird und ein wichtiger Kopplungsfaktor im circadianen System ist, führte zu Hemmungen, Aktivierungen oder Oszillationen. Die Effekte waren transient oder langanhaltend und wurden wahrscheinlich durch den sekundären Botenstoff cAMP vermittelt. Ein Zielmolekül von cAMP war vermutlich exchange protein directly activated by cAMP (EPAC). Auf Einzelzellebene wurde gezeigt, dass die meisten AME Neurone depolarisiert waren und deshalb nicht feuerten. Die Analyse von Strom-Spannungs-Kennlinien und pharmakologische Experimente ergaben, dass unterschiedliche Ionenkanäle vorhanden waren (Ca2+, Cl-, K+, Na+ Kanäle sowie nicht-spezifische Kationenkanäle). Starke, bei hohen Spannungen aktivierende Ca2+ Ströme (ICa) könnten eine wichtige Rolle bei Ca2+-abhängiger Neurotransmitter-Ausschüttung, Oszillationen, und Aktionspotentialen spielen. PDF hemmte unterschiedliche Ströme (ICa, IK und INa) und aktivierte nicht-spezifische Kationenströme (Ih). Es wurde angenommen, dass simultane PDF-abhängige Hyper- und Depolarisationen rhythmische Membranpotential-Oszillationen verursachen. Dieser Mechanismus könnte eine Rolle bei PDF-abhängigen Synchronisationen spielen. Die Analyse peripherer Schrittmacherneurone konzentrierte sich auf die Charakterisierung des olfaktorischen Corezeptors von M. sexta (MsexORCO). In anderen Insekten ist ORCO für die Membran-Insertion von olfaktorischen Rezeptoren (ORs) erforderlich. ORCO bildet Komplexe mit den ORs, die in heterologen Expressionssystemen als Ionenkanäle fungieren und Duft-Antworten vermitteln. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass MsexORCO in pheromonsensitiven ORNs in vivo nicht als Teil eines ionotropen Rezeptors sondern als Schrittmacherkanal fungiert, der unterschwellige Membranpotential-Oszillationen generiert. MsexORCO wurde mit vermeintlichen Pheromonrezeptoren in human embryonic kidney (HEK 293) Zellen coexprimiert. Immuncytochemie und Ca2+ Imaging Experimente zeigten sehr schwache Expressionsraten. Trotzdem war es möglich zu zeigen, dass MsexORCO wahrscheinlich ein spontan-aktiver, Ca2+-permeabler Ionenkanal ist, der durch den ORCO-Agonisten VUAA1 und cyclische Nucleotide aktiviert wird. Außerdem wiesen die Experimente darauf hin, dass MsexOR-1 offensichtlich der Bombykal-Rezeptor ist. Eine weitere Charakterisierung von MsexORCO in primären M. sexta ORN Zellkulturen konnte nicht vollendet werden, weil die ORNs nicht signifikant auf ORCO-Agonisten oder -Antagonisten reagierten.

The function of SIFamide, PDF, and further neuropeptides in the circadian system of Rhyparobia maderae

Der täglich Wechsel von Hell- und Dunkelphasen führte während der Evolution zur Entwicklung innerer Uhren in nahezu allen Organismen. In der Schabe Rhyparobia maderae lokalisierten Läsions- und Transplantationsexperimente die innere Uhr in der akzessorischen Medulla (AME). Dieses kleine birnenförmige Neuropil am ventromedianen Rand der Medulla ist mit etwa 240 Neuronen assoziiert, die eine hohe Anzahl an zum Teil kolokalisierten Neuropeptiden und Neurotransmittern exprimieren. Diese Signalstoffe scheinen essentiell zu sein für die Synchronisation der inneren Uhr mit der Umwelt, der Kopplung der beiden bilateralen AME, der Aufrechterhaltung des circadianen Rhythmus sowie der zeitlichen Steuerung bestimmter Verhaltensweisen. Während die Funktion einiger dieser neuronalen Botenstoffe bereits gut untersucht ist, fehlt sie für andere. Zudem ist noch ungeklärt, wann einzelne Botenstoffe im circadianen Netzwerk agieren. Im Fokus dieser Studie lag daher die Erforschung der Funktion von SIFamide und Corazonin im circadianen Netzwerk sowie die weitere Untersuchung der Funktionen der Neuropeptide MIP und PDF. Es konnte gezeigt werden, dass SIFamide auch in R. maderae in vier großen neurosekretorischen Zellen in der pars intercerebralis exprimiert wird. Varikosenreiche SIFamide-immureaktive (-ir) Fasern innervieren eine Vielzahl an Neuropilen und finden sich auch in der Hüllregion der AME. Injektionsexperimente resultierten in einer monophasischen Phasen-Antwort-Kurve (PRC) mit einer Verzögerung zur frühen subjektiven Nacht. SIFamide ist also ein Eingangssignal für das circadiane Netzwerk und könnte in der Kontrolle der Schalf/Wach-Homöostase involviert sein. Auch Corazonin fungiert als Eingangssignal. Da die Injektionsexperimente in einer monophasischen PRC mit einem Phasenvorschub zur späten subjektiven Nacht resultierten, ist davon auszugehen, dass die Corazonin-ir AME-Zelle Bestandteil des Morning-Oszillator-Netzwerkes in R. maderae ist. Darüber hinaus zeigten Backfill-Experimente, dass MIP an der Kopplung beider AMAE beteiligt ist. ELISA-Quantifizierungen der PDF-Level im Tagesverlauf ergaben Schwankungen in der Konzentration, die auf eine Ausschüttung des Peptids während des Tages hindeuten – ähnlich wie es in Drosophila melanogaster der Fall ist. Dies spiegelt sich in der vervollständigten bimodalen PDF-PRC wieder. Hier führen Injektionen zu einem Phasenvorschub, bevor maximale Peptidlevel erreicht werden, sowie zu einer Phasenverzögerung, sobald die Peptidlevel wieder zu sinken beginnen. Die PRCs erlauben somit Rückschlüsse auf den Zeitpunkt der maximalen Peptidfreisetzung. PDF-ir Neuriten findet sich zudem in sämtlichen Ganglien des ventralen Strickleiternervensystems, was eine Funktion in der Kontrolle der Prozesse impliziert, die durch die Mustergeneratoren in Thorakal- und Abdominalganglien gesteuert werden.

Tracing the Origin and Spread of Agriculture in Europe

The origins of early farming and its spread to Europe have been the subject of major interest for some time. The main controversy today is over the nature of the Neolithic transition in Europe: the extent to which the spread was, for the most part, indigenous and animated by imitatio (cultural diffusion) or else was driven by an influx of dispersing populations (demic diffusion). We analyze the spatiotemporal dynamics of the transition using radiocarbon dates from 735 early Neolithic sites in Europe, the Near East, and Anatolia. We compute great-circle and shortest-path distances from each site to 35 possible agricultural centers of origin—ten are based on early sites in the Middle East and 25 are hypothetical locations set at 58 latitude/longitude intervals. We perform a linear fit of distance versus age (and vice versa) for each center. For certain centers, high correlation coefficients (R . 0.8) are obtained. This implies that a steady rate or speed is a good overall approximation for this historical development. The average rate of the Neolithic spread over Europe is 0.6–1.3 km/y (95% confidence interval). This is consistent with the prediction of demic diffusion(0.6–1.1 km/y). An interpolative map of correlation coefficients, obtained by using shortest-path distances, shows that the origins of agriculture were most likely to have occurred in the northern Levantine/Mesopotamian area

Procés de destintatge del paper per flotació. Avaluació de l'eficàcia de l'eliminació de tinta

La tesi doctoral presentada té com a objectius principals l'estudi de les etapes fonamentals de desintegració i flotació en un procés de destintatge de papers vell de qualitats elevades per a poder millorar l'eficàcia d'aquestes etapes clau. Conté una revisió teòrica completa i molt actualitzada del procés de desintegració i flotació tant a nivell macroscòpic com microscòpic. La metodologia de treball en el laboratori, la posada a punt dels aparells, així com les anàlisis efectuades per a valorar la resposta del procés (anàlisi de blancor, anàlisi d'imatge i anàlisi de la concentració efectiva de tinta residual) estan descrites en el capítol de material i mètodes. La posada en marxa permet obtenir unes primeres conclusions respecte la necessitat de treballar amb una matèria primera homogènia i respecte la no significació de la temperatura de desintegració dins l'interval de treball permès al laboratori (20-50°C). L'anàlisi de les variables mecàniques de desintegració: consistència de desintegració (c), velocitat d'agitació en la desintegració (N) i temps de desintegració (t), permet de discernir que la consistència de desintegració és una variable fonamental. El valor de consistència igual al 10% marca el límit d'existència de les forces d'impacte mecànic en la suspensió fibrosa. A consistències superiors, les forces viscoses i d'acceleració dominen l'etapa de desintegració. Existeix una interacció entre la consistència i el temps de desintegració, optimitzant-se aquesta darrera variable en funció del valor de la consistència. La velocitat d'agitació és significativa només per a valors de consistència de desintegració inferiors al 10%. En aquests casos, incrementar el valor de N de 800 a 1400 rpm representa una disminució de 14 punts en el factor de destintabilitat. L'anàlisi de les variables químiques de desintegració: concentració de silicat sòdic (% Na2SiO3), peròxid d'hidrogen (% H2O2) i hidròxid sòdic (% Na2OH), proporciona resultats força significatius. El silicat sòdic presenta un efecte altament dispersant corroborat per les corbes de distribució dels diàmetres de partícula de tinta obtingudes mitjançant anàlisi d'imatges. L'hidròxid sòdic també presenta un efecte dispersant tot i que no és tant important com el del silicat sòdic. Aquests efectes dispersants són deguts principalment a l'increment de les repulsions electrostàtiques que aporten a la suspensió fibrosa aquests reactius químics fent disminuir l'eficàcia d'eliminació de l'etapa de flotació. El peròxid d'hidrogen utilitzat generalment com agent blanquejant, actua en aquests casos com a neutralitzador dels grups hidroxil provinents tant del silicat sòdic com de l'hidròxid sòdic, disminuint la repulsió electrostàtica dins la suspensió. Amb l'anàlisi de les variables hidrodinàmiques de flotació: consistència de flotació (c), velocitat d'agitació durant la flotació (N) i cabal d'aire aplicat (q), s'aconsegueix la seva optimització dins el rang de treball permès al laboratori. Valors elevats tant de la velocitat d'agitació com del cabal d'aire aplicat durant la flotació permeten eliminar majors quantitats de tinta. La consistència de flotació assoleix valors òptims depenent de les condicions de flux dins la cel·la de flotació. Les metodologies d'anàlisi emprades permeten obtenir diferents factors de destintabilitat. Entre aquests factors existeix una correlació important (determinada pels coeficients de correlació de Pearson) que permet assegurar la utilització de la blancor com a paràmetre fonamental en l'anàlisi del destintatge de papers vells, sempre i quan es complementi amb anàlisis d'imatge o bé amb anàlisi de la concentració efectiva de tinta residual. S'aconsegueixen expressions empíriques tipus exponencial que relacionen aquests factors de destintabilitat amb les variables experimentals. L' estudi de les cinètiques de flotació permet calcular les constants cinètiques (kBlancor, kERIC, kSupimp) en funció de les variables experimentals, obtenint un model empíric de flotació que relacionant-lo amb els paràmetres microscòpics que afecten realment l'eliminació de partícules de tinta, deriva en un model fonamental molt més difícil d'interpretar. Mitjançant l'estudi d'aquestes cinètiques separades per classes, també s'aconsegueix determinar que l'eficàcia d'eliminació de partícules de tinta és màxima si el seu diàmetre equivalent és superior a 50 μm. Les partícules amb diàmetres equivalents inferiors a 15 μm no són eliminades en les condicions de flotació analitzades. Es pot dir que és físicament impossible eliminar partícules de tinta de diàmetres molt diferents amb la mateixa eficiència i sota les mateixes condicions de treball. El rendiment del procés analitzat en funció de l'eliminació de sòlids per l'etapa de flotació no ha presentat relacions significatives amb cap de les variables experimentals analitzades. Únicament es pot concloure que addicionar quantitats elevades de silicat sòdic provoca una disminució tant de sòlids com de matèria inorgànica presents en les escumes de flotació.

Reintroduction of the Eurasian otter (Lutra lutra) in Muga and Fluvià basins (north-eastern Spain): viability, development, monitoring and trends of the new population

Aquesta tesi es basa en el programa de reintroducció de la llúdriga eurasiàtica (Lutra lutra) a les conques dels rius Muga i Fluvià (Catalunya) durant la segona meitat dels 1990s. Els objectius de la tesi foren demostrar la viabilitat de la reintroducció, demostrar l'èxit de la mateixa, estudiar aspectes ecològics i etològics de l'espècie, aprofitant l'oportunitat única de gaudir d'una població "de disseny" i determinar les probabilitats de supervivència de la població a llarg termini. La reintroducció de la llúdriga a les conques dels rius Muga i Fluvià va reeixir, doncs l'àrea geogràfica ocupada efectivament es va incrementar fins a un 64% d'estacions positives a l'hivern 2001-02. La troballa de tres exemplars adults nascuts a l'àrea de reintroducció és una altra prova que valida l'èxit del programa. La densitat d'exemplars calculada a través dels censos visuals ha resultat baixa (0.04-0.11 llúdrigues/km), però s'aproxima al que hom pot esperar en els primers estadis d'una població reintroduïda, encara poc nombrosa però distribuïda en una gran àrea. La mortalitat post-alliberament va ser del 22% un any després de l'alliberament, similar o inferior a la d'altres programes de reintroducció de llúdrigues reeixits. La mortalitat va ser deguda principalment a atropellaments (56%). El patró d'activitat de les llúdrigues reintroduïdes va esdevenir principalment nocturn i crepuscular, amb una escassa activitat diürna. Les seves àrees vitals van ser del mateix ordre (34,2 km) que les calculades en d'altres estudis realitzats a Europa. La longitud mitjana de riu recorreguda per una llúdriga durant 24 hores va ser de 4,2 km per les femelles i 7,6 km pels mascles. Durant el període de radioseguiment dues femelles van criar i els seus moviments van poder ser estudiats amb deteniment. La resposta de la nova població de llúdrigues a les fluctuacions estacionals en la disponibilitat d'aigua, habitual a les regions mediterrànies, va consistir en la concentració en una àrea menor durant el període de sequera estival, a causa de l'increment de trams secs, inhabitables per la llúdriga per la manca d'aliment, fet que va provocar expansions i contraccions periòdiques en l'àrea de distribució. La persistència a llarg termini de la població reintroduïda va ser estudiada mitjançant una Anàlisi de Viabilitat Poblacional (PVA). El resultat va ser un baix risc d'extinció de la població en els propers 100 anys i la majoria dels escenaris simulats (65%) van assolir el criteri d'un mínim de 90% de probabilitat de supervivència. Del model poblacional construït es dedueix que un punt clau per assegurar la viabilitat de la població reintroduïda és la reducció de la mortalitat accidental. A l'àrea d'estudi, els atropellaments causen més del 50% de la mortalitat i aquesta pot ser reduïda mitjançant la construcció de passos de fauna, el tancament lateral d'alguns trams de carretera perillosos i el control de la velocitat en algunes vies. El projecte de reintroducció ha posat a punt un protocol per a la captura, maneig i alliberament de llúdrigues salvatges, que pot contenir informació útil per a programes similars. També ha suposat una oportunitat única d'estudiar una població dissenyada artificialment i poder comparar diversos mètodes per estimar la distribució i la densitat de poblacions de llúdrigues. Per últim, la reintroducció portada a terme a les conques dels rius Muga i Fluvià ha aconseguit crear una nova població de llúdrigues, que persisteix en el temps, que es reprodueix regularment i que es dispersa progressivament, fins i tot a noves conques fluvials.

Understanding Demographic and Behavioral Mechanisms that Guide Responses of Neotropical Migratory Birds to Urbanization: a Simulation Approach

Although studies often report that densities of many forest birds are negatively related to urbanization, the mechanisms guiding this pattern are poorly understood. Our objective was to use a population simulation to examine the relative influence of six demographic and behavioral processes on patterns of avian abundance in urbanizing landscapes. We constructed an individual-based population simulation model representing the annual cycle of a Neotropical migratory songbird. Each simulation was performed under two landscape scenarios. The first scenario had similar proportions of high- and low-quality habitat across the urban to rural gradient. Under the first scenario, avian density was negatively related to urbanization only when rural habitats were perceived to be of higher quality than they actually were. The second landscape scenario had declining proportions of high-quality habitat as urbanization increased. Under the second scenario, each mechanism generated a negative relationship between density and urbanization. The strongest effect on density resulted when birds preferentially selected habitats in landscapes from which they fledged or were constrained from dispersing. The next strongest patterns occurred when birds directly evaluated habitat quality and accurately selected the highest-quality available territories. When birds selected habitats based on the presence of conspecifics, the density–urbanization relationship was only one-third the strength of other habitat selection mechanisms and only occurred under certain levels of population survival. Although differences in adult or nest survival in the face of random habitat selection still elicited reduced densities in urban landscapes, the relationships between urbanization and density were weaker than those produced by the conspecific attraction mechanism. Results from our study identify key predictions and areas for future research, including assessing habitat quality in urban and rural areas in order to determine if habitats in urban areas are underutilized.

Behavioral changes associated with a population density decline in the facultatively social red fox

Understanding the causal mechanisms promoting group formation in carnivores has been widely investigated, particularly how fitness components affect group formation. Population density may affect the relative benefits of natal philopatry versus dispersal. Density effects on individual behavioral strategies have previously been studied through comparisons of different populations, where differences could be confounded by between-site effects. We used a single population of red foxes (Vulpes vulpes) in the city of Bristol, UK, that underwent a natural perturbation in density to compare key changes in 1) group structure, 2) within-group relatedness, 3) mating system, 4) dispersal, and 5) dominance attainment. At high densities (19.6-27.6 adults km(-2)), group sex ratios were equal and included related and unrelated individuals. At low densities (4.0-5.5 adults km(-2)), groups became female biased and were structured around philopatric females. However, levels of within-group relatedness were unchanged. The genetic mating patterns changed with no instances of multiple-paternity litters and a decline in the frequency of extrapair litters of cubs from <= 77% to <= 38%. However, the number of genetically monogynous groups did not differ between periods. Dispersal was male biased at both high and low densities. At high density, most dominant males in the study groups appeared to have gained dominance after dispersing, but natal philopatry was an equally successful strategy at low density; conversely, most dominant females were philopatric individuals at both high and low densities. These results illustrate how density may alter behavioral strategies such as mating patterns and how this, in turn, alters group structure in a single population.

Fitness costs of dispersal in red foxes (Vulpes vulpes)

The costs of dispersal are an important factor promoting natal philopatry, thereby encouraging the formation of social groups. The red fox, Vulpes vulpes, exhibits a highly flexible social system and one that is thought to represent a possible stage in the evolution of more complex patterns of group-living. Although the potential benefits accruing to philopatric offspring have previously been studied in this species, the potential costs of dispersal have received less attention. We contrasted survival rates, nutritional status, injuries and reproductive output of dispersing and non-dispersing male and female foxes in an urban population to assess the relative costs of dispersal versus natal philopatry. Mortality rates were not significantly higher for dispersing foxes, either in the short- or long-term. There was no evidence of increased nutritional stress in dispersing individuals. Dispersing individuals did, however, exhibit greater levels of wounding, although this did not appear to affect survival. Dispersing females were more likely to miss a breeding opportunity early in their reproductive lifespan. In contrast, both dispersing and non-dispersing males were unlikely to breed in their first year. We conclude that the major fitness component in females affected by dispersing is age at first reproduction.

The effects of landscape modifications on the long-term persistence of animal populations

Background: The effects of landscape modifications on the long-term persistence of wild animal populations is of crucial importance to wildlife managers and conservation biologists, but obtaining experimental evidence using real landscapes is usually impossible. To circumvent this problem we used individual-based models (IBMs) of interacting animals in experimental modifications of a real Danish landscape. The models incorporate as much as possible of the behaviour and ecology of four species with contrasting life-history characteristics: skylark (Alauda arvensis), vole (Microtus agrestis), a ground beetle (Bembidion lampros) and a linyphiid spider (Erigone atra). This allows us to quantify the population implications of experimental modifications of landscape configuration and composition. Methodology/Principal Findings: Starting with a real agricultural landscape, we progressively reduced landscape complexity by (i) homogenizing habitat patch shapes, (ii) randomizing the locations of the patches, and (iii) randomizing the size of the patches. The first two steps increased landscape fragmentation. We assessed the effects of these manipulations on the long-term persistence of animal populations by measuring equilibrium population sizes and time to recovery after disturbance. Patch rearrangement and the presence of corridors had a large effect on the population dynamics of species whose local success depends on the surrounding terrain. Landscape modifications that reduced population sizes increased recovery times in the short-dispersing species, making small populations vulnerable to increasing disturbance. The species that were most strongly affected by large disturbances fluctuated little in population sizes in years when no perturbations took place. Significance: Traditional approaches to the management and conservation of populations use either classical methods of population analysis, which fail to adequately account for the spatial configurations of landscapes, or landscape ecology, which accounts for landscape structure but has difficulty predicting the dynamics of populations living in them. Here we show how realistic and replicable individual-based models can bridge the gap between non-spatial population theory and non-dynamic landscape ecology. A major strength of the approach is its ability to identify population vulnerabilities not detected by standard population viability analyses.

Passive urban ventilation by combined buoyancy-driven slope flow and wall flow: Parametric CFD studies on idealized city models

This paper reports the results of a parametric CFD study on idealized city models to investigate the potential of slope flow in ventilating a city located in a mountainous region when the background synoptic wind is absent. Examples of such a city include Tokyo in Japan, Los Angeles and Phoenix in the US, and Hong Kong. Two types of buoyancy-driven flow are considered, i.e., slope flow from the mountain slope (katabatic wind at night and anabatic wind in the daytime), and wall flow due to heated/cooled urban surfaces. The combined buoyancy-driven flow system can serve the purpose of dispersing the accumulated urban air pollutants when the background wind is weak or absent. The microscopic picture of ventilation performance within the urban structures was evaluated in terms of air change rate (ACH) and age of air. The simulation results reveal that the slope flow plays an important role in ventilating the urban area, especially in calm conditions. Katabatic flow at night is conducive to mitigating the nocturnal urban heat island. In the present parametric study, the mountain slope angle and mountain height are assumed to be constant, and the changing variables are heating/cooling intensity and building height. For a typical mountain of 500 m inclined at an angle of 20° to the horizontal level, the interactive structure is very much dependent on the ratio of heating/cooling intensity as well as building height. When the building is lower than 60 m, the slope wind dominates. When the building is as high as 100 m, the contribution from the urban wall flow cannot be ignored. It is found that katabatic wind can be very beneficial to the thermal environment as well as air quality at the pedestrian level. The air change rate for the pedestrian volume can be as high as 300 ACH.

Behavioral and spatial analysis of extraterritorial movements in red foxes (Vulpes vulpes)

Abstract: Movements away from the natal or home territory are important to many ecological processes, including gene flow, population regulation, and disease epidemiology, yet quantitative data on these behaviors are lacking. Red foxes exhibit 2 periods of extraterritorial movements: when an individual disperses and when males search neighboring territories for extrapair copulations during the breeding season. Using radiotracking data collected at 5-min interfix intervals, we compared movement parameters, including distance moved, speed of movement, and turning angles, of dispersal and reproductive movements to those made during normal territorial movements; the instantaneous separation distances of dispersing and extraterritorial movements to the movements of resident adults; and the frequency of locations of 95%, 60%, and 30% harmonic mean isopleths of adult fox home territories to randomly generated fox movements. Foxes making reproductive movements traveled farther than when undertaking other types of movement, and dispersal movements were straighter. Reproductive and dispersal movements were faster than territorial movements and also differed in intensity of search and thoroughness. Foxes making dispersal movements avoided direct contact with territorial adults and moved through peripheral areas of territories. The converse was true for reproductive movements. Although similar in some basic characteristics, dispersal and reproductive movements are fundamentally different both behaviorally and spatially and are likely to have different ultimate purposes and contrasting effects on spatial processes such as disease transmission

Dispersal of soil-dwelling clover root weevil (Sitona lepidus Gyllenhal, Coleoptera: Curculionidae) larvae in mixed plant communities

Insect pests that have a root-feeding larval stage often cause the most sustained damage to plants because their attrition remains largely unseen, preventing early diagnosis and treatment. Characterising movement and dispersal patterns of subterranean insects is inherently difficult due to the difficulty in observing their behaviour. Our understanding of dispersal and movement patterns of soil-dwelling insects is therefore limited compared to above ground insect pests and tends to focus on vertical movements within the soil profile or assessments of coarse movement patterns taken from soil core measurements in the field. The objective of this study was to assess how the dispersal behaviour of the clover root weevil (CRW), Sitona lepidus larvae was affected by differing proportions of host (clover) and non-host (grass) plants under different soil water contents (SWC). This was undertaken in experimental mini-swards that allowed us to control plant community structure and soil water content. CRW larval survival was not affected either by white clover content or planting pattern or SWC in either experiment; however, lower clover composition in the sward resulted in CRW larvae dispersing further from where they hatched. Because survival was the same regardless of clover density, the proportion of infested plants was highest in sward boxes with the fewest clover plants (i.e. the low host plant density). Thus, there is potential for clover plants over a larger area to be colonised when the clover content of the sward is low.

Location, control and innovation in knowledge-intensive industries

The rising share of intangibles in economies worldwide highlights the crucial role of knowledge-intensive and creative industries in current and future wealth generation. The recognition of this trend has led to intense competition in these industries. At the micro-level, firms from both advanced and emerging economies are globally dispersing their value chains to control costs and leverage capabilities. The geography of innovation is the outcome of a dynamic process whereby firms from emerging economies strive to catch-up with advanced economy competitors, creating strong pressures for continued innovation. However, two distinct strategies can be discerned with regard to the control of the value chain. A vertical integration strategy emphasizes taking advantage of ‘linkage economies’ whereby controlling multiple value chain activities enhances the efficiency and effectiveness of each one of them. In contrast, a specialization strategy focuses on identifying and controlling the creative heart of the value chain, while outsourcing all other activities. The global mobile handset industry is used as the template to illustrate the theory.

Agriculture and the life histories of Mauritius kestrels

Habitat modification for agriculture is one of the greatest current threats to global biodiversity. Studies show large-scale population declines and short-term demographic impacts, but knowledge of the long-term effects of agriculture on individuals remains poor. This thesis examines the short- and long-term impact of agriculture on a reintroduced population of the Mauritius kestrel Falco punctatus, a tropical forest-dwelling raptor endemic to the island of Mauritius, that also utilises agricultural habitats. This population is a particularly appropriate model system, because complete life history data exists for individuals over a 22-year period, alongside detailed habitat and climate data. Agriculture has a short-term detrimental effect on Mauritius kestrel breeding success by exacerbating the seasonal decline in fledgling production. This is partly driven by the habitat-specific composition of the prey community that kestrels exploit to feed their chicks. The fledglings from agricultural territories tend to recruit in agricultural territories. This is largely due to poor natal dispersal and fine-scale spatial autocorrelation in the habitat matrix. Breeders do not respond to agriculture in the breeding territory by dispersing, unless the pair bond is broken. Therefore, individuals originating in agricultural territories tend to recruit, and remain in, agricultural territories throughout their lives. In addition to this, females from agricultural natal territories have shorter lifespans, schedule their peak reproductive output earlier in life, and exhibit more rapid senescence than non-agricultural females. The combination of this long-term effect and the adult experience of agriculture imposed by life history and environmental constraints, leads to a lower mean lifetime reproductive rate compared to females originating in non-agricultural habitats. These results demonstrate that agriculture experienced in early life has a lifelong effect on individuals. The effects can persist in time and space, with potentially delayed effects on population dynamics. These findings are important for understanding species’ responses to agricultural expansion.