Species distribution models for conservation-oriented studies in Switzerland : filling data and tools gaps

SUMMARYSpecies distribution models (SDMs) represent nowadays an essential tool in the research fields of ecology and conservation biology. By combining observations of species occurrence or abundance with information on the environmental characteristic of the observation sites, they can provide information on the ecology of species, predict their distributions across the landscape or extrapolate them to other spatial or time frames. The advent of SDMs, supported by geographic information systems (GIS), new developments in statistical models and constantly increasing computational capacities, has revolutionized the way ecologists can comprehend species distributions in their environment. SDMs have brought the tool that allows describing species realized niches across a multivariate environmental space and predict their spatial distribution. Predictions, in the form of probabilistic maps showing the potential distribution of the species, are an irreplaceable mean to inform every single unit of a territory about its biodiversity potential. SDMs and the corresponding spatial predictions can be used to plan conservation actions for particular species, to design field surveys, to assess the risks related to the spread of invasive species, to select reserve locations and design reserve networks, and ultimately, to forecast distributional changes according to scenarios of climate and/or land use change.By assessing the effect of several factors on model performance and on the accuracy of spatial predictions, this thesis aims at improving techniques and data available for distribution modelling and at providing the best possible information to conservation managers to support their decisions and action plans for the conservation of biodiversity in Switzerland and beyond. Several monitoring programs have been put in place from the national to the global scale, and different sources of data now exist and start to be available to researchers who want to model species distribution. However, because of the lack of means, data are often not gathered at an appropriate resolution, are sampled only over limited areas, are not spatially explicit or do not provide a sound biological information. A typical example of this is data on 'habitat' (sensu biota). Even though this is essential information for an effective conservation planning, it often has to be approximated from land use, the closest available information. Moreover, data are often not sampled according to an established sampling design, which can lead to biased samples and consequently to spurious modelling results. Understanding the sources of variability linked to the different phases of the modelling process and their importance is crucial in order to evaluate the final distribution maps that are to be used for conservation purposes.The research presented in this thesis was essentially conducted within the framework of the Landspot Project, a project supported by the Swiss National Science Foundation. The main goal of the project was to assess the possible contribution of pre-modelled 'habitat' units to model the distribution of animal species, in particular butterfly species, across Switzerland. While pursuing this goal, different aspects of data quality, sampling design and modelling process were addressed and improved, and implications for conservation discussed. The main 'habitat' units considered in this thesis are grassland and forest communities of natural and anthropogenic origin as defined in the typology of habitats for Switzerland. These communities are mainly defined at the phytosociological level of the alliance. For the time being, no comprehensive map of such communities is available at the national scale and at fine resolution. As a first step, it was therefore necessary to create distribution models and maps for these communities across Switzerland and thus to gather and collect the necessary data. In order to reach this first objective, several new developments were necessary such as the definition of expert models, the classification of the Swiss territory in environmental domains, the design of an environmentally stratified sampling of the target vegetation units across Switzerland, the development of a database integrating a decision-support system assisting in the classification of the relevés, and the downscaling of the land use/cover data from 100 m to 25 m resolution.The main contributions of this thesis to the discipline of species distribution modelling (SDM) are assembled in four main scientific papers. In the first, published in Journal of Riogeography different issues related to the modelling process itself are investigated. First is assessed the effect of five different stepwise selection methods on model performance, stability and parsimony, using data of the forest inventory of State of Vaud. In the same paper are also assessed: the effect of weighting absences to ensure a prevalence of 0.5 prior to model calibration; the effect of limiting absences beyond the environmental envelope defined by presences; four different methods for incorporating spatial autocorrelation; and finally, the effect of integrating predictor interactions. Results allowed to specifically enhance the GRASP tool (Generalized Regression Analysis and Spatial Predictions) that now incorporates new selection methods and the possibility of dealing with interactions among predictors as well as spatial autocorrelation. The contribution of different sources of remotely sensed information to species distribution models was also assessed. The second paper (to be submitted) explores the combined effects of sample size and data post-stratification on the accuracy of models using data on grassland distribution across Switzerland collected within the framework of the Landspot project and supplemented with other important vegetation databases. For the stratification of the data, different spatial frameworks were compared. In particular, environmental stratification by Swiss Environmental Domains was compared to geographical stratification either by biogeographic regions or political states (cantons). The third paper (to be submitted) assesses the contribution of pre- modelled vegetation communities to the modelling of fauna. It is a two-steps approach that combines the disciplines of community ecology and spatial ecology and integrates their corresponding concepts of habitat. First are modelled vegetation communities per se and then these 'habitat' units are used in order to model animal species habitat. A case study is presented with grassland communities and butterfly species. Different ways of integrating vegetation information in the models of butterfly distribution were also evaluated. Finally, a glimpse to climate change is given in the fourth paper, recently published in Ecological Modelling. This paper proposes a conceptual framework for analysing range shifts, namely a catalogue of the possible patterns of change in the distribution of a species along elevational or other environmental gradients and an improved quantitative methodology to identify and objectively describe these patterns. The methodology was developed using data from the Swiss national common breeding bird survey and the article presents results concerning the observed shifts in the elevational distribution of breeding birds in Switzerland.The overall objective of this thesis is to improve species distribution models as potential inputs for different conservation tools (e.g. red lists, ecological networks, risk assessment of the spread of invasive species, vulnerability assessment in the context of climate change). While no conservation issues or tools are directly tested in this thesis, the importance of the proposed improvements made in species distribution modelling is discussed in the context of the selection of reserve networks.RESUMELes modèles de distribution d'espèces (SDMs) représentent aujourd'hui un outil essentiel dans les domaines de recherche de l'écologie et de la biologie de la conservation. En combinant les observations de la présence des espèces ou de leur abondance avec des informations sur les caractéristiques environnementales des sites d'observation, ces modèles peuvent fournir des informations sur l'écologie des espèces, prédire leur distribution à travers le paysage ou l'extrapoler dans l'espace et le temps. Le déploiement des SDMs, soutenu par les systèmes d'information géographique (SIG), les nouveaux développements dans les modèles statistiques, ainsi que la constante augmentation des capacités de calcul, a révolutionné la façon dont les écologistes peuvent comprendre la distribution des espèces dans leur environnement. Les SDMs ont apporté l'outil qui permet de décrire la niche réalisée des espèces dans un espace environnemental multivarié et prédire leur distribution spatiale. Les prédictions, sous forme de carte probabilistes montrant la distribution potentielle de l'espèce, sont un moyen irremplaçable d'informer chaque unité du territoire de sa biodiversité potentielle. Les SDMs et les prédictions spatiales correspondantes peuvent être utilisés pour planifier des mesures de conservation pour des espèces particulières, pour concevoir des plans d'échantillonnage, pour évaluer les risques liés à la propagation d'espèces envahissantes, pour choisir l'emplacement de réserves et les mettre en réseau, et finalement, pour prévoir les changements de répartition en fonction de scénarios de changement climatique et/ou d'utilisation du sol. En évaluant l'effet de plusieurs facteurs sur la performance des modèles et sur la précision des prédictions spatiales, cette thèse vise à améliorer les techniques et les données disponibles pour la modélisation de la distribution des espèces et à fournir la meilleure information possible aux gestionnaires pour appuyer leurs décisions et leurs plans d'action pour la conservation de la biodiversité en Suisse et au-delà. Plusieurs programmes de surveillance ont été mis en place de l'échelle nationale à l'échelle globale, et différentes sources de données sont désormais disponibles pour les chercheurs qui veulent modéliser la distribution des espèces. Toutefois, en raison du manque de moyens, les données sont souvent collectées à une résolution inappropriée, sont échantillonnées sur des zones limitées, ne sont pas spatialement explicites ou ne fournissent pas une information écologique suffisante. Un exemple typique est fourni par les données sur 'l'habitat' (sensu biota). Même s'il s'agit d'une information essentielle pour des mesures de conservation efficaces, elle est souvent approximée par l'utilisation du sol, l'information qui s'en approche le plus. En outre, les données ne sont souvent pas échantillonnées selon un plan d'échantillonnage établi, ce qui biaise les échantillons et par conséquent les résultats de la modélisation. Comprendre les sources de variabilité liées aux différentes phases du processus de modélisation s'avère crucial afin d'évaluer l'utilisation des cartes de distribution prédites à des fins de conservation.La recherche présentée dans cette thèse a été essentiellement menée dans le cadre du projet Landspot, un projet soutenu par le Fond National Suisse pour la Recherche. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer la contribution d'unités 'd'habitat' pré-modélisées pour modéliser la répartition des espèces animales, notamment de papillons, à travers la Suisse. Tout en poursuivant cet objectif, différents aspects touchant à la qualité des données, au plan d'échantillonnage et au processus de modélisation sont abordés et améliorés, et leurs implications pour la conservation des espèces discutées. Les principaux 'habitats' considérés dans cette thèse sont des communautés de prairie et de forêt d'origine naturelle et anthropique telles que définies dans la typologie des habitats de Suisse. Ces communautés sont principalement définies au niveau phytosociologique de l'alliance. Pour l'instant aucune carte de la distribution de ces communautés n'est disponible à l'échelle nationale et à résolution fine. Dans un premier temps, il a donc été nécessaire de créer des modèles de distribution de ces communautés à travers la Suisse et par conséquent de recueillir les données nécessaires. Afin d'atteindre ce premier objectif, plusieurs nouveaux développements ont été nécessaires, tels que la définition de modèles experts, la classification du territoire suisse en domaines environnementaux, la conception d'un échantillonnage environnementalement stratifié des unités de végétation cibles dans toute la Suisse, la création d'une base de données intégrant un système d'aide à la décision pour la classification des relevés, et le « downscaling » des données de couverture du sol de 100 m à 25 m de résolution. Les principales contributions de cette thèse à la discipline de la modélisation de la distribution d'espèces (SDM) sont rassemblées dans quatre articles scientifiques. Dans le premier article, publié dans le Journal of Biogeography, différentes questions liées au processus de modélisation sont étudiées en utilisant les données de l'inventaire forestier de l'Etat de Vaud. Tout d'abord sont évalués les effets de cinq méthodes de sélection pas-à-pas sur la performance, la stabilité et la parcimonie des modèles. Dans le même article sont également évalués: l'effet de la pondération des absences afin d'assurer une prévalence de 0.5 lors de la calibration du modèle; l'effet de limiter les absences au-delà de l'enveloppe définie par les présences; quatre méthodes différentes pour l'intégration de l'autocorrélation spatiale; et enfin, l'effet de l'intégration d'interactions entre facteurs. Les résultats présentés dans cet article ont permis d'améliorer l'outil GRASP qui intègre désonnais de nouvelles méthodes de sélection et la possibilité de traiter les interactions entre variables explicatives, ainsi que l'autocorrélation spatiale. La contribution de différentes sources de données issues de la télédétection a également été évaluée. Le deuxième article (en voie de soumission) explore les effets combinés de la taille de l'échantillon et de la post-stratification sur le la précision des modèles. Les données utilisées ici sont celles concernant la répartition des prairies de Suisse recueillies dans le cadre du projet Landspot et complétées par d'autres sources. Pour la stratification des données, différents cadres spatiaux ont été comparés. En particulier, la stratification environnementale par les domaines environnementaux de Suisse a été comparée à la stratification géographique par les régions biogéographiques ou par les cantons. Le troisième article (en voie de soumission) évalue la contribution de communautés végétales pré-modélisées à la modélisation de la faune. C'est une approche en deux étapes qui combine les disciplines de l'écologie des communautés et de l'écologie spatiale en intégrant leurs concepts de 'habitat' respectifs. Les communautés végétales sont modélisées d'abord, puis ces unités de 'habitat' sont utilisées pour modéliser les espèces animales. Une étude de cas est présentée avec des communautés prairiales et des espèces de papillons. Différentes façons d'intégrer l'information sur la végétation dans les modèles de répartition des papillons sont évaluées. Enfin, un clin d'oeil aux changements climatiques dans le dernier article, publié dans Ecological Modelling. Cet article propose un cadre conceptuel pour l'analyse des changements dans la distribution des espèces qui comprend notamment un catalogue des différentes formes possibles de changement le long d'un gradient d'élévation ou autre gradient environnemental, et une méthode quantitative améliorée pour identifier et décrire ces déplacements. Cette méthodologie a été développée en utilisant des données issues du monitoring des oiseaux nicheurs répandus et l'article présente les résultats concernant les déplacements observés dans la distribution altitudinale des oiseaux nicheurs en Suisse.L'objectif général de cette thèse est d'améliorer les modèles de distribution des espèces en tant que source d'information possible pour les différents outils de conservation (par exemple, listes rouges, réseaux écologiques, évaluation des risques de propagation d'espèces envahissantes, évaluation de la vulnérabilité des espèces dans le contexte de changement climatique). Bien que ces questions de conservation ne soient pas directement testées dans cette thèse, l'importance des améliorations proposées pour la modélisation de la distribution des espèces est discutée à la fin de ce travail dans le contexte de la sélection de réseaux de réserves.

Multivariate analyses of genotype x environment interaction of popcorn

The objectives of this work were to evaluate the genotype x environment (GxE) interaction for popcorn and to compare two multivariate analyses methods. Nine popcorn cultivars were sown on four dates one month apart during each of the agricultural years 1998/1999 and 1999/2000. The experiments were carried out using randomized block designs, with four replicates. The cv. Zélia contributed the least to the GxE interaction. The cv. Viçosa performed similarly to cv. Rosa-claro. Optimization of GxE was obtained for cv. CMS 42 for a favorable mega-environment, and for cv. CMS 43 for an unfavorable environment. Multivariate analysis supported the results from the method of Eberhart & Russell. The graphic analysis of the Additive Main effects and Multiplicative Interaction (AMMI) model was simple, allowing conclusions to be made about stability, genotypic performance, genetic divergence between cultivars, and the environments that optimize cultivar performance. The graphic analysis of the Genotype main effects and Genotype x Environment interaction (GGE) method added to AMMI information on environmental stratification, defining mega-environments and the cultivars that optimized performance in those mega-environments. Both methods are adequate to explain the genotype x environment interactions.

Key locations for soybean genotype assessment in Central Brazil

The objective of this work was to identify key locations for the establishment of soybean (Glycine max) genetic breeding programs, in the Central Region of Brazil. Grain yield data of three maturity groups of soybean genotypes, from regional trials conducted over three years, at 18 locations in Brazilian Cerrado were used. A key location for the early phases of the breeding program was defined as the site that best classifies the winning genotypes in the region. Key locations for the final phases were defined as those sites that best represent each environmental stratum, in relation to the adaptability of the respective winning genotype. This adaptability was estimated by additive main effects and multiplicative interaction (AMMI) model analysis, using the distance between the score of each location in a stratum and the score of the winning genotype, which characterizes such stratum in an AMMI biplot. The locations that best classified the winning genotypes over space and time were Mineiros, Placas and Rio Verde. For the final phases of genotype selection, with data from the three maturity group, the recommended locations were: Buritis, Chapadão do Céu, Iraí, Pamplona, Placas, Planaltina, Rio Verde, Sacramento, Senador Canedo, Uberaba, and Uberlândia.

Interação de genótipos de milho vs locais, anos e épocas de semeadura

Pós-graduação em Agronomia (Genética e Melhoramento de Plantas) - FCAV

Stratification by smoking status reveals an association of CHRNA5-A3-B4 genotype with body mass index in never smokers.

We previously used a single nucleotide polymorphism (SNP) in the CHRNA5-A3-B4 gene cluster associated with heaviness of smoking within smokers to confirm the causal effect of smoking in reducing body mass index (BMI) in a Mendelian randomisation analysis. While seeking to extend these findings in a larger sample we found that this SNP is associated with 0.74% lower body mass index (BMI) per minor allele in current smokers (95% CI -0.97 to -0.51, P = 2.00 × 10(-10)), but also unexpectedly found that it was associated with 0.35% higher BMI in never smokers (95% CI +0.18 to +0.52, P = 6.38 × 10(-5)). An interaction test confirmed that these estimates differed from each other (P = 4.95 × 10(-13)). This difference in effects suggests the variant influences BMI both via pathways unrelated to smoking, and via the weight-reducing effects of smoking. It would therefore be essentially undetectable in an unstratified genome-wide association study of BMI, given the opposite association with BMI in never and current smokers. This demonstrates that novel associations may be obscured by hidden population sub-structure. Stratification on well-characterized environmental factors known to impact on health outcomes may therefore reveal novel genetic associations.

Environmental changes in the aftermath of Neoproterozoic glaciations: a biogeochemical study of sediments from SW-Gondwana

Abstract The late Neoproterozoic or Ediacaran period, (635 to -543 Ma) is a primordial time in the Earth history corresponding to the beginning of animal life and the most extreme ice ages on Earth. In this dissertation, palaeoenvironmental conditions were reconstructed for Ediacaran, post-Gaskiers shelf deposits in SW- Gondwana and their changes were evaluated according to the diversity of organisms. The present study addresses the question of interactions between biodiversity and environmental change by using the elemental and isotopic geochemistry of sedimentary rocks and associated organic matter, as well as the distribution of hydrocarbon biomarkers. The studied sedimentary sequences are from a large basin extended from the Paraguay belt to the Rio de la Plata craton, including the Corumbâ Group in SW-Brazil (Paraguay belt), the Arroyo del Soldado Group in Uruguay and the Sierras Bayas Group in Argentina (both in the Rio de la Plata craton). Several geochemical signatures of the sediments from Corumbâ and Sierras Bayas groups provides evidence for an euxinic setting in the Ediacaran Ocean: 1) The occurrence of syngenetic pyrite in the Corumbâ Group together with hydrocarbon biomarkers of an anoxic microbial consortium including traces of gammacerane, a distribution of hopanes with maxima at C29 as well as a low pristane/phytane (Pr/Ph) ratio; 2) the occurrence of 34S enrichments within sulfides of the Sierras Bayas Group exceeding the sulfur isotopic composition of coeval carbonate-associated sulfate. In the Arroyo del Soldado Group, an event of reducing conditions was revealed by higher concentrations of redox-sensitive trace elements and negative 513Ccar shifts in all sections. This event is extended to the whole unit in the deepest section and is restricted to tempestites in the two other shallow sections. The persistent negative. ôl3Ccar values recorded at the basinal setting implies strong isotopic gradient between shallow and deep water environments and therefore, a locus of deposition below the redox chemocline. In all studied sections, the excursions, the strong enrichment of authigenic trace-elements, the occurrence of longer chain «-alkanes, gammacerane and low Pr/Ph and Ph/>;-C]a ratios, combined with the previous sedimentological and paleontological observations indicate that the chemistry of the ocean was strongly controlled by the oxygen availability; waters being moderately oxic at the surface and anoxic at depth for much of the Neoproterozoic. This water column stratification was favourable to the storage of large amounts of nutrients in the deep ocean. During upwelling periods, the export of these nutrient-rich waters may have triggered an important bioproductivity in surface waters. Drops in Al3Cc,,.](Cr and positive ôl3Ccllr excursions highlight the increase in primary productivity. Preservation of organic carbon was ensured by reducing conditions at the bottom. The Al3ccar.kcr excursions could also reflect changes in the composition of the primary biomass. New geochemical evidence from SW-Gondwana sections supports a stratified Ediacaran ocean, outside restricted or hypersaline environments, in the aftermath of glaciations. The association of ocean stratification and the appearance of metazoans support the model that the evolution of eukaryotic life was related to the increase of oxygen levels in surface environments due to an efficient recycling of nutrients in the anoxic deep ocean. Résumé Le Néoprotérozoïque terminal, ou Édiacarien (635 à -543 Ma), est un période de première importance dans l'histoire de la Terre, car elle correspond a l'apparition des métazoaires pendant un intervalle de glaciations extrêmes. Le présent mémoire se propose de reconstituer les conditions paléoenvironnementales des dépôts de plateforme mis en place durant l'Édiacarien, au sud-ouest du Gondwana. Les interactions entre changements environnementaux et biodiversité sont évaluées en s'appuyant d'une part sur la composition élémentaire et isotopique des roches sédimentaires et de leur matière organique, et d'autre part sur la distribution moléculaire de biomarqueurs hydrocarbonés. Les séquences sédimentaires étudiées proviennent d'un grand bassin qui s'étend de la chaîne du Paraguay jusqu'au craton du Rio de la Plata. La séquence du Groupe Corumbâ au Sud Ouest du Brésil se situe dans la chaîne du Paraguay, tandis que le Groupe Arroyo del Soldado en Uruguay et le Groupe Sierras Bayas en Argentine sont situés sur le craton du Rio de la Plata. L'étude géochimique des sédiments des groupes Corumbâ et Sierras Bayas révèle de façon claire des conditions euxiniques dans l'océan édiacarien. On trouve ainsi, dans le Groupe Corumbâ, les biomarqueurs d'un cortège microbien anoxique et sulfurique comprenant des bactéries sulfato-réductrices, et dans les sulfures du Groupe Sierras Bayas, des enrichissements en Î4S excédant les rapports isotopiques du soufre dans le sulfate cogénétique associé aux carbonates. Dans la séquence de l'Arroyo del Soldado, un événement réducteur est mis en évidence par des teneurs plus élevées en éléments traces sensibles aux conditions redox et par des excursions négatives du 613Ccardans toutes les coupes. Cet événement affecte la totalité de la section la plus profonde et n'apparaît que dans les tempestites dans les sections les moins profondes. La persistance de valeurs négatives du ô13Ccarau large implique un gradient isotopique prononcé entre les environnements superficiels et profonds, et donc, ta présence d'une chémocline redox. Les excursions du. ôBCcar, l'enrichissement authigène en éléments traces, la présence de gammacérane et de rt-alcanes à longue chaîne, ainsi que de faibles rapports Pr/Ph et Ph/«-Cl8, viennent s'ajouter aux observations préliminaires sur la sédimentologie et la paléontologie pour indiquer que la chimie de l'océan était fortement contrôlée par la disponibilité d'oxygène, les eaux étant modérément oxiques à la surface et anoxiques en profondeur pendant la plus grande partie du Néoprotérozoïque. La stratification de la colonne d'eau était favorable au stockage de grandes quantités de nutriments dans l'océan profond. Dans les zones d'upwelling, la migration d'eaux profondes riches en nutriment vers la surface a pu provoquer une bioproductivité prononcée dans les eaux de surface. La conservation du carbone organique était assurée par les conditions anoxiques prévalant au fond. Les excursions du A13Ccar.kt.r pourraient aussi refléter des changements dans la biomasse primaire. Le présent travail apporte donc de nouvelles preuves qu'un océan stratifié s'est maintenu à la suite des glaciations néoprotérozoïques dans le Sud Ouest du Gondwana. L'association d'un océan stratifié et de l'apparition de la vie animale est en accord avec le modèle stipulant que l'évolution de la vie est associée à une meilleure oxygénation des environnements de surface. Résumé pour le grand public La période Ediacarienne (635 à -543 Ma) à la fin du Précambrien est l'une de plus énigmatiques dans l'histoire de la Terre, car elle est caractérisée par la diversification de la vie multicellulaire (eucaryote) pendant un intervalle de glaciations extrêmes. Dans ce travail de thèse, nous cherchons à déceler l'existence éventuelle d'un lien entre ces changements environnementaux et l'évolution de la vie eucaryote à travers une étude biogéochimique. La biogéochimie est l'étude des activités biologiques dans la géosphère, telles que celles intervenant dans les cycles des éléments chimiques (y compris les isotopes stables) et celles de production de composés carbonés caractérisant certains groups d'organismes ou taxons. La recherche des signatures paléoenvironnementales dans les roches précambriennes a été fortement facilitée par l'utilisation des biomarqueurs ou fossiles moléculaires. Ces composés, provenant des lipides biologiques (molécules avec des fonctions spécifiques dans les organismes), peuvent être reliés à des taxons spécifiques ou à des voies métaboliques. La transformation d'un biolipide en fossile moléculaire intervient lorsque des restes organiques déposés dans un substrat subissent un enfouissement et une augmentation de la pression (diagenèse). Ce processus mène à la formation de kérogène, un grand agrégat chimique de matière organique insoluble dans des solvants organiques, et de bitume ou fraction soluble (extractible) de la matière organique. L'analyse intégrée du kérogène et du bitume fournit des indications précieuses pour les reconstitutions paléoenvironnementales. Des conditions paléoenvironnementales ont ainsi été déterminées pour une plateforme marine Ediacarienne située dans la partie sud-américaine du bloc occidental du paléocontinent Gondwana. Les séquences sédimentaires étudiées appartiennent au même bassin qui s'étend de la ceinture du Paraguay (Groupe Corumbâ, Brésil) au craton du Rio de la Plata (Groupes Arroyo del Soldado, Uruguay et Sierras Bayas, Argentina). Nous nous sommes intéressés aux isotopes stables de carbonates et de la matière organique associée (kérogène et bitume), aux éléments majeurs et traces, ainsi qu'aux biomarqueurs caractérisant ces roches. Les résultats de cette dissertation suggèrent qu'au cours de l'Édiacarien, suite aux glaciations néoprotérozoïques dans le bloc occidental du Gondwana, l'océan était stratifié en zones spécifiques d'eaux riches en sulfures et dépourvues d'oxygène (euxiniques). L'association d'un océan stratifié et de l'apparition de la vie animale est en accord avec le modèle stipulant que l'évolution de la vie est associée à une meilleure oxygénation des environnements de surface. Les excursions isotopiques (tendance à des valeurs positives ou négatives) en constante fluctuation pour le carbone et très positives pour le soufre des sulfures, l'enrichissement en éléments trace et la présence de certains composés (e.g. gammacerane; Pr/Ph et Ph/«-Ci8 en basse proportion) conjugués aux observations sédimentologiques et paléontologiques des différents profils étudiés indiquent que la chimie de l'océan était fortement contrôlée par la disponibilité d'oxygène, avec des eaux modérément oxygénées en surface et euxiniques en profondeur pour la plupart du Néoprotérozoïque.

The environmental roots of non-communicable diseases (NCDs) and the epigenetic impacts of globalization

BACKGROUND: Non-communicable diseases (NCDs) are increasing worldwide. We hypothesize that environmental factors (including social adversity, diet, lack of physical activity and pollution) can become "embedded" in the biology of humans. We also hypothesize that the "embedding" partly occurs because of epigenetic changes, i.e., durable changes in gene expression patterns. Our concern is that once such factors have a foundation in human biology, they can affect human health (including NCDs) over a long period of time and across generations. OBJECTIVES: To analyze how worldwide changes in movements of goods, persons and lifestyles (globalization) may affect the "epigenetic landscape" of populations and through this have an impact on NCDs. We provide examples of such changes and effects by discussing the potential epigenetic impact of socio-economic status, migration, and diet, as well as the impact of environmental factors influencing trends in age at puberty. DISCUSSION: The study of durable changes in epigenetic patterns has the potential to influence policy and practice; for example, by enabling stratification of populations into those who could particularly benefit from early interventions to prevent NCDs, or by demonstrating mechanisms through which environmental factors influence disease risk, thus providing compelling evidence for policy makers, companies and the civil society at large. The current debate on the '25 × 25 strategy', a goal of 25% reduction in relative mortality from NCDs by 2025, makes the proposed approach even more timely. CONCLUSIONS: Epigenetic modifications related to globalization may crucially contribute to explain current and future patterns of NCDs, and thus deserve attention from environmental researchers, public health experts, policy makers, and concerned citizens.

Dependence of anuran diversity on environmental descriptors in farmland ponds

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Lipid analytic of environmental and cultural samples

Membrane lipids of marine planktonic archaea have provided unique insights into archaeal ecology and paleoceanography. However, past studies of archaeal lipids in suspended particulate matter (SPM) and sediments mainly focused on a small class of fully saturated glycerol dibiphytanyl glycerol tetraether (GDGT) homologues identified decades ago. The apparent low structural diversity of GDGTs is in strong contrast to the high diversity of metabolism and taxonomy among planktonic archaea. Furthermore, adaptation of archaeal lipids in the deep ocean remains poorly constrained. We report the archaeal lipidome in SPM from diverse oceanic regimes. We extend the known inventory of planktonic archaeal lipids to include numerous unsaturated archaeal ether lipids (uns-AELs). We further reveal i) different thermal regulations and polar headgroup compositions of membrane lipids between the epipelagic (<= 100 m) and deep (> 100 m) populations of archaea; ii) stratification of unsaturated GDGTs with varying redox conditions; and iii) enrichment of tetra-unsaturated archaeol and fully saturated GDGTs in epipelagic and deep oxygenated waters, respectively. Such stratified lipid patterns are consistent with the typical distribution of archaeal phylotypes in marine environments. We thus provide an ecological context for GDGT-based paleoclimatology and bring about the potential use of uns-AELs as biomarkers for planktonic Euryarchaeota. This article is protected by copyright. All rights reserved.

Optimizing PAT data transmission: assessing the accuracy of temperature summary data to estimate environmental conditions

Pop-up archival tags (PAT) provide summary and high-resolution time series data at predefined temporal intervals. The limited battery capabilities of PATs often restrict the transmission success and thus temporal coverage of both data products. While summary data are usually less affected by this problem, as a result of its lower size, it might be less informative. We here investigate the accuracy and feasibility of using temperature at depth summary data provided by PATs to describe encountered oceanographic conditions. Interpolated temperature at depth summary data was found to provide accurate estimates of three major thermal water column structure indicators: thermocline depth, stratification and ocean heat content. Such indicators are useful for the interpretation of the tagged animal's horizontal and vertical behaviour. The accuracy of these indicators was found to be particularly sensitive to the number of data points available in the first 100 m, which in turn depends on the vertical behaviour of the tagged animal. Based on our results, we recommend the use of temperature at depth summary data as opposed to temperature time series data for PAT studies; doing so during the tag programming will help to maximize the amount of transmitted time series data for other key data types such as light levels and depth.

Long-term Prospects For The Environmental Profile Of Advanced Sugar Cane Ethanol.

This work assessed the environmental impacts of the production and use of 1 MJ of hydrous ethanol (E100) in Brazil in prospective scenarios (2020-2030), considering the deployment of technologies currently under development and better agricultural practices. The life cycle assessment technique was employed using the CML method for the life cycle impact assessment and the Monte Carlo method for the uncertainty analysis. Abiotic depletion, global warming, human toxicity, ecotoxicity, photochemical oxidation, acidification, and eutrophication were the environmental impacts categories analyzed. Results indicate that the proposed improvements (especially no-til farming-scenarios s2 and s4) would lead to environmental benefits in prospective scenarios compared to the current ethanol production (scenario s0). Combined first and second generation ethanol production (scenarios s3 and s4) would require less agricultural land but would not perform better than the projected first generation ethanol, although the uncertainties are relatively high. The best use of 1 ha of sugar cane was also assessed, considering the displacement of the conventional products by ethanol and electricity. No-til practices combined with the production of first generation ethanol and electricity (scenario s2) would lead to the largest mitigation effects for global warming and abiotic depletion. For the remaining categories, emissions would not be mitigated with the utilization of the sugar cane products. However, this conclusion is sensitive to the displaced electricity sources.

Genetic Diversity Of Giardia Duodenalis: Multilocus Genotyping Reveals Zoonotic Potential Between Clinical And Environmental Sources In A Metropolitan Region Of Brazil.

Giardia duodenalis is a flagellate protozoan that parasitizes humans and several other mammals. Protozoan contamination has been regularly documented at important environmental sites, although most of these studies were performed at the species level. There is a lack of studies that correlate environmental contamination and clinical infections in the same region. The aim of this study is to evaluate the genetic diversity of a set of clinical and environmental samples and to use the obtained data to characterize the genetic profile of the distribution of G. duodenalis and the potential for zoonotic transmission in a metropolitan region of Brazil. The genetic assemblages and subtypes of G. duodenalis isolates obtained from hospitals, a veterinary clinic, a day-care center and important environmental sites were determined via multilocus sequence-based genotyping using three unlinked gene loci. Cysts of Giardia were detected at all of the environmental sites. Mixed assemblages were detected in 25% of the total samples, and an elevated number of haplotypes was identified. The main haplotypes were shared among the groups, and new subtypes were identified at all loci. Ten multilocus genotypes were identified: 7 for assemblage A and 3 for assemblage B. There is persistent G. duodenalis contamination at important environmental sites in the city. The identified mixed assemblages likely represent mixed infections, suggesting high endemicity of Giardia in these hosts. Most Giardia isolates obtained in this study displayed zoonotic potential. The high degree of genetic diversity in the isolates obtained from both clinical and environmental samples suggests that multiple sources of infection are likely responsible for the detected contamination events. The finding that many multilocus genotypes (MLGs) and haplotypes are shared by different groups suggests that these sources of infection may be related and indicates that there is a notable risk of human infection caused by Giardia in this region.

Environmental Controls In The Water Use Patterns Of A Tropical Cloud Forest Tree Species, Drimys Brasiliensis (winteraceae).

Trees from tropical montane cloud forest (TMCF) display very dynamic patterns of water use. They are capable of downwards water transport towards the soil during leaf-wetting events, likely a consequence of foliar water uptake (FWU), as well as high rates of night-time transpiration (Enight) during drier nights. These two processes might represent important sources of water losses and gains to the plant, but little is known about the environmental factors controlling these water fluxes. We evaluated how contrasting atmospheric and soil water conditions control diurnal, nocturnal and seasonal dynamics of sap flow in Drimys brasiliensis (Miers), a common Neotropical cloud forest species. We monitored the seasonal variation of soil water content, micrometeorological conditions and sap flow of D. brasiliensis trees in the field during wet and dry seasons. We also conducted a greenhouse experiment exposing D. brasiliensis saplings under contrasting soil water conditions to deuterium-labelled fog water. We found that during the night D. brasiliensis possesses heightened stomatal sensitivity to soil drought and vapour pressure deficit, which reduces night-time water loss. Leaf-wetting events had a strong suppressive effect on tree transpiration (E). Foliar water uptake increased in magnitude with drier soil and during longer leaf-wetting events. The difference between diurnal and nocturnal stomatal behaviour in D. brasiliensis could be attributed to an optimization of carbon gain when leaves are dry, as well as minimization of nocturnal water loss. The leaf-wetting events on the other hand seem important to D. brasiliensis water balance, especially during soil droughts, both by suppressing tree transpiration (E) and as a small additional water supply through FWU. Our results suggest that decreases in leaf-wetting events in TMCF might increase D. brasiliensis water loss and decrease its water gains, which could compromise its ecophysiological performance and survival during dry periods.

Trends and strategies of ozone application in environmental problems

Efforts presented by the scientific community in recent years towards the development of numerous green chemical processes and wastewater treatment technologies are presented and discussed. In the light of these approaches, environmentally friendly technologies, as well as the key role played by the well-known advanced oxidation processes, are discussed, giving special attention to the ones comprising ozone applications. Fundamentals and applied aspects dealing with ozone technology and its application are also presented.