La popularité croissante de l’industrie écotouristique en milieu marin soulève des questions quant à ses effets potentiels sur les populations animales. Ce projet visait à évaluer ces effets sur la colonie de mise-bas de phoques communs du Saint-Laurent de Petit Gaspé. L’étude des réponses à court terme a révélé qu’une réduction de la distance d’approche, une augmentation du bruit ou de l’agitation de la source de dérangement et, dans une moindre mesure, de sa vitesse, augmentait l’intensité des comportements d’anti-prédation observés, mais aussi que les chiots étaient plus sensibles au dérangement. L’examen du budget d’activité de la colonie a également permis de mettre en évidence une diminution du temps dédié au repos lors des périodes de fort achalandage touristique. Par ailleurs, la fréquentation touristique n’a pas modifié l’utilisation de l’échouerie à l’échelle spatio-temporelle considérée. Le niveau de dérangement actuel pourrait avoir des répercussions néfastes sur les colonies de phoques communs ciblées et nécessiter des mesures de conservation afin d’en limiter les effets. / The growing popularity of the ecotourism industry in marine environments raises questions about its potential effects on animal populations. This project aimed at assessing these effects over the St. Lawrence harbour seals breeding colony of Petit-Gaspé. The study of short-term responses revealed that a reduction in the approach distance, increased noise or agitation, and to a lesser extent, speed of the disturbance source, increased the intensity of anti-predatory behaviour observed, and also that the pups were more sensitive to disturbance than older seals. The study of the colony daily activity budget also revealed a decrease in the time spent resting during periods of heavy touristic traffic. Moreover, the touristic affluence did not change the use of the haul-out to the spatio-temporal scale considered. This level of disturbance could affect the targeted harbour seals colonies and requires conservation measures to limit those impacts.

Les changements climatiques en Arctique menacent les espèces polaires hyperspécialisées tout en favorisant l’invasion d’espèces boréales et tempérées. La morue arctique (Boreogadus saida) est l’espèce de poisson fourrage la plus abondante de l’Océan Arctique. En 2011, une espèce boréale a toutefois été détectée dans la mer de Beaufort (Arctique canadien). Le lançon du Pacifique (Ammodytes hexapterus) était alors la deuxième espèce en abondance dans l’assemblage d’ichtyoplancton. La présente recherche visait à évaluer les conséquences de l’invasion de cette espèce fourragère boréale sur la morue arctique durant les jeunes stades de vie. Les deux espèces se sont révélées en compétition potentielle au stade juvénile, mais le lançon sélectionnait surtout de petites proies tandis que la morue arctique dépendait des grands copépodes calanoïdes. La diminution prédite de la taille du zooplancton avantagerait le lançon par rapport à la morue arctique et la compétition détectée pourrait donc s’amplifier avec une augmentation de la population de lançons en mer de Beaufort. / Climate change in the Arctic threatens hyper specialized polar species while favouring the invasion of boreal and temperate fish species. In the arctic marine food web, arctic cod (Boreogadus saida) is the key forage fish species. The boreal Pacific sand lance (Ammodytes hexapterus) was recently detected in southeastern Beaufort Sea (Canadian Arctic), numbering as the second most abundant ichthyoplankton species after the arctic cod in 2011. The aim of this research was to elucidate the consequences of this boreal forage fish species invasion on arctic cod during the early life stages. Potential competition was detected during the early juvenile stage but arctic cod strongly relied on big calanoid copepods while Pacific sand lance significantly selected for smaller prey. The forecasted reduction in the size of zooplankton would therefore favour sand lance over arctic cod. The interspecific competition is predicted to amplify as the abundance of sand lance in the Beaufort Sea increases.

Les facteurs limitants le succès reproducteur des colonies de bourdons en milieu naturel sont très peu connus. Grâce au suivi du développement de plus de 200 colonies de huit espèces de bourdons (Bombus impatiens, B. fervidus, B. perplexus, B. terricola, B. bimaculatus, B. ternarius, B. rufocinctus et B. vagans vagans) sur le terrain, j’ai exploré l’effet de la taille de la reine, de la disponibilité en nourriture et de certains parasites sur le succès reproducteur des colonies. Les plus grandes reines avaient plus de chances de se reproduire et, parmi celles qui y sont parvenues, le nombre de sexués produits était positivement relié à la taille de la reine. Le meilleur succès des plus grandes reines est attribuable, du moins en partie, à la production de plus grosses colonies et, chez certaines espèces, à la capacité à mieux repousser les usurpations de Psithyrus (un sous-genre de bourdons parasites), mais n’est pas relié à la date de nidification ou à l’usurpation par d’autres reines Bombus. Une expérience où j'ai ajouté de la nourriture dans la moitié des colonies tout au cours de la saison a démontré que la disponibilité en nourriture était aussi un facteur important. Les colonies avec ajout de nourriture sont devenues plus grosses (en nombre d’ouvrières) et ont eu un meilleur succès reproducteur que les colonies témoins, par 51% et 86% respectivement. Toutefois, malgré que l’ajout de nourriture a permis de produire des colonies plus grosses, cela n’a pas permis aux colonies de mieux se défendre contre les macroparasites Psithyrus, Fannia canicularis, Brachicoma devia et Vitula edmandsae. Le suivi du taux d’activité de butinage de certaines de ces colonies démontre que les colonies nourries ont eu un taux d’activité de butinage par ouvrière 25% plus bas que les colonies témoins. Les ouvrières des colonies dont les réserves en nourriture sont abondantes semblent donc moins butiner sur une base journalière pour réduire les coûts associés à cette activité. Si les ouvrières peuvent en retirer une longévité plus longue, cela fournirait un mécanisme supplémentaire pour expliquer le meilleur succès reproducteur des colonies nourries. / Factors that limit the reproductive success of bumblebee field colonies are poorly known. I explored the effect of the queen’s body size, food availability, and some parasites on reproductive success by following the development of more than 200 field colonies of eight species of bumblebees (Bombus impatiens, B. fervidus, B. perplexus, B. terricola, B. bimaculatus, B. ternarius, B. rufocinctus et B. vagans vagans). Larger queens were more likely to reproduce, and, for queens that did so, there was a positive relationship between their body size and the number of sexuals produced. The higher success of larger queens is, at least in part, attributable to the production of larger colonies and, in some species, to the ability to prevent usurpations by Psithyrus (a parasitic subgenus of bumblebees). The higher success of larger queens was not related to the date of nest establishment or to usurpations by other Bombus queens. A field experiment in which I added food to half of the colonies over the entire season showed that food availability was also an important factor. Colonies with increased food supplies reached larger sizes (in number of workers) and had a higher reproductive success than controls, by 51% and 86% respectively. In particular, food supplementation increased the number of males produced and the probability of producing gynes (young queens). However, despite some clear advantages of having larger food supplies such as the build-up of larger worker populations, food supplementation did not appear to help colonies defend themselves against macroparasites because experimental and control colonies experienced similar levels of parasitism by Psithyrus, Fannia canicularis, Brachicoma devia, and Vitula edmandsae. By recording the foraging activity rate in some of these colonies, I showed that food supplementation reduced the foraging activity rate per worker by 25% relative to control colonies. Workers from colonies with abundant food supplies thus appear to forage less on a daily basis to reduce foraging risks and costs. If workers benefit from an increased longevity by reducing their activity, this would provide an additional mechanism to explain the increased reproductive success of colonies with increased food supplies.

Le rôle des interactions génotype/environnement comme facteur responsable de la variation phénotypique dans différents environnements est depuis longtemps établi. Par contre, la connaissance de l’architecture moléculaire qui est sous-jacente à ces interactions GxE est limitée. Dans cette optique, l’objectif général de la présente étude est d’étudier les interactions entre l’environnement, le sexe, la valeur génétique et le niveau d’expression de deux gènes clés associés au système (récepteur de l’hormone de croissance, GHR et le facteur analogue à l’insuline, IGF-1) GH/IGF et de déterminer l’influence de ces interactions sur la croissance chez l’omble de fontaine, Salvelinus fontinalis. Les résultats ont démontré que i) la croissance des poissons a été supérieure en eau douce et que les mâles ont montré une croissance plus élevée, ii) le niveau d’expression des gènes liés à l’axe GH/IGF était plus élevé en milieu salé iii) les mâles ont montré un niveau d’expression de GHR et IGF-1 plus élevé que les femelles, iv) la présence d’interactions GxE pour le niveau d’expression de chaque gène. Ce projet représente un avancement dans la compréhension des impacts environnementaux et sexuels sur la relation entre l’activité des gènes et l’occurrence du phénotype. / Genotype-by-environment interaction is well established as a factor responsible for the phenotypic variation that occurs between different environments. However, genetic architecture behind this GxE interaction is not well understood. In this context, the aim of this study was to determine the impact of interactions between environment, sex and genetic value on the expression level of two keys genes associated with the GH/IGF system (growth hormone receptor, GHR and insulin-like growth factor, IGF-1), and their influence on growth in the brook charr, Salvelinus fontinalis. The results show that i) growth was higher for fish reared in freshwater as compared to those reared in saltwater and that males had a higher growth rate than females, ii) expression level of genes associated with the GH/IGF axis was higher in saltwater, iii) expression level of GHR and IGF-1 of males was higher than that of females, iv) there is GxE interaction for individual gene expression. This work represents a marked advance towards mapping environmentally and sexually induced variance of gene activity and to understand the resulting phenotypes.

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L'utilisation de l'énergie est au coeur de l'écologie des organismes et contraint de nombreux aspects de leur comportement et de leurs stratégies d'histoire de vie. L’objectif de cette thèse était de comprendre comment l’énergie intervient dans la modulation des comportements agressifs du manchot royal (Aptenodytes patagonicus), une espèce hautement territoriale pendant la reproduction. Nous avons étudié une colonie de manchots royaux à l’Île de la Possession, dans l’Archipel de Crozet, entre 2003 et 2007. À l’aide de capteurs de fréquence cardiaque (FC) en continu, nous avons validé la méthode de mesure de la dépense énergétique (DE) utilisée. Le recours à cette technique représente notamment une innovation technique dans cette thèse. Cette méthode offrait l’opportunité de déduire les coûts énergétiques associés à des activités spécifiques sans perturber l’animal. Nous avons alors estimé les coûts énergétiques de la reproduction chez cette espèce en fonction de la position du territoire (centre vs. périphérie), du statut reproducteur (incubateur vs. éleveur) et de la date de ponte (précoce vs. tardive) qui constituent des facteurs influençant le succès reproducteur du manchot royal. Nous avons montré que la DE journalière était 32% plus élevée chez les femelles que chez les mâles et qu’elle augmentait tout au long de la saison de reproduction. Les mâles, qui assurent systématiquement le début de l’incubation, avaient une DE jusqu’à 36% plus faible au début de l’incubation que lors du reste de la saison de reproduction, suggérant une stratégie d’économie d’énergie importante afin de gérer la plus longue période de jeûne de la reproduction. Par ailleurs, nous avons trouvé que les oiseaux manifestaient un plus faible taux de comportements agressifs avec contacts, l’activité la plus coûteuse parmi leur répertoire comportemental, que de comportements de menace. Bien que la défense contribue à 13 % du budget d’activité total, les coûts énergétiques associés à ce comportement ne représentaient que 2.5% de la DE journalière. Nous avons aussi trouvé que le niveau d’agressivité des manchots est signalé entre congénères à l’aide de la taille d’un trait ornemental (la tache auriculaire), vraisemblablement afin de minimiser le taux d’interactions agonistiques. Nous avons finalement déterminé comment l’effort parental des manchots, mesuré par différentes variables physiologiques et comportementales, influençait la croissance des poussins et leur succès reproducteur. Nous avons trouvé que la durée des voyages alimentaires était le principal déterminant de nos variables réponses mais aussi identifié que la dépense énergétique, la défense du territoire et la condition corporelle des parents influençaient à tour de rôle positivement le succès reproducteur tout au long de la saison de reproduction. Ce travail précise l’importance de considérer l’énergie pour comprendre les décisions comportementales adoptées par les individus et apporte ainsi des informations nouvelles pour l’étude des espèces faisant face à des contraintes énergétiques sévères. / Energy utilization is central to the ecology of organisms and energy constraints shape many aspects of their behaviour and life-history strategies. The main objective of this thesis was to examine how energy shapes aggressive behaviour during the breeding season in a highly territorial seabird, the king penguin (Aptenodytes patagonicus). We collected data at Possession Island during three breeding seasons between 2003 and 2007. We first validated whether heart rate (HR), our measure of energy expenditure (EE), was an accurate estimate of EE in free-living king penguins. Heart rate recorders represent a non invasive approach offering the possibility to monitor metabolism with a fine time resolution, it is therefore an useful tool to determine the cost of various behavioural activities in the field. Notably, a key advancement in this thesis is the use of this technique. We determined energy costs associated with reproduction relative to territory location (centre vs. edge), reproductive state (incubating vs. brooding), and laying date (early vs. late), which are known to influence reproductive success of king penguins. We showed that females had a daily EE 32% higher than males and that EE increased throughout the breeding season. We also found that males in their first incubation shift had a daily EE 36 % lower than later in the breeding season, suggesting an energy saving strategy to cope with the longest reproductive fast observed in king penguins. Moreover, we found that king penguins devoted less energy to threats, the most frequent aggressive behaviour performed for territory defence, than to attacks with body contact. In addition, despite accounting for 13 % of the daily time budget, territory defence contributed only 2.5 % of the total daily EE. We also demonstrated that aggressive level was signaled with the size of an ornamental trait of king penguins, the auricular patch, likely to reduce the occurrence of fights. We investigated how parental effort of each parent affected chick growth rate and reproductive success. We found foraging duration to be the main determinant of our dependant variable but also found that energy expenditure, territory defence, and body condition of parents successively influenced positively breeding success throughout the breeding season. To conclude, our work emphasized the central role of energy to explain behavioural decisions of individuals while providing insights for studies in species facing severe energy constraints. on the central role of energy and territory defence in the ecology of king penguins but also showed how king penguins developed behavioural and physiological strategies allowing them to save energy during prolonged fasting and to defend their territory efficiently.

Les lagunes côtières sont des écosystèmes très productifs, qui possèdent des propriétés économiques et écologiques importantes. L'étude de la communauté bactérienne est nécessaire, du fait de ses fonctions clés dans ces systèmes côtiers, qui incluent la dégradation de la matière organique et le recyclage des nutriments. L'objectif de cette thèse est d'étudier la diversité temporelle et fonctionnelle de la communauté bactérienne de la colonne d'eau et du sédiment de la lagune du Havre-aux-Maisons, qui est un système exclusivement marin situé aux Îles-de-la-Madeleine dans le Golfe du Saint-Laurent. Une plus grande diversité de bactéries attachées aux particules, que celle libre, fut observée. Les deux communautés étaient phylogénétiquement différentes et leurs distributions temporelles étaient liées à la concentration de matière organique particulaire. Dans le sédiment, une communauté bactérienne quasi-stable au niveau du phylum était reliée à différents cycles biogéochimiques notamment le cycle du soufre. La structure de cette communauté benthique était déstabilisée lors de grosses perturbations comme les tempêtes et une hausse majeure en matière organique. Les données de la réaction en chaine par polymérase (PCR) quantitative ont confirmé l'importance du métabolisme du soufre et de la fixation de l'azote dans le sédiment. Une augmentation dans la concentration de matière organique sous la forme de bio-dépôt de moules influençait très peu l'abondance des gènes exprimés par les bactéries fixatrices d'azote, dénitrificatrices et sulfato-réductrices. Il existe potentiellement un seuil à partir duquel un changement s'opère au niveau de la diversité bactérienne associée à ces gènes. Cette étude a notamment démontré l'importance de la communauté bactérienne comme indicatrice de la composition biochimique des lagunes côtières aussi bien que d'autres types d'écosystèmes avec une haute importance biologique. / Coastal lagoons are productive ecosystems, which are economically as well as biologically important. Bacteria are largely responsible for key ecosystem functions such as organic matter degradation and nutrient recycling, and studies on their diversity and functional roles are necessary to gain knowledge on the overall ecosystem properties. The main objectif of this thesis was to investigate the temporal and functional diversity of the bacterial communities in the water column and in the sediment of the Havre-aux-Maisons lagoon; a strictly marine coastal system located in the Magdalen Islands in the Gulf of St Lawrence, Canada. In the water column, the attached bacterial community was more diverse than the free-living bacterial community and the two communities were phylogenetically different. The temporal changes in communities were linked to the concentration of particulate organic matter. At the phylum level, the sediment bacterial community structure changed little over time. This community was linked to several biogeochemical cycles, in particular to the sulfur cycle. A stable sediment bacterial community structure was altered by major disturbances such as storms and high concentrations of organic matter. Results from quantitative polymerase chain reaction targeting genes coding for enzymes used in nitrogen and sulfur metabolism indicated the importance of sulfur metabolism and potentially nitrogen-fixation in the sediment. An increase in the organic matter concentration in the form of mussel biodeposits had little influence on transcript concentrations of genes involved in denitrification, nitrogen-fixation and sulfate reduction. However there was evidence of an organic loading threshold at which a change in the diversity of the bacteria involved in denitrification and nitrogen-fixation could occur. Overall this thesis demonstrated that bacterial communities are likely good indicators of the biochemical processes in coastal lagoons and similar studies could be applied to other shallow systems.

Une colonisation récente des combes à neige de la toundra forestière par l’épinette noire (Picea mariana) a été observée au Québec subarctique (57° N, 76° O). Par une approche dendroécologique, nous avons daté et reconstruit l’établissement et la croissance des épinettes colonisatrices. Les combes à neige ont été catégorisées selon la densité de la bordure forestière : forestières, semi-forestières et toundriques. Les combes à neige forestières ont la plus forte densité d’épinettes colonisatrices. La colonisation s’accélère depuis le milieu des années 1980. L’analyse de tige révèle que les épinettes établies entre 1980 et 2000 ont une croissance plus rapide que celles établies entre 1960 et 1980. La croissance est corrélée à des températures plus chaudes plus particulièrement pour les mois de juillet et septembre et à une diminution du couvert nival. Si les tendances climatiques demeurent les mêmes, la colonisation des combes à neige par l’épinette noire risque de s’accélérer.

Cette étude a évalué l’effet de scénarios d’aménagement de l’habitat du caribou forestier (Rangifer tarandus) sur la diversité aviaire. Un indice d’occupation de 29 espèces d’oiseaux a été développé à partir d’observations de terrain, puis comparé entre sept paysages simulant différentes répartitions des coupes forestières et deux cycles de rotation de coupe. Alors que la répartition des coupes influençait peu les assemblages d’oiseaux, la diversité aviaire était maintenue davantage après une rotation de 100 ans qu’une de 60 ans. Les assemblages d’espèces attendus après ces deux cycles étaient différents de ceux d’un paysage sans coupe, indiquant qu’un temps de révolution plus court que le cycle de perturbations naturelles affecterait la diversité aviaire. Notre méthodologie permet donc d’évaluer l’impact de stratégies d’aménagement sur la biodiversité avant leur mise en œuvre. Nous avons ainsi pu démontrer que l’aménagement de l’habitat du caribou actuellement préconisé ne suffirait pas à conserver les oiseaux boréaux. / This study assessed the effect of habitat management for the recovery of boreal caribou (Rangifer tarandus) on the diversity of boreal birds. An index of occupancy was estimated for 29 bird species from surveyed data, and then compared among seven simulated landscapes contrasting in cut-block distribution and harvest rotation. Whereas cut-block distribution had little effect on bird assemblages, bird diversity was better maintained under a 100-year harvest rotation than a 60-year rotation. Bird assemblages for both harvest rotations differed significantly from assemblages expected in an uncut landscape, implying that rotations shorter than natural disturbance cycles could affect regional biodiversity. Our method thus allows the assessment of the long-term impact of various management strategies on biodiversity prior their implementation. On this basis, we showed that the current habitat management guidelines for boreal caribou recovery would not be sufficient to conserve bird diversity in the boreal forest.

Les relations source/puits de carbone (C) dans la symbiose mycorhizienne à arbuscules (MA) ont été examinées sous différents aspects. Une première partie éco-physiologique rapporte l’existence d’échanges de C entre espèces végétales en conditions naturelles via des champignons MA répondant à la phénologie différente des plantes impliquées. Deux études physiologiques basées sur le système de «split-root» ont montré que la force de puits de C des champignons MA est dépendante de l’espèce fongique, de la souche fongique, ainsi que de l’hôte végétal. Enfin, une étude écologique se positionnant dans un contexte de perturbation naturelle (verglas) endommageant le houppier d’arbres matures a révélé qu’une mauvaise reprise de croissance post-traumatique peut être associée à des taux de mycorhization racinaire plus élevés que ceux d’arbres à bonne reprise de croissance. En résumé, les besoins en C des champignons MA varient en fonction des espèces impliquées dans la symbiose et du stade phénologique de chacune d’elles. / Different aspects of the carbon (C) source-sink relationships in the arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis were investigated. In an initial ecophysiological-based study carried under natural conditions, the existence of AM fungal mediated C exchanges between plant species with different phenology was reported. Two physiological studies based on a split-root system showed the C sink strength of AM fungi to be fungal species, fungal strain and plant species dependent. Finally, an ecological study carried out subsequently to the ice storm of 1998 (natural disturbance) which severely damaged mature tree crowns revealed that poor post-traumatic crown regrowth was associated with higher mycorrhizal colonization levels than in good regrowth trees. In conclusion, the C demand of AM fungi varies with the species involved in the symbiosis and with the phenological stage and health of the phytobiont. / Inscrit au Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures