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Soil fauna provides processes of crucial importance for ecosystem functions, but our ability to observe their actions often depend on destructive methods where the integrity of the studied environment (the soil) is compromised. In this study, I develop and test a new generation of environmental monitoring tools that utilize vibrations made by soil macrofauna to inform about their performance and health. Three hypotheses were tested on forest ants (Formica sp.): (i) vibrations on a naturally occurring substrate can be used to measure the activity of ants, (ii) the vibrational signature of ants can inform us about the ants’ health, and (iii) behavior (locomotory activity, foraging etc.) of ants is correlated to specific vibrational signal characteristics. Vibrational signals from ant sub-populations (5 individuals/sample) were recorded on natural substrates (leaves) before and after exposure to sub-lethal levels of a contaminant with known negative effects on ants (imidacloprid). Activity was successfully detected from the inferred vibration oscillograms. However, neither the number of vibrational signals captured, or the signal characteristics changed after imidacloprid exposure, indicating that either the exposure was too low to generate a change in behavior or that the technique was unable to detect subtle changes in behavior. Signals of short duration and amplitude were generated by locomotory activity, but their intensity was dependent on the distance to the vibrometers laser focus point. Longer signal segments were either continuous, random, or rhythmic in their distribution. I suggest that these signals are a result of methodological artifacts, movement of multiple ants, and stridulation/drumming on the substrate, respectively. My findings suggest that this advanced monitoring tool is sensitive enough to capture activity from only a few ants, but the characteristics and number of captured signals are strongly affected by the measured substrate

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La construction du nid chez les fourmis génère des structures assumant de nombreuses fonctions, qui sont en grande partie dépendantes de l’architecture produite. L’omniprésence de ces fonctionnalités contraste avec la forte diversité intra et inter-spécifique de la morphologie du nid.<p>Ce travail a pour objectifs de déterminer d’une part la morphogenèse du nid durant son excavation par les fourmis (Chapitre 3), et d’autre part de quantifier l’impact de la taille du groupe (Chapitre 3) et de la qualité de l’environnement (qualité du matériau, gravité; Chapitres 4 & 5) sur cette séquence. Pour répondre à ces questions, nous avons utilisé un dispositif de creusement en deux dimensions (2D) afin de suivre la dynamique d’excavation et l’évolution de la morphologie du nid au cours du temps.<p>Nous avons tout d’abord mis en évidence (Chapitre 3) un changement brutal de la morphologie du nid au cours de sa croissance. Durant une première période d’excavation homogène, le nid est constitué d’une seule cavité de forme circulaire et au contour régulier. Par la suite, le pourtour de la cavité devient plus irrégulier, l’apparition de ‘‘bourgeons’’ lui donnant une apparence plus plissée. Enfin, la cavité centrale cesse de croître lorsque des ramifications se déploient depuis certains des ‘‘bourgeons’’. Nous avons qualifié de transitions morphologiques ces brusques changements de forme, dont la fréquence d’apparition augmente avec la taille de la population.<p>Notre analyse et le recours à la simulation semblent indiquer que ce phénomène soit basé non pas sur un changement de comportement des ouvrières excavatrices mais sur la densité d’activité au front de creusement. Lorsque celle-ci est importante, des phénomènes d’encombrement se manifestent et le nid est excavé de manière homogène. À l’inverse, lorsque l’encombrement diminue les ouvrières peuvent focaliser leur travail et excavent des galeries. Un modèle analytique (Chapitre 6) a permis d’étudier les conditions d’apparition de cette transition morphologique.<p>Nos autres résultats indiquent que le matériau de construction influence très fortement la morphogenèse du nid (Chapitre 4) :les nids excavés dans un milieu cohésif sont plus fréquemment ramifiés et la transition morphologique apparaît à des surfaces de nid plus petites que dans un milieu granulaire. Il semblerait qu’à nouveau, il n’y ait aucune variation comportementale impliquée, mais que l’environnement joue un rôle de ‘‘médiateur’’ des interactions entre les fourmis: le milieu change le temps d’extraction et donc la probabilité individuelle d’excavation, cette variation est exacerbée par les mécanismes d’amplification à l’œuvre, modifiant alors sensiblement la dynamique collective de creusement et la structure du nid.<p>Enfin, une série d’expériences (Chapitre 5) nous a permis de déterminer l’influence de la gravité sur la morphogenèse. Il apparait que la gravité sert de gabarit à la construction, puisque les nids excavés dans un dispositif à l’orientation verticale sont tous dirigés vers le bas. Aussi, si le nid prend directement une forme de long puit vertical sans jamais présenter de chambre, le mécanisme de transition morphologique reste visible, sous forme de bifurcation des galeries à leur extrémités. Ce phénomène de tip-splitting semble aussi apparaître sous la contrainte de la densité d’ouvrières excavant au fond des galeries.<p>Notre travail a donc mis en évidence un phénomène de transition morphologique capable de produire les modules de base de tout nid - chambres et galeries -, et qui semble découler non pas de modifications comportementales, mais de la seule interaction de l’amplification de l’activité et de l’encombrement au front d’excavation. Ce phénomène ubiquiste propose une explication à la grande variété de structures observées sur le terrain, en lien notamment avec la diversité et l’hétérogénéité des milieux, et la dynamique des colonies. Enfin, les similitudes de la transition morphologique avec les instabilités de croissance observées dans de nombreux systèmes biologiques et physico-chimique invitent à considérer ces derniers phénomènes à la lumière de nos résultats. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: Since its introduction in 1898 into South Africa, the Argentine ant, Linepithema humile [Mayr 1868 (Hymenoptera: Formicidae)], has invaded human-occupied areas (i.e. urban and agricultural areas) and natural areas characterised by few, if any, anthropogenic disturbances. However, compared to other countries in which the Argentine ant has been recorded, and until the past few decades, very little research had been done on this invasive ant in South Africa. Consequently, several issues concerning its ecological and social effects are still under-researched. The first of these issues concerns the lack of knowledge about the distribution of the Argentine ant in the natural areas, particularly the protected areas (PAs), of South Africa. In order to determine how many PAs are occupied by this invasive ant, a study was conducted in the Western Cape Province (WCP). It was found that, of the 614 PAs documented for WCP, ten have a known presence and nine known absence records of the Argentine ant. The remainder of the PAs have no known occupancy records for this ant. A second issue concerns the seasonal bait preference of the Argentine ant in a fynbos habitat. Six bait treatments (two carbohydrate and protein baits, a mixture of the carbohydrate and protein treatments, and a control) were applied in a fynbos habitat across a sampling grid in four different Latin Square designs, i.e. once for every season. Based on these experiments, it was determined that the Argentine ant prefers the mixture of carbohydrate and protein treatments, and that this preference does not change according to season. Furthermore, previous studies conducted in Jonkershoek Nature Reserve [JNR (in WCP)] determined the existence of a distribution boundary of Argentine ants in an area known as Swartboschkloof. Therefore, the third issue concerned the exact location of the distribution boundary and possible reasons for its establishment. This distribution boundary of the Argentine ant was found to be present 450 m from Swartboschkloof hiking trail. A combination of several explanatory variables may contribute to the maintenance of this boundary, i.e. a change in the horizontal and vertical vegetation distribution, as well as in the slope and aspect across the distribution boundary. With these explanatory variables, the increasing presence of an indigenous ant species, Anoplolepis custodiens, from this boundary may also have contributed to the distribution boundary. In addition, the short-term effect of a fire that swept through this area was also assessed, which revealed that Argentine ants are severely negatively affected by fire (at least over the short-term), i.e. their abundance decreased considerably after the fire and their local distribution range contracted. The final issue concerns the public perceptions of invasive alien species (IAS) in general and the Argentine ant specifically, at JNR. This study revealed that the majority of visitors to JNR were aware of the presence of IAS in South Africa and in its PAs, while very few visitors knew about the Argentine ant. This study also revealed that future research concerning South Africans perceptions of IAS might play a strong contributing role in conservation. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Sedert die Argentynse mier, Linepithema humile [Mayr 1868 (Hymenoptera: Formicidae)], in 1898 in Suid-Afrika ingevoer is, het dié mier mens-bewoonde gebiede (soos stedelike en landbou gebiede) en natuurlike gebiede, gekenmerk deur min, indien enige, antropogeniese versteuringe, binnegedring. Nietemin, in vergelyking met ander lande waar die Argentynse mier opgeteken is, en tot die onlangse paar dekades, is min navorsing oor hierdie indringermier in Suid-Afrika onderneem. Gevolglik is daar verskeie kwessies rondom die mier se ekologiese en sosiale uitwerkinge wat nog nie nagevors is nie. Die eerste kwessie het betrekking op die gebrek aan kennis oor die Argentynse mier se verspreiding in die natuurlike gebiede, veral die beskermde gebiede (BG), van Suid-Afrika. Om te bepaal hoeveel BG deur hierdie indringermier beset word, is ʼn ondersoek in die Wes-Kaapprovinsie (WKP) uitgevoer. Daar is bevind dat, van die 614 BG gedokumenteerd in die WKP, het tien bevestigde aanwesigheid- en nege bevestigde afwesigheidrekords van hierdie mier. Die oorblywende BG het geen bekende besettingsrekords van hierdie mier nie. ʼn Tweede kwessie het betrekking op die seisoenale lokaasvoorkeur van die Argentynse mier in ʼn fynbos habitat. Ses lokaas-behandelings (twee koolhidraat en proteïen lokaas, ʼn mengsel van die koolhidraat en proteïen behandelings, en ʼn kontrole) is aangewend in ʼn fynbos habitat, oor ʼn steekproefruitgebied, in vier verskillende Latyns-kwadraatpatrone (“Latin Sqaure designs”), d.i. een vir elke seisoen. Op grond van hierdie eksperimente is vasgestel dat die Argentynse mier die mengsel van koolhidrate en proteïne verkies, en dat hierdie voorkeur nie seisoenaal verander nie. Boonop, vorige ondersoeke wat in die Jonkershoek Natuurreservaat [JNR (in die WKP)] uitgevoer is, het ʼn verspreidings-grens van Argentynse miere ontdek in ʼn gebied bekend as Swartboschkloof. Gevolglik het die derde kwessie betrekking op die presiese ligging van hierdie grens en moontlike redes waarom dit gevestig het. Dié verspreidings-grens van die Argentynse mier is 450 m vanaf die Swartboschkloof voetslaanpad gevind. ʼn Kombinasie van verskeie verklarende veranderlikes kon tot hierdie grens bygedra het, d.i. ʼn verandering in die horisontale en vertikale plantegroeiverspreiding, sowel as in die helling en ligging oor die verspreidings-grens van die Argentynse mier. Tesame met hierdie verklarende veranderlikes, kon die toenemende teenwoordigheid van ʼn inheemse mier, Anoplolepis custodiens, vanaf hierdie grens ook tot die verspredings-grens bygedra het. Daarbenewens is die korttermyn-effek van ʼn vuur wat deur die area beweeg het, ook bestudeer. Die ondersoek het getoon dat die Argentynse mier (ten minste oor die korttermyn) erg negatief deur vuur beïnvloed is, d.i. hul volopheid het ná die vuur aansienlik verminder en hul plaaslike verspreidings-grens het gekrimp. Die finale kwessie het betrekking op openbare persepsie van uitheemse indringerspesies (UIS) oor die algemeen en spesifiek die Argentynse mier, by JNR. Hierdie ondersoek het aan die lig gebring dat die meerderheid van besoekers aan JNR bewus was van die teenwoordigheid van UIS in Suid-Afrika en in dié se BG, terwyl baie min egter van die Argentynse mier geweet het. Hierdie ondersoek het ook aan die lig gebring dat toekomstige navorsing rakende Suid-Afrikaners se persepsie van UIS ʼn sterk bydra tot bewaring kan maak.

Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2008. / ENGLISH ABSTRACT: Introduced species displace native species and alter ecological communities, affect agriculture as well as human health and are economically costly to eradicate. Long term monitoring of introduced species including the documentation of levels of genetic variation is therefore of the utmost importance. This study investigated the distribution of genetic variation in two introduced species distributed across South Africa the bud gall-forming wasp Trichilogaster acaciaelongifoliae and the Argentine ant Linepithema humile. The bud gall-forming wasp was introduced into South Africa as a biological control agent to curb the spread of the invasive long-leaved wattle Acacia longifolia. In addition to the intended (target) host, the bud gall-forming wasp has also colonised A. floribunda, a noninvasive ornamental plant. Limited genetic variation was found across South Africa based on the mitochondrial DNA cytochrome oxidase subunit I (COI) gene. Only 3 haplotypes characterized 53 individuals collected from 23 localities (nucleotide diversity £k = 0.002 ¡Ó 0.001, haplotype diversity h = 0.482 ¡Ó 0.045). No significant partitioning of genetic variation was found across South Africa including between host plants (target host = A. longifolia, non target host = A. floribunda) or between the core (sites of introduction) and edge (naturally dispersed) sites (ƒ¶ST = 0.094, P = 0.288). The limited genetic variation and the absence of significant genetic structure are congruent with patterns described for many other introduced species and may suggest that propagule pressure plays only a minor role in species establishment and spread of the gall-forming wasp across South Africa. Mitochondrial and nuclear markers were used to describe the distribution of genetic variation within Argentine ants across their introduced range in South Africa. For the mitochondrial DNA, low genetic diversity was found for the COI gene with only five haplotypes, separated by single mutational changes, characterizing 101 specimens from 35 localities (nucleotide diversity π = 0.001 ± 0.001, haplotype diversity h = 0.151 ± 0.048). Notwithstanding the low levels of genetic diversity, mitochondrial variation was significantly structured (ST = 0.54, P < 0.001) across the landscape. In contrast, microsatellite analyses of 230 ants from 23 localities, employing six polymorphic microsatellite markers, revealed a relatively high amount of genetic diversity (HE = 0.51 ± 0.22). Significant population structure was similarly evident (RST = 0.14, P < 0.001) with the localities of Elim2, Porterville2 and Bloemfontein2 clustering as a distinct population from the remainder of the localities. Importantly, individuals from these localities also had a unique mitochondrial haplotype and, when taken with the nuclear results, may indicate the occurrence of more than one introduction event (and possibly more than one colony) in South Africa. This is further underscored by the presence of unique microsatellite alleles in these three populations. In an attempt to establish the source populations for the introduction of Argentine ants into South Africa, mitochondrial cytochrome b sequences were generated for a subset of ants representing the two major genetic clades across South Africa. A comparison with the published data from across the world including the native range of the Argentine ant in South America grouped Argentine ants from South Africa with three potential source populations namely Ocampo and Rosario in Argentina and Passo do Lontra in Brazil. The results of this study underscore the role of human-mediated dispersal in shaping the levels of genetic variation in both species. Human-mediated dispersal can lead to genetic homogenization across populations. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Indringer spesies verplaas of verander ekologiese gemeenskappe, beinvloed landbou asook menslike gesondheid en is ekonomies duur om te verwyder. Langtermyn monitering van indringer spesies asook die dokumentasie van genetiese variasie is dus baie belangrik. Hierdie studie bestudeer die verspreiding van genetiese variasie in twee indringer spesies wat regoor Suid-Afrika voorkom, naamlik die kroongal-vormende wespe Trichilogaster acaciaelongifoliae en die Argentynse mier Linepithema humile. Die kroongal-vormende wesp is na Suid Afrika gebring as biologiese beheeragent om die verspreiding van indringer lang-blarige wattle Acacia longifolia te beveg. Die kroongalvormende wespe het sowel die teiken spesies, asook A. floribunda, ‘n nie-indringer ornamentele plant gekoloniseer. Beperkte genetiese variasie is gevind regoor Suid Afrika gebasseer op die mitochondriale DNA sitokroom-oksidasie subeenheid I (COI) geen. Slegs 3 haplotipes karakteriseer 53 indiviue van 23 bevolkings (nukleotied diversiteit π = 0.002 ± 0.001, haplotiep diversiteit h = 0.482 ± 0.045). Geen beduinde groepering van genetiese variase is gevind regoor Suid Afrika nie (ST = 0.094, P = 0.288). Hierdie bevinding geld onafhanklik van die gasheer plant (teiken gasheer = A. longifolia, nie-teiken gasheer = A. floribunda). Ook is geen beduidende genetiese groepering gevind tussen die sentrale (plek van inisiele blootstelling) en perifêre (natuurlik verspreide) lokaliteite nie. Die kleinskaalse genetiese variase en die afwesigheid van beduidende genetiese struktuur wat hier gevind is, verskil van die patrone wat voorheen vir baie ander indringer-spesies beskryf is. Dit mag daarop dui dat ‘propagule’ druk slegs ’n klein rol speel in spesies-vestiging en verspreiding van die galvormende wespe regoor Suid-Afrika. Mitochondriale asook kern merkers is gebruik om die verspreiding van genetiese variasie in Argentynse miere in Suid Afrika te beskryf. Vir die mitochondriale DNA is lae genetiese variase gevind vir die COI geen, met slegs 5 haplotipes, gedifferensieer deur enkele mutasie veranderinge wat 101 monsters van 35 lokaliteite karakteriseer (nukleotied diversiteit π = 0.001 ± 0.001, haplotiep diversiteit h = 0.151 ± 0.048). Desondanks die lae genetiese variasie, is gevind dat mitochondriale variasie beduidend gestruktureerd is (ST = 0.54, P < 0.001) oor die landskap. Hierteenoor het mikrosatelliet analises van 230 miere van 23 lokaliteite, deur gebruik te maak van ses polimorfiese mikrosatelliet merkers, ’n relatiewe hoë hoeveelheid genetiese diversiteit aangedui. Beduidende bevolkingstruktuur was ook gevind (RST = 0.14, P < 0.001) in die areas Elim2, Porterville2 en Bloemfontein2 wat saam groepeer as eiesoortige bevolkings vergeleke met die res van die areas. Ook van belang is dat individue van die areas ’n unieke mitochondriale haplotipe besit, en in kombinasie met die kern resultate, mag dit die voorkoms van meer as een blootstellingsgeleentheid (en moontlik meer as een kolonie) in Suid Afrika aandui. Hierdie bevinding word verder beklemtoon deur die teenwoordigheid van unieke mikrosatelliet allele in die drie bevolkings. In ‘n poging om die oorsprong van die oorsprong-bevolking vir die blootstelling van Argentynse miere in Suid Afrika vas te stel, is mitochondriale sitokroom b volgordes gegenereer vir ’n substel miere wat die twee hoof genetiese klades in Suid Afrika voorstel. Vergelyking met gepubliseerde data van regoor die wêreld, insluitende die endemiese gebied van die Argentynse mier in Suid Amerika, het die Argentynse mier van Suid Afrika met drie potensiele oorsprong-bevolking verbind, naamlik Ocampo en Rosario in Argentina en Passo do Lontra in Brazil.

This item was digitized as part of the Million Books Project led by Carnegie Mellon University and supported by grants from the National Science Foundation (NSF). Cornell University coordinated the participation of land-grant and agricultural libraries in providing historical agricultural information for the digitization project; the University of Arizona Libraries, the College of Agriculture and Life Sciences, and the Office of Arid Lands Studies collaborated in the selection and provision of material for the digitization project.

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Un nœud est un plongement du cercle dans une variété de dimension 3. Dans la sphère S3 , les nœuds peuvent être codés combinatoirement par des diagrammes de Gauss. Ceux-ci peuvent être étudiés indépendamment, en oubliant les véritables nœuds: c'est ce qu'on appelle la théorie des nœuds virtuels. En première partie nous définissons une version générale de nœuds virtuels, dépendant d'un groupe G muni d'un morphisme à valeurs dans Z/2. Lorsque ces paramètres sont bien choisis, la théorie obtenue généralise les nœuds dans une surface épaissie quelconque (c'est-à-dire un fibré en droites réelles sur une surface). Outre l'encodage des nœuds, les diagrammes de Gauss sont aussi un outil puissant pour décrire les invariants de type fini de Vassiliev. En seconde partie, nous donnons un ensemble complet de critères pour détecter ces invariants. Notamment, le critère d'invariance sous Reidemeister III est une réponse positive à une conjecture de M.Polyak. Parmi les exemples donnés figure une nouvelle preuve et une généralisation du théorème de Grishanov-Vassiliev sur les invariants par chaînes planaires. La troisième partie est une ébauche de plan visant à trouver un algorithme pour décider si un diagramme donné dans l'anneau R × S1 représente une tresse fermée dans le tore solide, à isotopie près. La première étape est franchie, consistant à trouver un critère reconnaissant les diagrammes de Gauss des tresses fermées. Nous conjecturons que ce critère suffit pour les diagrammes à nombre minimal de croisements, et proposons des pistes dans cet objectif. La dernière partie est un travail commun avec T.Fiedler, explorant les propriétés d'objets non génériques liés à l'espace de toutes les immersions du cercle dans R3 . Cet espace est de dimension infinie, stratifié par le degré de non généricité des immersions. Alors que la théorie de Vassiliev se cantonne à l'étude des strates contenant uniquement des points doubles ordinaires, ici nous interdisons ces points doubles et autorisons uniquement un certain type de points triples. Nous montrons que l'espace qui en résulte n'est pas simplement connexe en exhibant un 1-cocycle non trivial. Une pondération de ce 1-cocycle fournit une nouvelle formule pour l'invariant de Casson des nœuds.