Areas outside the distributional boundaries of an introduced predator may be exploited by native prey as refugia from predation. A classic example is the Lake Victoria basin of East Africa where hypoxic (low oxygen) wetlands serve as refugia for some native fishes from introduced Nile perch (Lates niloticus). In this thesis I quantified patterns of wetland refugia use in Lake Nabugabo, Uganda, a satellite of Lake Victoria, to achieve two primary goals: (i) identify peak refugia, where the greatest abundance and richness of native fishes persist, and (ii) directly link hypoxia tolerance of native and introduced fishes to their wetland distributions. A field survey indicated that peak refugia occur at the lake-wetland edge, and that strong edge-related gradients are shaping the fish assemblage structure of wetland habitats. Species richness and diversity were positively related to dissolved oxygen availability, and negatively related to temperature, pH, and vegetation density. Experiments quantifying the behavioural response of fish to progressive hypoxia revealed the highest tolerance to hypoxia in the swamp specialist Pseudocrenilabrus multicolor, when compared with three taxa found at the lake-wetland edge: juvenile endemic haplochromine cichlids, Nile tilapia (Oreochromis niloticus), and Nile perch. Tolerance to hypoxia decreased with increased body size in Nile perch, which may limit penetration of the wetland edge in larger-bodied Nile perch. By establishing a link between physico-chemical gradients and peak refugia our study points to the importance of invader-edge dynamics in determining the outcome of interactions between introduced predators and resident prey. / Les zones hors des frontières de répartition d'un prédateur introduit peuvent être exploitées par des proies indigènes comme refuge contre la prédation. Un exemple classique est le bassin du lac Victoria en Afrique de l'Est, où les zones humides hypoxiques (oxygène faible) servent de refuge pour certaines espèces de poissons indigènes de la perche du Nil (Lates niloticus) introduite. Dans cette thèse, j'ai quantifiée les modes d'utilisation des zones humides dans le lac Nabugabo, Ouganda, un satellite du lac Victoria, afin d'atteindre deux objectifs principaux: (i) identifier les refuges de pointe, où la plus grande abondance et richesse de poissons indigènes persistent, et (ii) relier directement la tolérance à l'hypoxie de poissons indigènes et introduits à leurs distributions dans les zones humides. Une enquête de terrain a indiqué que le refuge de pointe se trouve au bord du lac dans les zones humides, et que la structure des communautés de ces zones est liée aux gradients écologiques. La richesse et la diversité d'espèces étaient positivement liés à la disponibilité d'oxygène dissous, et négativement liés à la température, le pH, et la densité de végétation. Les expériences qui ont quantifier la réponse comportementale des poissons à l'hypoxie progressive ont révélés le plus haut taux de tolérance chez le spécialiste des marais, Pseudocrenilabrus multicolor, en comparaison à trois taxons présents au bord des zones humides: les cichlidés endémiques, la tilapia du Nil (Oreochromis niloticus), et la perche du Nil. La tolérance à l'hypoxie a diminuée selon la taille du corps chez la perche du Nil, ce qui peut limiter la pénétration des zones humides pour ce qui sont grandes. Cette étude démontre l'importance des dynamiques des refuges de pointe en déterminant les interactions entre les prédateurs introduits et les proies résidentes.

In species with complex life cycles such as amphibians, population regulation can occur in one or multiple stages. Density effects in the larval, aquatic stage of the amphibian life cycle have been widely documented, leading many researchers to assume that this is the stage in which amphibian populations are regulated. However, recent evidence suggests that factors affecting survival and reproduction in the terrestrial stage may play a greater role in the growth and decline of amphibian populations than previously thought. I review the evidence for density-dependent population regulation in the terrestrial stage of amphibians and argue that variation in body size may be an important mechanism linking population density to changes in population growth rate (CHAPTER ONE). I used data from a 23-year population survey at Long Point, Ontario and conducted summer growth-rate surveys to examine the body size-abundance relationship in Fowler's Toad (Anaxyrus fowleri). Over the past 10 years of the population survey at Long Point, we observed a significant increase in body size (R² = 0.874, p = <0.001) that was coincident with a previously detected negative trend in abundance. The age structure of this population is highly unstable, but overall the average age is getting older (R² = 0.325, p= < 0.01) (CHAPTER TWO). Somatic growth rates in Fowler's toad toadlets are also highly variable and are significantly inversely correlated with the density of adults (R² = 0.98, p = 0.010) (CHAPTER THREE). The single most important factor influencing average body size on a long time-scale is abundance (R² = 0.713, p = <0.001) (CHAPTER FOUR). Therefore, body size variation in these toads is likely related to density-dependent resource availability for growth in the terrestrial stage. / Pour des espèces ayant des cycles de vie complexes tels les amphibiens, la régulation de leur population peut se produire dans un ou plusieurs stades. Les effets de la densité au stage larvaire aquatique du cycle de vie de l'amphibien ont été largement documentés amenant plusieurs chercheurs à assumer que c'est à ce stage que la régulation de leur population se produit. Toutefois, des preuves récentes suggèrent que des facteurs affectant la survie et la reproduction au stage terrestre peuvent jouer un plus grand rôle dans la croissance et le déclin de la population des amphibiens contrairement à ce que l'on pensait auparavant. Je fais la revue de la preuve de la régulation de la population qui dépend de la densité au stage terrestre des amphibiens et j'argumente que la variation de la masse corporelle pourrait être un mécanisme important reliant la densité de la population aux changements du taux de croissance de la population (CHAPITRE UN). J'ai utilisé les données d'un relevé de la population sur une période de 23 ans à Long Point, Ontario et mené des relevés du taux de croissance durant l'été afin d'examiner la relation entre la dimension et la masse corporelle du crapaud de Fowler (Anaxyrus fowleri). Durant les 10 dernières années du relevé de la population à Long Point, nous avons remarqué une augmentation significative de la masse corporelle (R² = 0.874, p = <0.001) qui coïncidait avec une tendance négative de leur abondance détectée précédemment. La structure de l'âge de cette population est très instable, mais dans l'ensemble la moyenne d'âge est plus vieille (R² = 0.325, p= < 0.01) (CHAPITRE DEUX). Les taux de croissance somatiques des petits du crapaud de Fowler sont hautement variables et inversement corrélatifs à la densité des adultes (R² = 0.98, p = 0.010) (CHAPITRE TROIS). Le seul facteur d'importance qui influence la dimension corporelle moyenne sur une longue période c'est l'abondance (R² = 0.713, p = <0.001) (CHAPITRE QUATRE). Ainsi, la variation de la dimension corporelle de ces crapauds est vraisemblablement reliée à la croissance somatique laquelle dépend de la densité au stage terrestre.

Biological invasions are a major component of global environmental change and are increasing in frequency. Most community-level impact studies of invasions are concerned with interactions between exotic and native species. However, interactions among exotic species are becoming increasingly common, potentially altering their respective impacts on invaded ecosystems. This research identifies one possible outcome of such interactions: the growing phenomenon of 'exotic species replacement', whereby a newly arriving exotic species surpasses the abundance of a functionally similar incumbent exotic species. This phenomenon is explored here using two Eurasian dreissenid bivalves that invaded the St. Lawrence River in the early 1990s, the zebra mussel (Dreissena polymorpha) and quagga mussel (D. bugensis). I review the general replacement pattern of the zebra mussel by its congener, and examine environmental factors and life history traits that mediate this replacement in a navigational canal connected to the river. Since the 1990s, quagga mussels have replaced the zebra mussel as the dominant dreissenid mussel, but the contemporary adult distribution and abundance is spatially structured: quagga mussels dominate the deep zone, while zebra mussels remain common in the shallow margins of the canal. Field surveys and in situ field experiments are used to examine the relative importance of pre-settlement, settlement and post-settlement processes, in the context of life history trade-offs and environmental gradients, in determining patterns of adult mussel distribution and abundance. Despite the potential importance of larval supply and behavior, including substrate selection at settlement, none of these processes determined adult dreissenid distribution and abundance. Rather, the main determinants were post-recruitment processes involving condition-specific competition. Adult zebra mussels generally had lower body condition, growth, shell length, and survivorship than quagga mussels, and these differences were most pronounced in the deep zone of the canal. This case highlights the importance of subtle differences in life history and abiotic tolerances among closely-related species in understanding changing patterns of distribution and abundance in an invaded community. / Les invasions biologiques sont une composante majeure des changements environnementaux au niveau mondiale et leurs fréquences continuent à augmenter. La plupart des études sur l'impact des invasions à l'échelle communautaire s'intéressent principalement aux interactions entre les espèces exotiques et indigènes. Par contre, on observe de plus en plus des interactions entre des espèces exotiques, ce qui pourrait modifier leurs impacts respectifs sur les écosystèmes envahis. Cette recherche a pour but d'examiner le 'remplacement d'espèces exotiques', un phénomène par lequel l'abondance d'une espèce exotique nouvellement arrivée surpasse l'abondance d'une espèce exotique déjà présente et dominante, qui possède également une similarité fonctionnelle. Ce phénomène est exploré ici à l'aide de deux bivalves Eurasiennes de la famille des Dreissenidés qui ont envahi le fleuve Saint-Laurent au début des années 1990, la moule zébrée (Dreissena polymorpha) et la moule quagga (D. bugensis). J'examine le schéma général de remplacement de la moule zébrée par son congénère dans un canal de navigation relié au fleuve. J'examine également les facteurs environnementaux et les traits d'histoire de vie de ces moules qui peuvent influencer se remplacement. Depuis les années 1990, la moule quagga a remplacé la moule zébrée en tant que le dreissenidé dominant. Par contre, la distribution et l'abondance contemporaines des adultes sont structurées de façon spatiale: les moules quagga dominent la zone profonde, tandis que les moules zébrées demeurent communes dans la région peu profonde du canal. Des études sur le terrain et des expériences in situ ont été utilisées pour examiner l'importance relative des processus de pré-établissement, d'établissement et de post-établissement, sur la distribution et l'abondance des moules adultes. Malgré l'importance potentielle de l'approvisionnement et du comportement larvaire, y compris la sélection du substrat durant l'établissement, aucun de ces processus ne joue un rôle important dans la détermination de l'abondance et la distribution des dreissenidés adultes. Plutôt, les principaux facteurs déterminants étaient les processus de post-recrutement impliquant la compétition mediée par l'environnement. En générale, la condition, la croissance, la longueur de coquille et la survie des moules zébrées adultes étaient inférieures à celles des moules quagga, et ces différences étaient plus prononcées dans la zone profonde du canal. Cette étude met en valeur l'importance des différences subtiles des traits d'histoire de vie et des tolérances abiotiques d'espèces étroitement liées dans la compréhension des schémas changeants de distribution et d'abondance d'individus dans les communautés envahies.

Humans are now undoubtedly a potent evolutionary force, yet we still know relatively little about the extent and potential consequences of human-induced phenotype change in nature. My doctoral research explores phenotypic responses to two stressors that constitute major threats to freshwater communities worldwide: fishing and the introduction of non-native species. In a quantitative review, I find that fishing appears to be a ubiquitous driver of contemporary life history change in commercial fish stocks, and is significantly associated with declining size and age at maturity in the majority of global stocks for which long-term phenotypic data are available. For the remainder of the dissertation, I focus on Rastrineobola argentea, a commercially-important cyprinid fish endemic to the Lake Victoria basin (East Africa) that has been subject to multiple anthropogenic stressors over the past half century, yet still thrives in Lake Victoria. In each chapter, I exploit spatial and temporal variation in the presence of fishing and an introduced predator (the Nile perch, Lates niloticus) to test for phenotypic responses to these two stressors. My first major finding is that R. argentea populations that had been subjected to fishing and Nile perch predation generally show reductions in mean body size and length at maturity, and increases in size-specific reproductive investment, relative to unperturbed populations. These trends are consistent with global patterns of fisheries-induced change, and also with predictions from life history theory. Second, I find some evidence that the Nile perch may also have driven changes in overall body morphology, in a direction that would be expected to improve burst swimming ability, although these effects are subtle, and context-dependent. Third, I find some evidence for cascading effects of the Nile perch introduction on the diet and trophic morphology of R. argentea through time, but not across space. Taken together, my results suggest that contemporary phenotypic change has likely played an important role in R. argentea's persistence in the face of multiple stressors in Lake Victoria. The rate and direction of change in life history traits; however, raises concerns for the sustainability of the R. argentea fishery, now the most important (by mass) in Lake Victoria. This work provides critical insights for management of the R. argentea stock in Lake Victoria, and also broadens our understanding of global patterns of human-induced phenotypic change. / Alors qu'il est désormais clair que les activités humaines soient une force évolutive importante, on ne sait toujours que relativement peu de la généralité et des conséquences potentielles des changements phénotypiques de nature anthropogène. Ma recherche de doctorat explore les changements phénotypiques associés à deux perturbations anthropiques qui menacent fortement les communautés aquatiques dans le monde entier: la pêche et l'introduction d'espèces exotiques. Dans une revue de littérature quantitative, je montre d'abord que la pêche est une cause commune de changement contemporain dans les traits d'histoire de vie des populations de poissons exploitées commercialement: la pêche est significativement associée à une réduction de la taille et de l'âge à la maturité au sein des stocks globaux pour lesquels des données phénotypiques à long terme sont disponibles. Pour le reste de ma thèse, je me concentre sur Rastrineobola argentea, un poisson cyprinidé commercialement important et endémique au basin du lac Victoria, en Afrique de l'Est. R. argentea, bien que toujours abondant dans le Lac Victoria, a été soumis à de multiples perturbations anthropiques au cours du dernier demi-siècle. Dans chaque chapitre, j'utilise la variation spatiale et temporelle dans l'intensité de pêche et la présence d'un prédateur introduit (la perche du Nil, Lates niloticus) pour mettre en évidence des réponses phénotypiques à ces deux perturbations. Mon premier résultat principal est que les populations de R. argentea qui ont été soumises à la pêche et à la prédation par la perche du Nil montrent une réduction de la taille et de la taille à la maturité et une augmentation de l'effort reproducteur relatif. Ces résultats sont en accord autant avec les changements phénotypiques mondiaux associés à la pêche commerciale qu'avec les prédictions de la théorie des traits d'histoire de vie. Deuxièmement, je montre des résultats qui suggèrent que la perche du Nil ait aussi causé des changements dans la morphologie générale de R. argentea. Ces changements vont dans la direction prévue car ils pourraient améliorer l'habileté de R. argentea à nager rapidement; par contre, ces effets sont subtils et dépendent du contexte. Finalement, j'obtiens des résultats montrant un effet indirect de l'introduction de la perche du Nil sur le régime alimentaire et la morphologie trophique de R. argentea à travers le temps (mais pas à travers l'espace). Ensemble, ces résultats suggèrent que les changements phénotypiques contemporains aient joué un rôle important pour la persistance de R. argentea dans le Lac Victoria en dépit de multiples perturbations anthropiques. Par contre, la magnitude et la direction des changements dans les traits d'histoire de vie sont inquiétantes pour la durabilité de la pêcherie de R. argentea, maintenant la plus considérable de la région. Cette thèse arrive à des conclusions importantes à la fois pour la gestion de la pêche de R. argentea dans le lac Victoria que pour notre compréhension des patrons mondiaux de changement phénotypique anthropogène.

The freshwater shrimp Hemimysis anomala is a recent Ponto-Caspian invader of the Great Lakes – St. Lawrence River basin. Based on its invasion history, high predation rate and the naiveté of the ecosystems in which it has been introduced, it has the potential to exert strong impacts on native food webs. Risk assessment and effective monitoring of the spread of this invader require information about the environmental factors that limit its local abundance and distribution. A literature review suggests that H. anomala has broad environmental tolerances but may be limited by low water conductivity levels, high local flow, and low dissolved oxygen. An empirical model derived from results of a field study in the St. Lawrence River identified specific conductivity and shoreline heterogeneity as important predictors of H. anomala occurrence and abundance across sites. The relationship between conductivity and H. anomala occurrence is further supported by experimental evidence that demonstrates lower functional responses at lower conductivity levels. Distance from shore and depth were also good predictors of H. anomala abundance, which was maximal in areas close to shore and at depths above 2 m. / La crevette d'eau douce Hemimysis anomala est une espèce envahissante provenant de la région Ponto-Caspienne qui a été découverte récemment dans le bassin des Grands Lacs et du fleuve Saint-Laurent. En raison de ses fortes tendances envahissantes, de son taux de prédation élevé et de la naïveté des écosystèmes dans lesquels elle a été introduite, elle pourrait avoir des impacts considérables sur les réseaux alimentaires locaux. Afin d'évaluer les risques et de surveiller de manière efficace la dispersion de cette espèce, point est besoin d'avoir accès à de l'information sur les facteurs environnementaux qui limitent son abondance locale et sa distribution. Une recension de la littérature suggère que H. anomala fait preuve de tolérance environnementale, mais qu'une basse conductivité d'eau, de hauts courants locaux et une basse concentration d'oxygène dissous peuvent diminuer cette tolérance. Un modèle empirique, mis au point à partir des résultats d'une étude de terrain menée dans le fleuve Saint-Laurent, démontre que la conductivité spécifique et l'hétérogénéité du rivage constituent des facteurs de prédiction de la présence et de l'abondance de H. anomala à travers les sites. La relation entre la conductivité de l'eau et la présence de H. anomala est, en outre, soutenue par des preuves expérimentales qui mettent en exergue une réponse fonctionnelle réduite à de bas niveaux de conductivité. La distance du rivage et la profondeur sont aussi de bons indices d'abondance de H. anomala; la concentration de crevettes atteint d'ailleurs son point le plus haut près du rivage et à plus de deux mètres de profondeur.

Effective wildlife management and conservation is based on a sound understanding of ecological processes that operate on multiple temporal and spatial scales and how these processes affect populations. For forest carnivores such as American martens (Martes americana) that have large space requirements, are sensitive to landscape changes, and are closely linked to prey populations, multi-scale studies have the potential to provide useful information for conservation. However, the challenges of collecting data over long time series and broad landscapes are significant. Here, I apply harvest and field-based data to investigate aspects of marten ecology at multiple scales in a northern hardwood forest system. I investigated temporal trends in the relationship among mast-producing trees, small mammal relative abundance, and marten and fisher (Martes pennanti) harvests. A large proportion of the annual variation in harvest success rates for both species could be explained by models including American beech seed production (Fagus grandifolia) as a key predictor variable. Based on these results I hypothesized that marten space use was inversely related to mast crop production (resulting in differential vulnerability to trapping) and tested this hypothesis using location data from radio collared martens. Autumn/winter home range area and daily movement rates differed among years and were greater in mast failure years than those when mast was produced followed by typical winter conditions. However, differences in these metrics were not significant between mast failures and a year when large mast crops were produced followed by a mild winter with reduced snowfall. Thus, the influence of food abundance on marten space use appears to be mediated by winter conditions such as snow depth. Additionally, I investigated marten resource selection at multiple spatial scales within the southern portion of the Northern Appalachians ecoregion (NAP) to better understand 1.) environmental variables constraining the distribution of martens at the southern extent of their range in eastern North America (i.e., first-order species distribution model; SDM), 2.) variables influencing distribution on a more localized landscape (second-order), and 3.) selection of specific forest stand types within home ranges. Of the 3 spatial scales that I examined, martens exhibited the strongest selection at the ecoregional-scale and results supported the hypothesis that a combination of factors including competition with fishers, forest structure/complexity, and land cover were the primary drivers influencing marten distribution in this landscape. In particular, annual snowfall had the greatest relative contribution to the models (42.2-46.3%) and marten presence was associated with mean annual snowfall ≥ 230 cm. These results supported previously hypothesized mechanisms involving relationships among fishers, martens, and snow. Lastly, I discussed how harvest monitoring data can be used to further our understanding of marten-fisher interactions and provided examples of the use of the SDM as a conservation tool. Research presented here identifies novel and unexpected ecological connections among mesocarnivores, small mammals, forest seed production, and snow cover that will assist with the continuation of sustainable harvests and conservation of martens within the northeastern U.S. and southeastern Canada. / La gestion et la conservation efficaces de la faune sont basées sur une bonne compréhension des processus écologiques qui opèrent à de multiples échelles spatiales et temporelles et de comment ces processus affectent les populations. Pour les carnivores forestiers, tel que la martre d'Amérique (Martes americana), qui ont besoin de grands espaces, qui sont sensibles aux changements de paysage, et qui sont liés de très près à leurs proies, les études à multiples échelles ont le potentiel d'apporter de l'information utile pour la conservation. Cependant, la collecte de données sur de longues périodes et de vastes paysages représente des défis importants. J'applique ici des données de récolte et de terrain pour examiner des aspects de l'écologie de la martre à de multiples échelles dans une forêt de feuillus à bois dur nordique. J'examine les tendances temporelles dans la relation entre les arbres à paisson, l'abondance relative des petits mammifères, et la récolte de martres et pékans (Martes pennanti). Une large proportion de la variation annuelle du taux de succès de récolte pour les deux espèces a pu être expliquée par des modèles incluant la production de faines d'hêtre à grandes feuilles (Fagus grandifolia) comme variable clé. Basé sur ces résultats, j'ai fait l'hypothèse que l'utilisation de l'espace chez la martre est inversement reliée à la paisson (résultant en une différence de vulnérabilité à la capture) et j'ai testé cette hypothèse en utilisant des données de localisations provenant de martres avec des colliers radio-émetteurs. Les domaines vitaux et les taux de mouvements journaliers automne/hiver différaient entre les années et étaient plus grands lors de faibles paissons que lors de paissons abondantes suivies par des conditions hivernales typiques. Cependant, les différences de ces mesures n'étaient pas significatives entre les faibles paissons et une année avec une paisson abondante suivie d'un hiver doux avec moins de neige. Ainsi, l'influence de l'abondance de nourriture sur l'utilisation de l'espace chez la martre semble être interposée par les conditions hivernales, telle que l'épaisseur de la neige. De plus, j'ai examiné la sélection de ressources chez la martre à de multiples échelles spatiales dans la portion sud de l'écorégion Appalachienne Nord (APN) pour mieux comprendre 1) les variables environnementales qui contraignent la répartition des martres à l'extrême sud de leur distribution nord-américaine de l'est (à savoir, modèle de distribution d'espèce de première ordre; MDE), 2) les variables influençant la distribution de façon plus localisée dans le paysage (deuxième ordre), et 3) la sélection de peuplements forestiers spécifiques dans les domaines vitaux. De ces trois échelles spatiales que j'ai examinées, les martres démontrent la plus forte sélection à l'échelle éco-régionale et les résultats ont supporté l'hypothèse qu'une combinaison de facteurs, incluant la compétition avec les pékans, la structure/complexité forestière, et la couverture du sol sont les conducteurs primaires qui influencent la distribution de la martre dans ce paysage. En particulier, la chute de neige annuelle a eu la plus grande contribution relative dans les modèles (42.2-46.3%) et la présence de martres a été associée avec une chute de neige annuelle moyenne ≥ 230 cm. Ces résultats supportent les mécanismes de l'hypothèse précédente impliquant les relations entre les pékans, les martres, et la neige. Finalement, j'ai discuté de comment les données de suivi de récolte peuvent être utilisées pour comprendre davantage les interactions martre-pékan et ont fourni des exemples d'utilisation de MDE comme outil de conservation. La recherche présentée ici identifie des connections écologiques nouvelles et inattendues entre les mesocarnivores, les petits mammifères, la production forestière de graines, et le couvert de neige qui aideront à la continuation de récolte et de conservation durables des martres.

Reproductive timing often affects reproductive success. Plants and animals in a multitude of habitats time reproduction to coincide with environmental conditions that are conducive to fertilization or offspring growth and survival. Many marine organisms time the release of planktonic larvae with large amplitude nocturnal tides. These conditions sweep the newly hatched offspring away from shore, and high densities of predators, while diurnally feeding predators are inactive. Experimental work has supported the hypothesis that these strong cycles of reproduction are driven by the avoidance of predators. However, how planktonic predation risk varies across interacting environmental cycles remains unclear. I used tethered adult and larval brine shrimp to assess the risk of predation across diel, tidal amplitude and seasonal cycles (upwelling vs. nonupwelling). The proportion of prey items lost was higher during the day than at night for larvae, but showed the opposite trend for adults. On the Pacific coast of Panama, the pattern of higher diurnal predation on larvae remained consistent across seasons, but risk increased overall during upwelling. Thus, the release of larvae at night should indeed increase early larval survival. Matching reproductive timing with particular times in environmental cycles may be hampered by the inverse effect of temperature on developmental rate. For brooding organisms that reproduce across seasonal changes in temperature, changes in incubation period will result in errors in timing of larval release if adjustments to temperature are not made. Using laboratory and field experiments, I examined the effect of temperature and temperature variation on the timing of larval release of two species of fiddler crabs both of which usually release larvae during large amplitude nocturnal tides. I found that Uca terpsichores maintained timing in the field during low but constant temperature but made errors in timing when temperature varied during incubation. Uca deichmanni maintained accurate and precise timing of larval release in the field despite variable temperature but released larvae late in cold conditions in the lab. To determine whether these species reduce temperature-induced timing errors by shifting when they mate, I measured courtship intensity across seasonal temperature changes at field sites with different thermal properties. Both species exhibit strong cycles of courtship linked with tidal amplitude that result in their strong cycles of larval release. I found that courtship cycles and tidal amplitude for U. deichmanni remained strongly correlated across spatial and temporal differences in temperature. In contrast, the relationship between courtship and tidal amplitude for U. terpsichores changed across sites and with seasonal temperature variation. U. terpsichores respond to temperature variation by changing when they mate while U. deichmanni do not. Predictions for the effect of climate change on seasonal upwelling of cold water include increased variability and increased intensity in upwelling. The predictive nature of adjustment by U. terpsichores means that they may be more vulnerable to timing errors with increased temperature variability while behavioural adjustments by U. deichmanni during incubation may make them more vulnerable to increased intensity of upwelling. The combination of timing errors that result from upwelling induced temperature variation and the seasonal increase in predation risk during upwelling may have significant impacts on early larval survival. / Le moment de reproduction a souvent une influence sur le succès reproducteur. Chez les plantes et les animaux, plusieurs espèces provenant de divers habitats synchronisent leur reproduction avec les conditions environnementales favorables à la fertilisation ou à la croissance et la survie de leur progéniture. Plusieurs organismes marins adaptent la libération de leurs larves planctoniques aux marées nocturnes de plus grande amplitude. Lors de ces marées, les larves récemment écloses sont éloignées du rivage, où l'on retrouve la plus forte densité de prédateurs potentiels, et échappent également aux prédateurs diurnes. Jusqu'à présent, des études expérimentales ont soutenu l'hypothèse que les périodes de reproduction étaient déterminées par l'évitement des prédateurs. Cependant, malgré l'importance des effets de la prédation sur le rythme de vie des organismes marins, l'impact d'autres facteurs environnementaux cycliques pouvant avoir des effets sur le risque de prédation n'a pas été démontré. Afin d'étudier cette possibilité, j'ai utilisé des artémies adultes et au stade larvaire comme proies afin d'évaluer le risque de prédation à travers les cycles journaliers, saisonniers et d'amplitude des marées (remontée d'eau vs. non-remontée d'eau). Mes résultats ont démontré que la proportion de proies perdues lors de ces expériences variait de façon significative entre le jour et la nuit, ainsi qu'entre le type de proie (adulte ou larve). Pour les adultes artémias, le risque de prédation était plus grand la nuit que durant le jour ; contrairement aux larves où leur risque de prédation était plus grand le jour. Sur la côte Pacifique du Panama, le cycle journalier des larves artémias s'est maintenu de manière constante à travers les saisons mais le risque de prédation a augmenté durant la période de remontée d'eau. En conséquence, le taux de survie des larves primitives devrait augmenter si les périodes de reproduction sont contrôlés avec précision. Cependant, le fait de synchroniser le cycle de reproduction avec des périodes optimales dans des cycles environnementaux peut être entravé par l'effet inverse que la température peut avoir sur le rythme de développement. Pour les espèces ovipares se reproduisant à l'année, donc sujets à des variations de température, des ajustements doivent être faits quant à la période d'incubation, sinon cela pourrait entraîner des erreurs au niveau du moment propice à la libération des larves. En combinant des expériences en laboratoire et sur le terrain, j'ai examiné l'effet de la température et des variations de température sur le moment de libération des larves de deux espèces de crabes violonistes qui normalement libèrent leurs larves lors des marées du printemps. Mes résultats ont montré que, sur les sites de recherche, l'espèce Uca terpsichores a maintenu le bon moment de libération des larves lors des périodes constantes de basses températures, mais que des erreurs ont été observées lorsque le changement de température se produisait durant la période d'incubation. La seconde espèce, U. deichmanni, a su maintenir le bon moment de libération des larves sur les sites de recherche, et ce malgré des changements de température, mais un délai dans la libération des larves a été observé dans des conditions de basse température en laboratoire. Afin de déterminer si ces deux espèces réduisent l'effet des erreurs causées par les changements de température sur la libération des larves en modifiant le moment de l'accouplement, j'ai mesuré l'intensité de la parade (cour) durant les changements saisonniers de température dans plusieurs sites de recherche ayant différentes conditions thermiques. Les résultats montrent que le cycle de cour des deux espèces est fortement lié aux cycles et aux amplitudes des marées et il semble que cela ait un effet important sur le moment de libération des larves.

Climate change encompasses not only global changes in temperature, but also changes in precipitation, variability, and large-scale shifts in conditions to higher latitudes and altitudes. Many species respond by following suitable environmental conditions to new locations, but the necessary dispersal may not be possible on landscapes fragmented by anthropogenic land-use. This non-additive interaction is poorly understood, particularly in the boreal forest, whose extensive circumpolar distribution and large pool of soil carbon have the potential to feedback to global climate. These forests take up atmospheric carbon through primary production, which is often limited by nitrogen, and release carbon through decomposition, which may be sensitive to changes in temperature, precipitation, or biotic communities. Nitrogen-fixing cyanobacteria in symbiotic association with feather mosses may reduce nitrogen-limitation, but the environmental and biotic factors controlling them have only recently begun to be explored.I used a two-year field experiment near the northern limit of the boreal forest in northern Quebec, Canada, to assess the impacts of habitat fragmentation and simulated climate change treatments on model moss ecosystems. I measured treatment effects on microarthropod and symbiotic cyanobacteria communities associated with the feather moss Pleurozium schreberi, as well as ecosystem processes of nitrogen-fixation, moss growth, and decomposition within the bryosphere (comprising the moss layer and associated biota). The experiment showed that N-fixation was positively affected by moisture conditions, but negatively affected by available nitrogen. N-fixation was only weakly related to cyanobacteria density, which was unaffected by experimental treatments. Moss growth stopped by the second year of drought, leading to net biomass loss, due to rates of decomposition exceeding moss productivity. Microarthropod abundance and richness also declined under drought conditions, but only in isolated patches, suggesting that dispersal is able to maintain populations in the face of environmental stress. This reveals the predicted synergistic effects of climate change and fragmentation: the combined effects are greater than the sum of individual effects. The results of this long-term field experiment highlight the overall importance of water availability in the bryosphere, and the strength of environmental controls on ecosystem processes, even in such a biodiverse system. / Les changements climatiques incluent non-seulement les changements de température au niveau planétaire, mais également les changements au niveau des précipitations et variabilité, ainsi que le déplacement à grande échelle des conditions aux altitudes et latitudes élevées. Plusieurs espèces ont comme réaction à ces modifications de suivre les conditions environnementales plus propices à de nouvelles locations. Mais les déplacements nécessaires peuvent être impossibles sur des paysages divisés par l'utilisation anthropique des terres. Cette interaction non-additive demeure incomprise, particulièrement dans la forêt boréale dont sa répartition circumpolaire étendue et sa grande quantité de carbone dans le sol créent un potentiel de rétroaction au climat planétaire. Ces forêts absorbent le carbone atmosphérique par la production primaire, laquelle est souvent limitée par la disponibilité en azote. Elles relâchent également le carbone par un processus de décomposition, lequel est influencé par les changements de température, de précipitation et les communautés biotiques présentes. Les cyanobactéries fixatrices d'azote en symbiose avec les hypnes peuvent réduire les limites induites par l'azote. Cependant, les facteurs environnementaux et biotiques les contrôlant sont étudiés depuis peu.Afin d'examiner les effets de la fragmentation des habitats et des traitements simulés des changements climatiques sur des modèles d'écosystème de mousse, j'ai effectué une expérience de terrain d'une durée de deux ans, qui s'est déroulée près de la limite nordique de la forêt boréale au Québec. J'ai évalué la réponse des communautés de microarthropodes et de cyanobactéries symbiotiques, associées à Pleurozium schreberi, à ces traitements, ainsi que les processus écosystémiques de fixation de l'azote et la croissance et la décomposition à l'intérieur de la bryosphère (incluant la couche de mousse et le biote associé). L'expérience a démontré que la fixation de l'azote est positivement influencée par les conditions d'humidité, mais négativement influencée par la disponibilité de l'azote. La fixation de l'azote n'est que faiblement reliée à la densité et diversité des cyanobactéries, lesquelles n'ont pas été perturbées par les traitements expérimentaux. La croissance des mousses s'est arrêtée à la deuxième année de sécheresse, menant à une perte nette de biomasse causée par un taux de décomposition excédentaire à la production de mousse. L'abondance et la richesse des microarthropodes diminuent également sous des conditions de sécheresse, mais seulement à des endroits isolés. Cela suggère que la dispersion est apte à maintenir les populations même lors de stress environnementaux. Cela confirme également les effets synergiques prédits des changements climatiques et de la fragmentation des habitats : les effets combinés sont plus amples que la somme des effets individuels. Les résultats de cette expérience à long terme soulignent l'importance de la disponibilité de l'eau dans la bryosphère ainsi que l'influence des contrôles environnementaux sur les processus environnementaux, et cela même dans un environnement aussi diversifié.

It is expected that climate change will influence the distribution of a number of species. As some of these species are disease vectors, changes are also expected to occur in the distribution of disease risk areas, which influence the disease transmission risk to human populations. In this thesis I describe the potential influence of climate change on the white-footed mouse distribution (Peromscus leucopus), a range that is expanding within Québec. The white-footed mouse is an important zoonotic reservoir for the Lyme disease pathogen (Borrelia burgdorferi) and is a vector of the disease's principal host: the black-legged tick (Ixodes scapularis). My results provide information to guide intervention activities and to target sites for disease surveillance. I first characterize, based on published literature, the environmental, geographical, and climatic determinants of the current range of the mouse. I then use Ecological Niche Factor Analysis to explore the influence of climate on the distribution of the white-footed mouse in Québec. Finally, I model the mouse's current fundamental niche at its northeastern range limit, using a combination of habitat-niche models from BIOMOD, and estimate its future expansion along three scenarios of projected climate change. I conclude by,predicting a potential expansion of the range of the white-footed mouse into most of the province of Québec by 2050, as a result of warmer and shorter winters. / Il est estimé que les changements climatiques auront une incidence profonde sur la distribution des espèces animales. Déjà, les impacts sont observés chez certains vecteurs de maladies qui migrent vers de nouveaux territoires, ayant des conséquences sur le risque de transmission des maladies chez les humains. Dans cette thèse, j'étudie le cas de la souris à pattes blanches (Peromyscus leucopus), dont le nombre de sites de présence augmente au sud de la province de Québec depuis les dernières années. La souris à pattes blanches est un acteur important dans le processus de transmission des pathogènes de la maladie de Lyme (Borrelia burgdorferi) de la tique à pattes noires (Ixodes scapularis) à l'humain.Les résultats obtenus fournissent donc des informations essentielles afin de guider les activités de prévention de la maladie de Lyme, et cibler les cites de surveillance. Je révise tout d'abord par une revue de la litterature, les facteurs potentiels environnementaux, géographiques et climatiques qui influencent la distribution de l'espèce à la limite nord de sa distribution. Je performe ensuite une analyse factorielle de la niche afin de mieux comprendre l'influence potentielle de variables climatiques sur la distribution de la souris à pattes blanches au Québec. Finalement, je modélise la niche fondamentale de l'espèce pour le temps présent en utilisant une combinaison de modèles de niche construite dans BIOMOD, et estime son expansion future selon trois scénarios de projections de changements climatiques. J'évalue, à partir de mes résultats, une expansion potentielle de la distribution de la souris à pattes blanches dans l'ensemble de la province du Québec d'ici 2050;un phénomène principalement lié à des hivers plus cléments et plus courts.

The Asian clam, Corbicula fluminea, is a freshwater bivalve that has recently invaded artificially heated waters downstream of the Gentilly-2 nuclear power plant in the St. Lawrence River. C. fluminea is one of the world's most invasive molluscs, owing to its ability to rapidly establish dense populations in new areas. Its physiological requirements have apparently restricted its global distribution to waterbodies whose temperatures remain above 2ºC throughout the year; however, recent invasions suggest that the clam may be adapting to lower temperatures. Using published data, I have identified patterns of the distribution and population densities of C. fluminea in artificially heated and natural (non-heated) waterbodies. Densities of C. fluminea populations do not differ between artificially heated and non-heated waters, but exhibit a positive trend with latitudinal distance such that peak densities occur in middle latitudes. The occurrence of C. fluminea in United States rivers below 40oN is positively correlated with human population density. At local scales within the St. Lawrence River, temperature, flow velocity, turbidity and depth were identified as factors that affect the distribution and density of C. fluminea. Furthermore, the clam was restricted to sites within the thermal plume of the Gentilly-2 power plant, and its body condition and reproductive status varied in time and space. The presence of C. fluminea in St. Lawrence River raises the question of whether the species can use the thermal plume to adapt to colder conditions and spread further in the river, especially as warming trends continue. / La petite corbeille d'Asie, Corbicula fluminea, est un bivalve subtropical d'eau douce qui a récemment envahi la panache thermique de la centrale nucléaire Gentilly-2 (CNG2) du fleuve Saint-Laurent. C. fluminea est un des mollusques les plus envahissant du monde, en raison de sa capacité rapide à former de nouvelle population dense. Ses besoins physiologiques semblent limiter sa distribution mondiale à des plans d'eau maintenant une temperature de plus de 2ºC au courant de l'année; néanmoins, des envahissements récents suggèrent que la palourde s'adapte à des températures plus basses. Utilisant des donnés publiés, j'ai identifié des types de distribution et de densité de C. fluminea dans des eaux chauffés artificiellement et non-chauffés. Les densités de C. fluminea ne diffèrent pas entre les deux types d'eau, mais démontrent une relation positive avec la distance latitudinal, où les densités maximales sont atteintes aux latitudes centrale. La présence de C. fluminea dans les rivières Américaines se situant au sud du 40ºN est positivement corrélée avec la densité de la population humaine. À l'échelle locale du fleuve Saint-Laurent, la température, le courant d'eau, la turbidité et la profondeur ont été identifiés comme facteurs affectant la distribution et la densité de C. fluminea. De plus, la palourde était limitée aux sites du panache thermique de la CNG2, et sa condition et son statut réproductif varient en temps et espace. La présence de C. fluminea dans le fleuve Saint-Laurent soulève des questions sur la possibilité de l'espèce d'utiliser la panache thermique afin de s'adapter à des conditions plus froides surtout si les tendances de réchauffement continuent.