No description available.

El bosque tropical seco es uno de los biomas más ricos en biodiversidad y a la vez el sistema forestal más amenazado del planeta. Tras la masiva transformación de estos bosques en sistemas silvo-pastoriles para uso ganadero, muy pocas son las especies forestales que consiguen colonizar y persistir en estos nuevos ambientes. Mejorar el conocimiento del efecto de los principales impactos resultantes de esta transformación puede ayudar a mejorar la gestión actual del sistema y a proponer alternativas de manejo, ecológicamente razonables, encaminadas a la recuperación forestal. Esta tesis tiene por objetivo investigar qué papel juegan el cambio en el régimen de perturbaciones y en el conjunto de interacciones bióticas sobre el éxito colonizador de Acacia pennatula, una especie común en sistemas silvo-pastoriles de toda Mesoamérica. En el primer capítulo se investiga su capacidad de persistencia por rebrote tras perturbaciones de diversa intensidad (corte y fuego) aplicadas antes y después de la época seca y de manera repetida. Los resultados muestran que los individuos quemados sobreviven y rebrotan menos que los cortados y que al final de la estación seca es más difícil la recuperación, probablemente por la falta de recursos (N y especialmente P) almacenados en la raíz principal. En el segundo capítulo se estudia el papel que puede jugar el ganado como agente dispersor de semillas y la posible interacción entre la endozoocória y el fuego como factores desencadenantes de la germinación. El ganado es un eficaz agente dispersor de las semillas de diversas especies forestales, no obstante el paso por el tracto digestivo no estimuló la germinación de las especies testadas a diferencia del fuego el cual de manera general liberó las semillas de su latencia. En el tercer capítulo se investiga la variación en los mecanismos de defensa de semillas ante la depredación pre-dispersiva por parte de insectos (Bruchidae) a lo largo del rango de distribución altitudinal de A. pennatula. El saciado del predador mediante producciones masivas de frutos y el aborto de semillas que aumenta la mortalidad de las larvas, son mecanismos de defensa que actúan simultáneamente aunque su contribución relativa varía a lo largo del gradiente. En el cuarto capítulo se explora el rol que los frugívoros pueden tener controlando las poblaciones de insectos depredadores de semillas. La presencia de frugívoros reduce la proporción de semillas depredadas e incluso podría promover la coexistencia de varias especies de depredadores sobre la misma planta huésped. En el quinto se estudia el potencial de interferencia alelopática de A. pennatula sobre otras especies competidoras. Esta especie muestra indicios de interferir el desarrollo de las raíces de las plántulas que se establecen bajo su copa poniendo así en duda su capacidad de nucleación de la sucesión tras un eventual abandono de los sistemas silvo-pastoriles en los cuales es dominante. En conjunto A. pennatula es capaz de colonizar y persistir tras la transformación del bosque tropical seco gracias a: i) es eficazmente dispersada por el ganado y germina rápidamente tras el fuego en los pastos, ii) persiste tras perturbaciones repetidas (corte y fuego) mediante sucesivos rebrotes, iii) tiene mecanismos de defensa eficaces ante la depredación pre-dispersiva de sus semillas y es favorecida por la aptitud frugívora del ganado, y iv) es capaz de invadir los pastos e interferir alelopáticamente el establecimiento de plántulas bajo su copa. En la última sección de la presente tesis se proponen diversas alternativas de manejo para mejorar la gestión actual de los sistemas silvo-pastoriles en los cuales esta especie es dominante, y a fin de promover la recuperación forestal y el valor de conservación de la biodiversidad de los mismos. / Tropical Dry Forest (TDF) is one of the most biodiversity-rich biome and the most threatened forest ecosystem of the world. After the pervasive transformation of these forests into wooded rangelands, there are very few species able to colonize and to persist in this new environment. Improving the knowledge of the major impacts resulting from this land-use change may aid the current management practices and may provide ecologically sound alternatives aimed to the forest recovery. The general objective of this thesis is then to investigate the role played by the new disturbance regime and biotic interactions in colonization and persistence of Acacia pennatula, a tree species common in wooded rangelands throughout Mesoamerica. In the first chapter it is investigated its ability to resprout after disturbances (clipping and fire) applied before and after the dry season and repeatedly. The results show that those individuals burned had lower survival and resprouting vigor than those individuals only clipped. Additionally, recovering from a disturbance applied after the dry season was more difficult, and this was likely due to the lack of resources (N and especially P) stored in the main root. In the second chapter it is studied the role that cattle may play as a seed dispersal agent and the potential interaction between endozoochory and fire as triggers of germination. Cattle is currently an effective dispersal agent of several forest species, however, gut passage did not stimulate germination unlike fire which generally broke seeds’ physical dormancy. In the third chapter it is investigated the variation in seed defense mechanisms against pre-dispersal seed predators by insects (Bruchidae) along the altitudinal range of A. pennatula. Predator satiation by means of massive fruit crops and seed abortion which increases larval mortality, are both defense mechanisms that act simultaneously although its relative contribution vary along the altitudinal gradient. In the fourth chapter it is examined the role that frugivores may have in controlling seed predator populations. Frugivores reduced the proportion of seeds preyed upon by seed beetles and the results suggest that frugivores may promote coexistence of different predator species on the same plant host. In the fifth chapter it is studied the allelopathic interference of A. pennatula over other competitor species. The results show that this species may impair seedling establishment under its canopy by reducing root development. This warns about the ability of this species as a succession nuclei after an eventual abandonment of the wooded rangelands in which dominate. Overall, A. pennatula is able to colonize and to persist after TDF transformation thanks to: i) is effectively dispersed by cattle and germinate after pasture fires, ii) persists after repeated disturbances by successive resprouting, iii) has defense mechanisms against pre-dispersal seed predation and moreover is favored by cattle frugivory, and iv) is able to encroach pastures impairing seedling establishment under its canopy by means of an allelopathic interference. In the last section management proposals are provided in order to ameliorate current practices and to promote forest recovery in those wooded rangelands in which this species dominate.

Los parasitoides (Hymenoptera Parasitica) son unos de los grupos más diversos y abundantes de insectos y juegan un papel importante en la lucha biológica contra las plagas en los cultivos agrícolas. El estudio se centró en un cultivo ecológico de cítricos, los cuales suelen beneficiar a la comunidad de estos parasitoides, y con ello, quizás, se mejora su acción reguladora de los insectos plaga. Los pulgones son uno de los grupos de insectos fitófagos más importantes en los cultivos de cítricos y son controlados por diferentes grupos de insectos incluidos los himenópteros. Por consiguiente, este estudio tiene como objetivo principal conocer la dinámica de los Hymenoptera Parasitica y su acción sobre las poblaciones de pulgones en un cultivo ecológico de cítricos en Tarragona, llevado a cabo a lo largo de cinco años, cuyos objetivos específicos son: (I) Conocer la abundancia y la diversidad de los parasitoides de un cultivo ecológico de cítricos; (II) Establecer el efecto de la exclusión de hormigas en los mismos y determinar las relaciones entre los pulgones, los parasitoides y las hormigas habituales de los cítricos; (III) Analizar la dinámica del sistema planta-pulgón-parasitoide-hormiga en la vegetación asociada al cultivo. Nuestros resultados muestran que los cultivos de cítricos acogen una elevada diversidad de parasitoides, siendo las más importantes los Chalcidoidea (familias Pteromalidae, Encyrtidae y Eulophidae), los Platygastroidea (Familia Scelionidae) y los Ichneumonoidea (familia Braconidae). No obstante, la mayor parte de esta diversidad está probablemente asociada con otros grupo de insectos (dípteros y lepidópteros, principalmente) que viven a expensas de otras plantas habituales en el cultivo. Por otro lado, la tasa de parasitismo sobre los pulgones fue muy baja, posiblemente debido tanto a la presencia de hiperparasitoides, como a la actuación de los depredadores y las hormigas; por consiguiente, se puede deducir que los parasitoides no son determinantes en el control biológico de pulgones en cítricos ecológicos. También, este trabajo ha tenido presente, la actuación de las hormigas contrastando en todos los estudios de esta tesis, su actividad libre con su exclusión experimental. Los resultados obtenidos muestran un cambio progresivo en la comunidad a lo largo de los cinco años analizados, con un incremento gradual de los parasitoides en los árboles control (respecto de la exclusión) pero sin llegar a valores significativos. No resulta, por tanto claro, que la presencia de hormigas altere las relaciones de parasitación que este grupo de himenópteros establece con los pulgones. Un análisis de la estructura planta-pulgón-parasitoide-hormiga, desarrollado sobre la vegetación asociada al cultivo de cítricos, muestra que las plantas acompañantes no parecen ser un reservorio importante de pulgones de los cítricos. / Parasitic Hymenoptera are one of the most diverse and abundant groups of insects and play an important role in biological control of pests in agricultural crops. The study focused on organic citrus groves, that normally benefit the community of these parasitoids, and, likely, they regulatory effect on insect pests. Aphids are among the most important phytophagous insects on citrus groves, and are controlled by different groups of insects including Hymenoptera. Therefore, this study has the main objective of knowing better the dynamics of the Hymenoptera parasitica and their action on aphid populations in organic citrus grove (Tarragona), during five years. The specific objectives were (I) Knowing the abundance and diversity of parasitoids of citrus organically grown, (II) establish the effect of excluding ants on them and determine the relationships between aphids and ants parasitoids of citrus usual; (III) To analyze the dynamics of the plant-aphid-parasitoid-ant associated with green vegetation. Our findings showed a high diversity of parasitoids in the citrus grove, the groups most important were Chalcidoidea (families Pteromalidae, Encyrtidae and Eulophidae), the Platygastroidea (Family Scelionidae) and Ichneumonoidea (family Braconidae). However, this diversity is probably associated with another group of insects (mainly Diptera and Lepidoptera) living at the expense of other plants common in the field study. Furthermore, the rate of parasitism on aphids was very low, possibly because of the presence of hyperparasitoids, and role of predators and ants, therefore, the data obtained in the study suggests that the parasitoids are not decisive in the biological control of aphids. Also, we found that the action of ants on the community of parasitoids in control and ant-excluded trees. Our findings showed a sudden increase change in the abundance of parasitoids over the five years, but no significant differences between control and ant-excluded trees. It is not clear that the presence of ants altered the relations of parasitism of this group of Hymenoptera has on aphids. The analysis of plant-aphid-parasitoid-ant relationships in the associated plants showed that the associated vegetation was not an important reservoir of citrus aphids.

Les flors emeten compostos orgànics volàtils (VOCs) per tal d’atreure pol·linitzadors i estimular la fecundació creuada. Alguns volàtils florals però juguen altres funcions, com ara la defensa contra els herbívors. Aquesta dualitat de rols que tenen les olors florals les converteix en complexes mescles de compostos amb múltiples efectes sobre diferents organismes. La complexitat de comprendre i caracteritzar les emissions florals augmenta quan considerem que són variables en el temps i l’espai. A aquestes fonts de variabilitat cal afegir diversos factors ambientals biòtics i abiòtics que modifiquen les emissions de COVs florals de diverses maneres. L’objectiu principal d’aquesta tesi és esclarir quins són els factors que determinen les emissions florals de volàtils, i veure de quina manera les afecten a elles i a les seves funcions ecològiques. En el primer capítol de la tesi hem revisat el coneixement actual sobre les emissions florals de VOCs i hem identificat les qüestions que necessitaven ser investigades en aquest camp de recerca. Les emissions florals estan determinades en primer lloc per la diversitat de compostos que les espècies són capaces de produir, els seu potencial biosintètic i la seva capacitat d’emissió, que estan fortament lligades a la biologia de l’espècie. Hem testat i demostrat que les plantes pol·linitzades per insectes solen presentar major diversitat de volàtils florals i emeten una major quantitat d’aquests que les plantes pol·linitzades pel vent, que no necessiten volàtils florals per funcions d’atracció. Hem testat si els patrons estacionals de disminució de la competència que ocorren cada any entre plantes d’una mateixa comunitat vegetal han donat lloc a la selecció d’un patró de disminució de les emissions i les recompenses florals al llarg del període de floració de cada espècie. També hem observat que les plantes adapten la seva fisiologia per optimitzar les seves emissions florals sota les condicions climàtiques de la seva època de floració. Les emissions florals de COVs es veuen afectades per factors ambientals al nivell d’organisme o de teixit. Hi ha diversos estats fisiològics de la planta que poden modificar substancialment la composició i la quantitat de les emissions florals de COVs. Els nostres experiments han demostrat que la microbiota floral pot jugar un rol crucial sobre la quantitat i composició de les emissions florals de COVs. També hem mostrat que l’herbivoria de flors per part d’erugues de Pieris brassicae sobre plantes de Diplotaxis erucoides indueixen augments immediats de les emissions de compostos amb funcions defensives. A més, l’herbivoria de flors i fulles combinada va mostrar un efecte sinèrgic que augmenta la resposta defensiva. La recerca sobre els canvis que poden experimentar les emissions florals en resposta a diversos agents del Canvi Global són de gran interès degut als diversos efectes que aquests canvis poden tenir sobre les interaccions que s’estableixen mitjançant els COVs florals. Els nostres resultats revelen que els augments de temperatura previstos per al segle següent deguts a l’Escalfament Global poden conduir a augments significatius de les emissions totals de COVs i també a canvis importants en la composició relativa de les olors florals. També hem observat que l’ozó causa una degradació significativa dels compostos florals i provoca canvis en la composició relativa de les olors. Els testos de resposta indiquen que els canvis observats en les olors florals exposades a ozó resulten en la pèrdua de l’atracció de pol·linitzadors. Aquesta tesi proporciona una nova visió sobre els factors que determinen les emissions florals de volàtils i les seves repercussions sobre les interaccions planta-pol·linitzador, i garanteix una major consideració dels factors biòtics i abiòtics que afecten la química i l’ecologia de les olors florals en un ambient contínuament canviant. / Flowers emit volatile organic compounds (VOCs) to attract pollinators and stimulate reproductive outcrossing. Some floral volatiles can play roles other than attraction, such as defense against herbivores. This duality of roles of flower emissions converts floral scents into complex mixtures of compounds with multiple effects on different organisms. The complexity of understanding and characterising floral emissions increases when considering that they are variable in time and space. To all these sources of variability we can add diverse biotic and abiotic environmental factors that modify floral VOC emissions in many different ways. The main objective of this thesis was to shed light on which are the factors that determine floral volatile emissions, and how do they affect these emissions and their ecological functions. In the first chapter of this thesis we reviewed the current knowledge on floral VOC emissions. We identified the open questions that still needed to be addressed or investigated in more detail in the research field of floral VOC emissions. Floral emissions are first determined by the array of compounds that the species are able to produce and their potential biosynthetic and emission capacities, which are strongly related to the species biology. We tested and demonstrated that flowering plants pollinated by insects usually present higher diversities of floral volatiles and emit higher amounts of them, than do plants pollinated by wind which do not need floral volatiles for attractive purposes. We tested whether well-known seasonal patterns of decreasing competition occurring every year in a community among co-flowering plants for pollinators led to the selection of a pattern of decreasing emission of floral volatiles and decreasing production of floral rewards along the flowering period of each species. We also observed that plants adapt their physiology to optimize their floral emissions under the climatic conditions of the flowering period. Floral VOC emissions of the species are affected by environmental factors at the individual (organism) or tissular level. There are diverse physiological states of the plant that can substantially modify the emission profiles and amounts of floral VOCs. Our experiments demonstrated that floral microbiota can play a crucial role in the quantity and quality of floral VOC emissions. We also showed that flower herbivory by Pieris brassicae caterpillars on Diplotaxis erucoides plants induced immediate increases in floral emission rates of few compounds with known defensive functions. Leaf herbivory caused no changes in the emissions of intact flowers, but the combination of leaf herbivory with flower herbivory showed a synergistic effect with enhanced defensive response. The research on the potential changes that floral emissions could experience in response to diverse drivers of Global Change are of critical interest because of the diverse effects that such changes can have on the interactions that floral VOCs mediate. Our results revealed that temperature increases as those predicted for the next century as a result of Global Warming can lead to significant total increases in floral VOC emissions and also to important changes in floral scent relative composition. We also detected that ozone caused significant degradation of floral compounds and changes in their relative composition. Behavioural tests indicated that all the changes observed in floral chemical cues when exposed to ozone resulted in the loss of attraction effect on pollinators. This thesis thus provides new insights on the factors that determine floral volatile emissions and their repercussions on plant-pollinator interactions and warrant deep consideration of both biotic and abiotic factors driving floral scent chemistry and floral scent ecology in a continuously changing environment.

Les interaccions planta-pol·linitzador són un component essencial de la biodiversitat i la funció ecològica dels ecosistemes terrestres. Un dels principals objectius de l'ecologia de la pol·linització és descriure aquestes interaccions i comprendre els factors subjacents a la seva estructura. En aquesta tesi doctoral es presenten els resultats dels estudis duts a terme durant tres anys en una comunitat mediterrània de plantes i els seus insectes pol·linitzadors al parc natural del Garraf (NE Espanya). En el capítol 1 es van registrar les interaccions planta-pol·linitzador i es van mesurar diferents trets morfològics, fenològics i ecològics de les especies de plantes i pol·linitzadors en un intent d'establir quins d’aquest trets estructuren les relacions planta-pol·linitzador. Es van registrar 14.713 contactes entre les principals 23 espècies de plantes i 221 espècies de pol·linitzadors, que van representar 960 interaccions específiques. Trobem que un tret ecològic (densitat de flors) i un tret fenològic (temps de floració) de les plantes van ser els principals factors que expliquen les interaccions observades. Trets florals, com la restricció de la corol·la i el pol·len i la producció de nèctar per flor, van tenir un efecte menor. En el capítol 2 s’explora el paper d'un atribut floral diferent i complex, l’aroma floral, en l'estructuració de la variació temporal de les taxes de visites de pol·linitzadors en la mateixa comunitat. Trobem que les plantes que floreixen a principis de la temporada, en un moment en què les flors són més abundants però els pol·linitzadors són escassos, produeixen major quantitats de compostos volàtils que les plantes que floreixen més tard, quan els pol·linitzadors són molt més abundants en relació a les poques flors disponibles. Aquest és el primer estudi en el qual s'analitzen els patrons d'emissió de fragàncies florals a nivell comunitari. Finalment, al capítol 3 s'exploren amb més detall la importància d’aquestes fragàncies florals mitjançant un cas d’estudi realitzat en el Jardí Botànic i Ecològic de la Universitat de Bayreuth (Alemanya). En aquest estudi es va utilitzar una planta focal (la composta Cirsium arvense) i un dels seus pol·linitzadors principal (el sírfid Episyrphus balteatus). Mitjançant mesures de volàtils al laboratori, tècniques d’electroantenografia i bioassajos es va trobar que els senyals olfactius eren més importants que els senyals visuals com a atraients de E. balteatus cap a les inflorescències de C. arvense. / Plant-pollinator interactions are an essential component of biodiversity and ecological function in terrestrial ecosystems. One of the main objectives of pollination ecology is to describe these interactions and to understand the factors underlying their structure. In this PhD thesis we present the results of studies conducted over three years in a Mediterranean plant-pollinator community in the natural park of el Garraf (NE Spain). In chapter 1 we monitored plant-pollinator interactions and measured plant and pollinator traits in an attempt to establish the main drivers of plant-pollinator relationships. We recorded 14713 contacts between the main 23 plant species and 221 pollinator species, representing 960 specific interactions. We found that an ecological trait (flower density) and a phonological trait (flowering time) were the main factors explaining the observed interactions. Floral traits, such as corolla restrictiveness and pollen and nectar production per flower, had a lesser effect. In chapter 2 we explore the role of a different and complex floral attribute, floral scent, in structuring temporal variation in pollinator visitation rates in the same community. We found that plants blooming early in the season, at a time when flowers are most abundant but pollinators are scarce, produce larger amounts of volatiles than plants blooming later, when pollinators are plentiful for the few flowers available. This is the first study in which emission patterns are analysed at the community level. Floral fragrances are further explored in chapter 3, which describes a case study conducted at the Ecological Botanical Garden of the University of Bayreuth (Germany). This study involves a focal plant (the composite Cirsium arvense) and a focal pollinator (the syrphid fly Episyrphus balteatus), and uses laboratory volatile measurements, electroantennography techniques and biossays. We found that olfactory cues were more important than visual cues as attractants of E. balteatus to C. arvense inflorescences.

In this study the principal disturbance factors of the Empordà saltmarsh and their influence on water composition, and on plankton community structure and composition are analyzed. The importance of the turnover rate is emphasized, which is function of the disturbance factors, very different in origin, intensity and frequency. The influence of this disturbance factors on species composition, specially on the structuration of zooplankton community, has been analyzed. Based on the results of the multivariate analysis, a new measure is proposed, for evaluate the intensity of a determinate disturbance, in base of its effect on the community structure, independently of the nature of this disturbance. So we can determinate the negative effects from the flow regulation on the zooplankton community structure, that contrasts with the relative low effects of the insecticide applications, when are applicated at the usual dose and frequency of treatment / En el present treball s’analitzen els principals factors pertorbadors de la Maresma dels Aiguamolls de L’Empordà i la seva influència sobre la composició de l’aigua i sobre l’estructura i composició de les comunitats planctòniques. Es destaca la importància de la taxa de renovació de l’aigua, la qual és funció de factors pertorbadors molt diferents en la seva intensitat, en la seva freqüència i en el seu origen. També es posa de manifest la incidència d’aquests factors pertorbadors sobre la composició específica i, especialment, sobre el grau d’estructuració de la comunitat de zooplàncton. A partir dels resultats de l’anàlisi multivariable es proposa una mesura per avaluar la intensitat d’una pertorbació determinada a partir del seu efecte sobre l’estructura de la comunitat, independentment de la naturalesa d’aquesta pertorbació. Això permet determinar l’efecte negatiu de la regulació de fluxos i, contràriament, la influència relativament baixa que tenen els tractaments amb els insecticides utilitzats, a les dosis i freqüències de tractament que s’utilitzen, sobre l’estructura de la comunitat de zooplàncton

L’estequiometria ecològica pretén explicar l’estil de vida dels organismes i l’estructura i funció dels ecosistemes en relació a les proporcions de C:N:P dels organismes i ecosistemes. Un dels paradigmes centrals de l’estequiometria ecològica és la “growth rate hypothesis” (GRH) que proposa que els organismes en fase de creixement han d’incrementar l’aportació de P al RNA per suplir l’elevada demanda de síntesi proteica necessària pel creixement. Baixes proporcions ambientals de N:P i en condicions no limitants, afavoreix les espècies amb creixements més ràpids, això podria llavors induir canvis a les comunitats. Recentment, les evidències d’aquestes relacions entre el medi abiòtic i les proporcions de C:N:P als organismes confereix a l’estequiometria ecològica un rol central a la recerca ecològica. La majora d’elements, especialment el C, N i P, els més estudiats en l’estequiometria ecològica, no actuen per ells mateixos sinó que formen part de compostos moleculars. L’acoblament de la metabolòmica a l’estequiometria ajuda a entendre la resposta dels organismes sota estressos biòtics i abiòtics així com també els processos ontogènics i fisiològics, i permet entendre l’assignació dels diferents nutrients a les diferents funcions fisiològiques. La metabolòmica permet l’anàlisi del metaboloma, el conjunt de metabòlits d’un organisme en un moment específic, i ha demostrat una alta sensibilitat en detectar els mecanismes fenotípics i les molècules clau que intervenen en les respostes dels organismes davant de canvis ambientals. Aquest mètode permet una bona exploració i examinació de la bioquímica de les mostres. En aquesta tesis hem realitzat una revisió de l’estat de l’art de l’estequiometria ecològica i la metabolòmica aplicada al camp de l’ecologia i fisiologia. Després, vam optimitzar un protocol de metabolòmica utilitzant RMN per posteriorment analitzar la metabolòmica i estequiometria en diferents espècies vegetals sota condicions experimentals de canvi climàtic i també de cianobacteris creixent sota condicions limitants de nutrients. Els nostres experiments han demostrat que les diferents condicions ambientals de les diferents estacions de l’any del clima mediterrani fan canviar el metaboloma de les plantes. Aquests canvis van també estar acompanyats per canvis estequiomètrics demostrant així la relació entre els canvis foliars de les proporcions de C:N:P:K amb els canvis metabolòmics. Per exemple, el bruc d’hivern va presentar concentracions majors de metabòlits relacionats amb el creixement com els sucres o els aminoacids durant la primavera, l’estació de creixement. Aquests increments en les concentracions d’aquests compostos van ser també acompanyats per proporcions foliars de N:P més baixes, tal i com tracta d’explicar la GRH. De totes maneres, la GRH no sembla complir-se del tot en grans arbres que presenten estructures de fusta que actuen de reservori de nutrients com en el cas de l’alzina. Les plantes Mediterrànies sota condicions de sequera, ja sigui experimental com condicions naturals a l’estiu, presenten alts nivells de compostos fenòlics amb acció antioxidant o osmorreguladors com els sucres o la colina. Aquests canvis, un cop més, van estar acompanyats per concentracions foliars de K més elevades per així evitar pèrdues d’aigua. També, la sequera sembla estimular l’activitat d’herbivorisme mitjançant el canvi metabolòmic de les plantes incrementant les concentracions de sucres i antioxidants. Això podria llavors tenir un impacte indirecte a les xarxes tròfiques. Els cianobacteris canvien el metabolisme sota condicions limitants de P i ferro (Fe). Les cèl·lules van canviar el metabolisme augmentant les vies anaeròbiques incrementant així les concentracions d’àcid làctic, entre altres canvis metabolòmics. El metabolisme anaeròbic produeix menys energia i redueix el creixement, això pot produir llavors canvis a la composició de les especies dels ecosistemes aquàtics i actuar en el control de la fixació del CO2 atmosfèric. Aquesta tesi ha ajudat a fer els primers passos de l’aplicació de la metabolòmica i l’estequiometria per a una major comprensió de les respostes dels organismes i els ecosistemes davant dels canvis ambientals. Els resultats el estudis realitzats mereixen i obren noves propostes per estudis futurs en la recerca ecometabolòmica. / Ecological stoichiometry aims to explain the organism life style and the ecosystem structure and function in relation to the environment and organism C:N:P ratios. One of the central paradigms of ecological stoichiometry is the growth rate hypothesis (GRH) proposing that growing organisms must increase their allocation of P to RNA to meet the elevated demands for the synthesis of proteins required for growth. Low ratios of environmental N:P under not limiting conditions favor species with very high rates of growth, which may induce shifts in species communities. Recently, the evidences of those relationships between the non-biotic media and organismic C:N:P ratios conferred to ecological stoichiometry a central role in ecological research. Most elements, especially C, N and P, the most studied elements in ecological stoichiometry, do not actuate as themselves but as molecular compounds. The coupling of metabolomics to stoichiometry studies help to understand the response of organisms under biotic and non-biotic stresses, and the ontogenetic and physiological processes, and to disentangle the allocation of different nutrients to the different physiological functions. Metabolomics aims to analyze the metabolome, the total set of metabolites of an organism in a specific moment and has demonstrated a great sensitivity in detecting the phenotypic mechanisms and key molecules underlying organism responses to environmental changes. This “holistic” method enables unbiased exploration and examination of sample molecular biochemistry. In this thesis we reviewed the state of the art of ecological stoichiometry and metabolomics applied to the field of ecology and physiology. After that, we optimized a NMR-based method for metabolomic analyses and conducted metabolomics and stoichiometric analyses in different wild plant species living in field plots under different climatic conditions and cyanobacteria growing under different nutrient deprivation. Our experiments showed that the different environmental conditions of the different seasons of the year in Mediterranean climate make plants to shift their metabolomes. These metabolomic shifts were also accompanied by stoichiometric changes demonstrating the relationship between the shifts of foliar C:N:P:K and the shifts of metabolomes. For example, Erica multiflora shrub presented higher foliar concentrations of metabolites related to growth such as sugars and amino acids in spring, the growing season. These increments in the concentrations of these compounds were accompanied by lower foliar N:P ratios as expected in the frame of the GRH. However the GRH does not seem to be totally fulfilled in big trees that present large wood structures that act as a reservoir of nutrients as in the case of Quercus ilex. Mediterranean plants under drought conditions (experimental or the natural drought conditions in summer) presented high levels of phenolic compounds with antioxidant function and osmoregulants such as sugars or choline. These shifts were also accompanied by higher levels of foliar K to prevent water losses. Drought seems also to stimulate the folivory activity by shifting the foliar metabolomes of plants by increasing foliar sugars and antioxidant concentrations. It could have thus a further indirect impact on trophic webs. Cyanobacetria changed their metabolism under P and iron (Fe) deprivation. Cells shifted from aerobic to anaerobic metabolism by increasing the cellular lactic acid concentrations among other metabolomic changes. The anaerobic metabolism produces less energy and reduces cell growth. This growth reduction may produce a further shift in species composition and biodiversity of communities in aquatic ecosystems and of controls of ecosystem production and CO2 sequestration. This thesis has thus helped to make the first steps in application of metabolomics and stocichiometry to better understand the responses of organisms and ecosystems to environmental changes. The results of the conducted studies warrant and open challenging prospects to further research in ecometabolomics.

Los picoeucariontes que, junto con los procariontes heterotróficos y fototróficos, forman el picoplancton, pueden constituir una parte importante de la biomasa del mismo e incluso de todo el sistema. Su contribución a la producción primaria del ecosistema es también muy significativa. Pero hasta el momento la diversidad de la fracción eucariótica que forma la comunidad picoplanctónica marina era muy desconocida.La identificación de la fracción eucariótica del picoplancton en comunidades naturales es a menudo una tarea difícil, debido a su similar morfología y pequeño tamaño (< 5 mm). Algunos de ellos pueden ser discriminados a nivel de Clase mediante microscopía electrónica o cromatografía líquida de alta resolución (HPLC), pero en la mayoría de los casos no es posible hacer una identificación a más bajos niveles taxonómicos. Por otro lado, solo un pequeño porcentaje de estas especies picoplanctónicas puede crecer en cultivo, y además no hay garantía de que estos organismos aislados en cultivo sean los dominantes en la comunidad natural.La aproximación por técnicas moleculares basadas en análisis filogenéticos de secuencias de rRNA tales como la clonación y secuenciación, y técnicas de fingerprinting como la Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) o la Terminal Restriction Fragemnt Length Polymorphism (T-RFLP), han sido una alternativa que nos ha permitido caracterizar con más detalle la diversidad del picoplancton eucariótico en muestras naturales de diferentes sistemas marinos. Se ha muestreado una gran variedad de sistemas, desde mar abierto a zonas costeras, gracias a diferentes campañas oceanográficas: Mar de Weddel-Scotia (campaña DOVETAIL; Paso Drake (campaña DHARMA); Atlántico Norte (campaña ACSOE-NAE); Mar de Alborán (campaña MATER´97, 98 y 99). En ellas se obtuvieron muestras que abarcaban tanto la variabilidad espacial como la variabilidad temporal de las comunidades del picoplancton eucariótico marino.Gracias a la realización de bibliotecas genéticas de algunas de estas muestras (pertenecientes a la Antártida, al Mar de Alborán y al Atlántico Norte), mediante secuenciación y comparación con el banco de datos, se obtuvo información acerca de la diversidad de los grupos filogenéticos presentes en estos diferentes ambientes. Los resultados mostraron una elevada diversidad filogenética incluyendo muchos grupos taxónomicos diferentes y miembros de grupos filogenéticos distantes. La mayoría de estos grupos taxónomicos se afiliaban a organismos conocidos del picoplancton eucariótico fototrófico como las prasinofíceas, que fueron las más representadas, así como también las primnesiofíceas. Otra fracción, menos frecuente, pudo afiliarse a grupos claramente heterotróficos tales como ciliados, algunas crisofíceas, cercomonadales y hongos. Pero también apareció otro elevado número de secuencias distintas a cualquier secuencia conocida y que correspondían a nuevos linajes tales como los nuevos estramenópilos y los nuevos alveolados. Estos nuevos linajes aparecieron ampliamente distribuidos tanto filogenética como geográficamente. Algunos de ellos pueden constituir una fracción importante de los microorganismos heterotróficos y jugar un papel crucial en la red trófica microbiana.Técnicas de fingerprinting como la DGGE y la T-RFLP, fueron usadas para el estudio en paralelo de la diversidad de picoeucariontes en estas muestras marinas. Gracias a la optimización de la DGGE usando cebadores específicos para amplificar un fragmento del gen rRNA 18S de eucariontes, se pudo estudiar la diversidad y variabilidad a gran escala, de una manera detallada, de las comunidades del picoplancton eucariótico marino presentes en muestras de la Antártida y del Mar de Alborán. Esto nos permitió observar cambios en su distribución y composición no sólo a lo largo de gradientes verticales, sino en relación con escalas espaciales y temporales. / Picoeukaryotes together with the heterotrophic and phototrophic prokaryotes, constitute the picoplankton. Picoeukaryotes can contribute an important part the picoplankton biomass and even to the total biomas of the system. Also, their contribution to the primary productivity of the ecosystem is very significant. However, very little is known about the diversity of the eukaryotic fraction of the marine picoplanktonic assemblages. The identification of picoeukaryotes in natural communities is difficult, principally due at their similar morphology and small size (< 5 mm). Some of them can be discriminated at the Class taxonomic level by electron microscopy or by HPLC pigment analyses, but most of them cannot be identified at lower taxonomic levels. Also, only a small percentage of the picoeukaryotes species grow in culture, and there is no guaranty that organisms currently available in pure culture are dominant in natural communities. The approximation with molecular techniques offers a promising alternative. The phylogenetic analyses of the rRNA sequences uses techniques such as cloning and sequencing, and/or fingerprinting techniques such as Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) and Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism (T-RFLP). With these techniques I have characterized the diversity of eukaryotic picoplankton in natural samples from different marine systems. A wide variety of systems had been sampled from coast to open sea in different oceanographic cruises: Weddel-Scotia Sea (cruise DOVETAIL); Drake Passage (cruise DHARMA); North Atlantic Ocean (cruise ACSOE-NAE); Alborán Sea (cruises MATER´97, 98 y 99). Samples to study spatial and temporal variability of the marine eukaryotic picoplankton were obtained in all these cruises.Five genetic libraries were generated (two from the Southern Ocean, two from the North Atlantic Ocean and one from the Alborán Sea). By sequencing and comparison with the database I obtained information about the diversity of the phylogenetic groups present in the different marine systems. Results showed a high phylogenetic diversity. Most of these taxonomic groups were affiliated with known phototrophic picoeukaryotes such as prasinophytes (the most frequently represented) and prymnesiophytes. Other clones could be assigned to the heterotropic organisms such as ciliates, some crysophytes, cercomonads and fungi. But a significant number of sequences in the libraries did not show a close affiliation with any know class of organisms and formed two novel lineages: novel stramenopiles and novel alveolates. These novel lineages were abundant and widely distributed. Some of them may account for a large fraction of the heterotrophic microorganisms in the sea and could play an important role in the marine food webs.Fingerprinting techniques such as DGGE and T-RFLP were used to study de diversity of picoeukaryotes in these same samples. With the optimization of DGGE by using specific primers to amplify the 18S rRNA from eukaryotes we studied diversity and variability of the marine eukaryotic picoplankton assemblages present in samples from the Southern Ocean and the Alborán Sea. With these studies we obtained information about changes in their distribution and composition along the vertical gradient but also at larger spatial and temporal scales.

Los tapones de corcho se utilizan desde hace muchos años para cerrar botellas que contienen diferentes tipos de vinos. Por este motivo, los tapones de corcho deben ser considerados productos en contacto con bebidas de consumo humano y en consecuencia deberían estar legislados los límites aceptables para cumplir con la seguridad alimentaria. Las normativas existentes, para tapones de corcho, hasta hoy, en el ámbito microbiológico solo exigen recuentos totales de hongos filamentosos y levaduras y de bacterias aerobias mesófilas. El principal objetivo de este trabajo es determinar si los hongos presentes en los tapones de corcho son capaces de elaborar y acumular micotoxinas que difundan a los vinos y en consecuencia proponer si es preciso, los límites tanto de recuentos fúngicos como de especies fúngicas y de sus micotoxinas en estos productos Para desarrollar este objetivo se ha realizado una identificación de las cepas de hongos existentes en los tapones de corcho y se han separado las que a nivel bibliográfico se citan como capaces de elaborar las micotoxinas legisladas.A partir de cultivos específicos se han realizado recuentos y extracciones a los 7, 14 y 21 días con el fin de llevar a cabo cromatografías en capa fina y poder verificar si las cepas seleccionadas son productoras de micotoxinas. Asimismo se ha estudiado la actividad inhibitoria y se ha evaluado la actividad enzimática de estas cepas.Posteriormente se ha esterilizado diferentes tipos de tapones de corcho y se ha comprobado si se han modificado sus características. Tras la esterilización, se procedió a inocular las ocho cepas de hongos productoras de micotoxinas, objeto de este estudio. Se ha calculado el porcentaje de recuperación de los hongos inoculados y se han realizado extracciones para verificar por medio de la cromatografía en capa fina, la producción de micotoxinas.A continuación, se ha procedido a adaptar una técnica ELISA para determinar y cuantificar las micotoxinas legisladas (aflatoxinas, ochratoxinas, fumonisinas, DON5/5, zearalenona y toxina T-2) en estos tapones de corcho inoculados con las cepas de hongos productores.Para reflejar la realidad del sector corchero se han seleccionado tapones de mercado que han sido sometidos a un proceso de extracción y posterior evaluación por la técnica ELISA para cuantificar las posibles micotoxinas existentes.Finalmente se han realizado inoculaciones de micotoxinas en diferentes tipos de tapones de corcho y se han introducido en botellas de vino, para poder determinar el grado de migración de estas micotoxinas al vino.A partir de los resultados obtenidos se proponen valores límite de presencia en los diferentes tipos de tapones de corcho de las cepas de hongos productores de micotoxinas y de las micotoxinas legisladas. / The cork plugs are utilized since many years ago to close bottles that contain different types of wines. For that reason, the cork plugs should be you considered products in contact with beverages of human consumption and consequently they should be legislated the acceptable limits to comply with the eating security. The existing regulations, for cork plugs, until today, in the environment microbiological alone they require total recounts of filamentous mushrooms and yeasts and of bacteria aerobics mesófilasThe main objective of this work is to determine if the present mushrooms in the cork plugs are capable of devising and to accumulate micotoxins that diffuse to the wines and consequently to propose if is to be exact, the so much limits of recounts funguses as of species funguses and of its micotoxinas in these products.To develop this objective has been carried out an identification of the stumps of existing mushrooms in the cork plugs and the ones have been separated that to bibliographical level are cited like capable of devise the micotoxins legislated. From specific cultivations recounts they have been carried out and extractions to the 7, 14 and 21 days in order to carry out chromatography in fine layer and to be able to verify if the stumps selected are producers of micotoxinsLikewise the inhibitory activity has been studied and the enzymatic activity of these stumps has been evaluated. Subsequently it has been sterilized different types of cork plugs and has been verified if its characteristics have been modified. After the sterilization, proceeded to inoculate the eight stumps of producing mushrooms of micotoxins, object of this study. The percentage of recovery of the mushrooms has been calculated inoculated and extractions have been carried out to verify through the chromatography in fine layer, the production of micotoxins. Subsequently, it has proceeded to adapt a technical one ELISA to determine and to quantify the micotoxins legislated (aflatoxins, ochratoxins, fumonisins, DON, zearalenone and toxin T-2) in these cork plugs inoculated with the stumps of producing mushrooms. To reflect the reality of the cork sector plugs of market they have been selected that have been submitted to a process of extraction and subsequent evaluation by the technical one ELISA for quantify the possible micotoxins existing. Finally inoculations have been carried out of micotoxins in different types of cork plugs and they have been introduced in bottles of wine, to be able to determine the degree of migration of these micotoxins al came. From the results obtained presence limit values in the different types of cork plugs of the stumps of producing mushrooms are proposed of micotoxins and of the micotoxins they legislated.

The production and subsequent emission of volatile compounds is one of the numerous ways by which microbial plankton participate in the cycling of elements and influence the Earth's climate. Dimethylsulfide (DMS), produced by enzymatic decomposition of the algal intracellular compound dimethylsulfoniopropionate (DMSP), is the more abundant organic volatile in the upper ocean. Its global emission amounts ca. 28 Tg S per year, and represents the main biogenic source of sulfur to the troposphere and about 30% of the total S emission (anthropogenic, biogenic and volcanic). Atmospheric oxidation of DMS contributes to atmospheric acidity, and is believed to promote the formation and growth of aerosols. Furthermore, DMSderived sulfate aerosols have been suggested to cool the climate by reducing the amount of shortwave solar radiation reaching the Earth's surface through two mechanisms: by scattering solar radiation and, more important, by acting as cloud condensation nuclei, thus making clouds brighter and longerlived. The `CLAW' hypothesis postulates that, if oceanic DMS emission was in turn stimulated by solar radiation, a regulatory feedback mechanism could operate between marine plankton and the radiative budget over the oceans. However, the relationship between DMS emission and solar radiation is not straightforward, since a number of biochemical and photochemical transformations come into action from the moment DMSP is synthesized by phytoplankton until DMS is emitted. These transformations are intimately linked to the physical environment, the ecological setting and the microbial interactions, rendering the picture of dimethylated sulfur cycling a lot more complicated. Surprisingly, though, the seasonal cycle of seawater DMS concentration seems to follow that of solar radiation in the majority of oceanic regions, regardless their productivity regimes. The premise of this thesis is that, to understand this emerging pattern, we need to understand what regulates the DMS production and consumption processes and their balance (that is, DMS budgets). To this end, we have studied the response of biotic and abiotic DMS cycling to solar radiation by means of incubation experiments. At another level, we have studied the response of ecosystem DMS budgets to different radiation climates. Since the depth of the upper mixed layer regulates the amount and spectral composition of the `light' seen by the cells and molecules, our studies have been backed by a careful characterization of underwater radiation fields and vertical mixing dynamics. Our results show that solar radiation has a stimulating effect on gross DMS production. Moreover, the stimulation is more effective at shorter and more energetic wavelengths in the ultraviolet (UV) region. Direct DMS production and/or increased DMSP release by UVstressed phytoplankton is the most plausible explanation for this observation, leaving a secondary role for DMS production mechanisms related to bacterial metabolism and microzooplankton grazing. At the ecosystem level, we have shown that vertical mixingmediated solar exposure regulates whether DMS is preferentially oxidized by bacteria or by photochemical reactions. The outcome of this competition between DMS sinks is that total DMS loss rate constants vary little across oceanic biomes. As a result, the seasonal and also the shortterm variability in DMS concentrations respond mainly to gross DMS production. The stress response occurs at different temporal scales: seasonally, through the succession of microbial communities towards stronger DMSP producers and higher DMS yields in summer stratified waters; and across daynight cycles, where shortterm radiative stress modulates DMSP to DMS conversion yields. By means of a literature metaanalysis, we have improved the current understanding of the different DMS(P) cycling regimes and their links with the ecological geography of the sea.