The rapid pace of anthropogenic global change threatens global biodiversity and the integrity of ecosystems. It is now paramount to understand how organisms can adapt to these changes. Here, I review the literature on the genetic nature of stress responses in Drosophila and bacteria. Then I test how yeast populations adapted to a particular stressor, salt, can resist related stressors which they have not experienced in their recent past, freezing and sorbitol. We found that lines adapted to high salinity did not show increased resistance to sorbitol and freezing. Finally, again with yeast subjected to high salinity, I exposed populations to extremely stressful and continually deteriorating conditions to investigate how adaptation occurs. We found that beneficial mutations started to spread at intermediate stress intensities. We also found that larger populations adapt more rapidly to stress, both because they possess more beneficial mutations and because these mutations have a larger effect on growth. This research will help us understand how population can avoid extinction through adaptation and continues to stress the importance of maintaining large population to allow species survival in a changing environment. / Les changements anthropogéniques menacent la biodiversité et l'intégrité des écosystèmes à une échelle globale. Il est donc maintenant essentiel de comprendre comment les êtres vivants peuvent s'adapter à ces changements. Ici, je commence par présenter l'état de la recherche concernant la réponse génétique de la drosophile et des bactéries à l'imposition d'un stress. Je montre ensuite comment j'ai testé la capacité de croitre d'une population adapté à un stress donné, le sel, quand ces populations sont soumis à des stress similaires, la congélation et le sorbitol. J'ai constaté que l'adaptation au sel ne confère pas une plus grande résistance à la congélation ou au sorbitol. Finalement, encore avec la levure soumise à des conditions salées, j'ai exploré comment les populations s'adaptent à un stress important qui augmente continuellement. J'ai découvert que les mutations avec un effet bénéfique prenaient de l'importance dans la population à des niveaux de stress intermédiaires. J'ai aussi découvert que les populations plus nombreuses s'adaptaient plus rapidement parce qu'elles avaient un plus grand nombre de mutations à effet bénéfique et qu'en plus, l'effet de ces mutations était plus grand dans ces grandes populations. Ces recherches nous informent sur le processus d'adaptation et rendent clair une raisons de plus pour laquelle une grande population augmente les chances de survies de l'espèce dans un environnement changeant.

Introduced predators can have strong negative effects on native prey populations; the severity of this impact can be greater than that of native predators and can change with multiple predator introductions. I examined relationships between native fish assemblages and five widely introduced piscivorous fishes: largemouth bass Micropterus salmoides, northern pike Esox lucius, rock bass Ambloplites rupestris, smallmouth bass Micropterus dolomieu and walleye Sander vitreus. Analysis of data from over 9000 lakes in Ontario, Canada, revealed that the presence of these piscivores reduces prey species richness, and that the magnitude of this impact varies with predator species and predator richness. There was no difference in the effects of introduced and native smallmouth bass populations on prey richness. Results from a multi-lake field study at Algonquin Park (Ontario) suggested predators structure nearshore fish assemblages, although to a lesser degree than spatial and environmental factors. There was little evidence that fish assemblages change through space and time with increased predator richness, implying functional redundancy of later invaders. / L'introduction de prédateurs peut avoir de nombreux impacts négatifs sur les populations de proies indigènes; la sévérité de cet impact peut être plus important que celle que peuvent avoir les prédateurs indigènes et peut varier lors de l'introduction de plusieurs prédateurs. J'ai étudié la relation qu'il existe entre les assemblages de poissons indigènes et cinq espèces de prédateurs piscivores introduites à grande échelle: l'achigan à grande bouche Micropterus salmoides, le grand brochet Esox lucius, le crapet de roche Ambloplites rupestris, l'achigan à petite bouche Micropterus dolomieu et le doré jaune Sander vitreus. L'analyse de données provenant de plus de 9000 lacs situés en Ontario, Canada, a révélé que la présence de ces poissons piscivores réduit la richesse spécifique au niveau des proies, et que l'amplitude de cet impact varie en fonction des espèces de prédateurs et de la richesse de ces prédateurs. Il n'y a pas de différence entre l'impact que produisent les achigans à petite bouche introduits et indigènes sur la richesse des proies. Les résultats d'une enquête de multi-lac sur le terrain au Parc Algonquin (Ontario) ont suggéré que les prédateurs structurent les assemblages des poissons du littoral, bien qu'à un degré moindre que des facteurs spatiales et environmentales. Peu de preuves qui indiquent que l'assemblage de poissons change avec le temps et l'espace en fonction d'une augmentation de la richesse des prédateurs, ce qui laisse supposer qu'il y a une redondance fonctionelle des espèces envahissantes qui ont colonisé les lacs plus tard.

Successful foraging is essential for survival and reproductive success. Although many components of foraging are hard-wired, learning can affect the efficiency, techniques and food types chosen during searching, handling and feeding. It should therefore pay to choose and/or forage with a mate who has learned to be an efficient forager and can quickly exploit novel food sources. However, few studies have investigated whether learned foraging behaviour guides mate choice decisions, and whether mates actually profit from each other's foraging success. I addressed these questions using a combination of field and captive experiments in birds. I presented a novel foraging apparatus to territorial pairs of Zenaida doves (Zenaida aurita) in Barbados, and found that the same individual of a pair was always first to solve learning tests. Mates benefited by scrounging from each other's food discoveries and learned to exploit the novel food source as a result. When I presented food dispensers to flocks of wild zebra finches (Taeniopygia guttata) in Australia, mates visited the dispensers together more often than with other flock members. I then investigated whether learned foraging behaviour guides mate choice in zebra finches in captivity. Domesticated female zebra finches did not prefer the more efficient forager of two candidate mates, nor did they preferentially associate with males performing the same foraging technique as they had acquired as juveniles. When I released flocks of these birds into an aviary containing food patches that required different foraging techniques to exploit, they did not preferentially associate or form pair bonds with others exploiting the same patch. However, mates with different foraging techniques scrounged more from each other and thus benefitted from each other's skills more than did mates with the same technique. Overall, I found no evidence that foraging behaviour guides mate choice directly. However, in two further studies, one on zebra finches and one on song sparrows (Melospiza melodia), I demonstrated a positive correlation between song complexity and learning performance in a foraging context. These findings suggest that song complexity might indicate a male's learning abilities. Foraging behaviour is therefore a cognitive trait that may guide avian mate choice indirectly. / S'approvisionner en nourriture est essentiel à la survie et au succès reproducteur. Même si plusieurs aspects des comportements d'approvisionnement sont innés, l'apprentissage influence souvent l'efficacité, les techniques et les choix alimentaires durant la recherche, la manipulation et l'ingestion des aliments. On peut donc s'attendre à ce qu'il soit avantageux de choisir et/ou de s'approvisionner avec un partenaire qui a appris à s'approvisionner efficacement et qui peut utiliser rapidement de nouvelles ressources. Cependant, peu d'études ont examiné si les comportements d'approvisionnement appris peuvent guider les décisions quant au choix de partenaire, et si les individus profitent du succès d'approvisionnement de leur partenaire. J'ai examiné ces questions en utilisant une combinaison d'expériences menées sur le terrain et en captivité. J'ai présenté une nouvelle tâche d'approvisionnement à des couples territoriaux de tourterelles à queue carrée (Zenaida aurita) à la Barbade, et découvert que le même membre d'un couple était toujours le premier à résoudre les tests d'apprentissage. Les partenaires chapardaient les aliments découverts et apprenaient ainsi à exploiter la nouvelle ressource alimentaire. Lorsque j'ai présenté des mangeoires à des volées de diamants mandarins (Taeniopygia guttata) sauvages en Australie, les partenaires ont visité les mangeoires ensemble plus souvent qu'avec d'autres membres du groupe. J'ai ensuite examiné si les comportements d'approvisionnement appris pouvaient guider le choix de partenaire chez le diamant mandarin en captivité. Les femelles diamants mandarin domestiquées n'ont pas préféré le plus efficace de deux partenaires potentiels, et n'ont pas choisi de s'associer à des mâles utilisant la même technique d'approvisionnement qu'elles avaient acquise comme juvéniles. Lorsque j'ai utilisé ces individus pour former des groupes dans des volières contenant des parcelles alimentaires qui devaient être exploitées avec différentes techniques, les individus n'ont pas préféré s'associer ou former des liens de couple avec d'autres individus utilisant le même type de parcelles. Cependant, les partenaires utilisant différentes techniques ont chapardé plus l'un de l'autre et ont ainsi davantage bénéficié d'aptitudes complémentaires que les partenaires utilisant tous deux la même technique. En résumé, le comportement d'approvisionnement ne semblait pas guider le choix de partenaire directement. Cependant, dans deux études conduites ultérieurement, une sur les diamants mandarins et une sur les bruants chanteurs (Melospiza melodia), j'ai démontré une corrélation positive entre la complexité du chant et certains aspects de la performance d'approvisionnement. Ces découvertes suggèrent que la complexité du chant pourrait indiquer la capacité d'apprentissage des mâles. Les comportements d'approvisionnement sont donc des processus cognitifs qui peuvent guider le choix du partenaire indirectement chez les oiseaux.

Narwhals (Monodon monoceros) are gregarious, toothed whales restricted to the Arctic, where habitats are changing and shipping traffic is increasing. Challenges associated with the remoteness of narwhal populations and the general difficulty of studying deep diving mammals have resulted in a lack of knowledge of narwhal social behaviour, which can only be rectified with intensive, direct and systematic observations. I studied the grouping patterns and vocal behaviour of narwhals using non-invasive methods and developed new statistical tools to analyse the data. The field work was conducted at Bruce Head, a peninsula at the mouth of Koluktoo Bay, Nunavut, during the summers of 2006-2008. Shore-based observations were used to delineate narwhal groups by sex and age class. Narwhals travelled in clusters of 1–25 individuals of mixed sex and age class. Narwhals entered the bay in larger groups than they exited. The coloration of narwhal's backs on photographs was used to estimate their age and investigate their association with individuals of similar age. To analyse these data, I developed statistical methods that examine the distribution of observations in time and their associated characteristics. Using these methods, I found that narwhals form groups with individuals of similar age. The variability and the context of usage of narwhal calls were examined from underwater recordings. Some physical characteristics of narwhal whistles seemed behaviour-specific. Both whistles and pulsed calls might serve in individual- or group-recognition. Finally, given that there is a need for sustained, local monitoring of narwhals, I explored the potential of passive acoustic methods for narwhal monitoring. An automated detector was able to correctly identify narwhal calls in a 25-day continuous recording. There was a correlation between the number of calls manually detected in non-continuous recordings and the number of narwhals observed during the recordings. Non-invasive methods can provide valuable insight into the social organization, communication and movement patterns of large numbers of non-disturbed cetaceans. / Le narval (Monodon monoceros) est un cétacé grégaire arctique dont l'habitat est en train de se modifier rapidement. Les difficultés reliées à l'accès en Arctique et à l'étude des cétacés en haute mer expliquent le manque d'information sur le comportement social des narvals. Dans le cadre de mes études doctorales j'ai étudié les groupes sociaux des narvals ainsi que leur communication vocale en utilisant des méthodes de récolte de données non invasives. De plus, j'ai développé des méthodes statistiques pour l'analyse de ces données. Le travail de terrain s'est déroulé au cours des étés 2006 à 2008 dans la baie Koluktoo, au Nunavut. À partir d'observations faites de la côte, la composition et la taille des groupes de narvals ont été compilées. Les narvals se déplaçaient en groupes de 1 à 25 individus d'âge et de sexe variés et entraient dans la baie en groupes plus nombreux que lorsqu'ils en sortaient. La coloration sur le dos des narvals pris en photo a servi à estimer leur âge et à évaluer la formation de groupe en fonction de ces âges. Pour analyser ces données, j'ai développé des méthodes statistiques qui évaluent la distribution d'observations réparties dans le temps ainsi que des caractéristiques associées à chacune des observations. Cette analyse m'a permis de conclure que les narvals forment des groupes avec des individus d'âges similaires. La variabilité et le contexte de l'utilisation des vocalisations émises par les narvals ont par la suite été étudiés à partir d'enregistrements acoustiques sous-marins. Ainsi, certaines caractéristiques acoustiques des vocalisations semblent associées spécifiquement à certains comportements. De plus, certaines de ces vocalisations pourraient être uniques à chaque groupe. Finalement, j'ai exploré la faisabilité d'un programme de surveillance acoustique à long terme pour les narvals. Les vocalisations des narvals ont été correctement détectées par un détecteur automatique appliqué à un enregistrement continu sur 25 jours. Le nombre de narvals observés visuellement et le nombre de vocalisations entendues durant ces enregistrements non continus étaient corrélés. Ces méthodes non invasives permettent d'étudier l'organisation sociale, la communication et les mouvements cétacés en grand nombre sans les perturber.

The ecological theory of adaptive radiation postulates that divergent natural selection between populations occupying contrasting environments, or using different resources, can drive adaptive divergence and thereby cause speciation. My thesis investigates this hypothesis in Darwin's finches of the Galápagos Islands. I use field observations, genetic tools, and statistical analyses to study patterns of sympatric coexistence, niche use, adaptive divergence, and gene flow within and among four closely-related species of Ground finches (Geospiza spp.). I also quantify possible impacts of human disturbances on this adaptive radiation. My first major finding is that the coexistence of sympatric, closely related species is facilitated by partial differences in diets (imperfect generalism), promoted by high spatial and temporal environmental heterogeneity. My second major finding represents a demonstration that a single generalist species (Geospiza fortis) might be composed of a number of individual specialists. This individual specialization might be important in promoting the initial stages of adaptive divergence. My third major finding is of strong reproductive isolation between coexisting large versus small beak size morphs with G. fortis. This result suggests the possibility that adaptive divergence drives genetic divergence in the face of initially high gene flow for sympatric populations on a single island. My final major finding is that human activities appear to be negatively impacting adaptive divergence between the small and large beak size morphs of G. fortis. I specifically show how the diet and performance (bite force) differences that characterize the two morphs at an undisturbed site where the morphs remain distinct have degraded at a human-disturbed site where the morphs are no longer distinct. These findings confirm some of the major predictions of the ecological theory of adaptive radiation by revealing how resource (diet) differences that cause adaptive (beak) divergence promote ongoing ecological speciation in Darwin's finches. Overall my thesis illustrates how the study of ecological interactions is central to understanding the factors that promote and maintain the process of adaptive radiation. / La théorie écologique des radiations adaptatives propose que la sélection naturelle divergente entre des populations qui occupent des environnements différents, ou utilisent des ressources différentes, peut promouvoir la divergence adaptative et ainsi initier la spéciation. Ma thèse examine cette hypothèse dans le contexte des Pinsons de Darwin des îles Galápagos. J'utilise des observations écologiques, des outils génétiques, et des analyses statistiques pour étudier la coexistence en sympatrie, l'utilisation des niches, la divergence adaptative, et le flux génique entre et au sein de quatre espèces de pinsons étroitement reliées (Geospiza spp.). J'examine également les impacts potentiels de perturbations humaines sur cette radiation évolutive. Ma première conclusion importante est que la coexistence d'espèces étroitement reliées vivant en sympatrie est facilitée par des petites différences dans leur régime alimentaire (le généralisme incomplet), aidé par un niveau élevé d'hétérogénéité spatiale et temporelle. Ma deuxième conclusion est qu'une seule espèce généraliste (Geospiza fortis) est peut-être composée de plusieurs individus spécialisés. Cette spécialisation au niveau de l'individu pourrait être importante pour faciliter les premières étapes de la divergence adaptative. Ma troisième conclusion est qu'il existe une forte isolation reproductive entre deux formes de G. fortis qui sont divergentes dans la morphologie de leurs becs, mais qui coexistent dans le même milieu. Ce résultat suggère que la divergence adaptative peut entrainer la divergence génétique même avec un haut niveau initial de flux génique dans des populations vivant en sympatrie sur une même île. Ma dernière conclusion est que les activités humaines sont peut-être en train de restreindre la divergence adaptative entre ces deux formes de G. fortis. Plus précisément, je démontre comment les différences reliées au régime alimentaire et à la performance qui caractérisent les deux formes dans un site non-perturbé, où les deux formes demeurent distinctes, se sont réduites dans un site perturbé par les humains, où les formes ne sont maintenant plus distinctes. Ensembles, ces résultats confirment plusieurs des prédictions les plus importantes de la théorie écologique des radiations adaptatives, en démontrant comment des différences en ressources alimentaires peuvent entrainer la divergence adaptative dans la morphologie des becs, qui promeut ensuite la spéciation écologique continue dans les Pinsons de Darwin. En général, ma thèse illustre comment l'étude des interactions écologiques est essential pour bien comprendre les facteurs qui promeuvent et maintiennent le processus de la radiation adaptative.

The MaxEnt (maximum entropy) approach is a recently introduced analytic framework that utilizes plant traits to predict community assembly along environmental gradients. I aimed to provide a rigorous test of this approach using forest understory fern communities. I executed the MaxEnt algorithm by inputting observed community-aggregated traits (CATs), and accurately determined species abundance distributions (SADs). These results support the notion that trait-based environmental filtering at least in part drives fern community assembly, but a more general application of the MaxEnt approach depends on its ability to predict SADs using CATs independently estimated from environmental data. In an initial exploration of this predictive ability I was unable to accurately predict SADs for fern communities despite screening many measures of environmental conditions. Very recent studies, however, provide new tools that can be used to further analyze my data and may yet establish the utility of the MaxEnt approach in predicting SADs. / Le modèle MaxEnt (entropie maximale) est un nouveau cadre analytique qui utilise des caractéristiques de plantes afin de prédire l'assemblage de communautés suivant un gradient environnemental. J'ai voulu tester cette approche de façon rigoureuse en utilisant des communautés de fougères de sous-bois. En exécutant l'algorithme du modèle MaxEnt avec des traits biologiques agrégés au niveau des communautés, j'ai pu déterminer la distribution et l'abondance des espèces. Ces résultats appuient la notion que l'assemblage des communautés de fougères est au moins en partie déterminé par un filtre environnemental reposant sur les traits biologiques. Toutefois, une application plus générale de l'approche MaxEnt dépend de son habileté à prédire la distribution et l'abondance des espèces en utilisant les traits agrégés estimés indépendamment des données environnementales. Dans une première évaluation des capacités prédictives du modèle, il fut impossible de prédire les distributions et abondances des espèces pour des communautés de fougères malgré l'essaie de multiples mesures de conditions environnementales. Néanmoins, plusieurs études récentes fournissent de nouveaux outils qui peuvent être utilisés dans des analyses plus poussées de mes données et pourraient établir l'utilité du modèle MaxEnt pour prédire la distribution et l'abondance des espèces.

Short-term immigration via home range relocation has important implications for metapopulation dynamics, sustainable harvest and pest control strategies, and conservation in populations experiencing high localized mortality. Despite its importance, no suitable theory is available to predict immigration in response to harvest near an adjacent protected area. There is also little information about the factors that influence the magnitude of immigration. I developed a compensatory immigration model to predict the effect of harvesting on immigration under different assumptions about the factors limiting immigration. The model predicts that immigration from protected areas can contribute importantly to total yield and population recovery in the harvest area and can strongly affect demography in the protected area. Immigration and total yield can show complex non-linear relationships with harvesting as the size of the protected area, initial rate of replacement, mobility and behavioral interactions vary. I carried out field experiments to validate the model and assess the relative influence of limiting factors to immigration (i.e. population size in the protected area, the relative habitat quality and functional connectivity between the harvest and protected area). I used longfin (Stegastes dienaceus) and dusky damselfish (S. adustus) as a model system. I first examined functional connectivity by translocating damselfish to investigate which habitat or social features represent a barrier to movement during homing. Small sand gaps constitute a partial barrier to movement, but the effect of sand gap width varies with reef configuration, and fish minimize travel over conspecific territories. I carried out replicated, experimental, incremental reduction of damselfish populations to examine the mechanisms behind home range relocation at the scale of the territory and to evaluate immigration at the landscape scale. At the territory scale, the probability that a territory would be recolonized decreases with local density. Territories tend to be reoccupied by individuals of the same species, sex and size as the original occupant, but territories occupied by larger individuals are more likely to be recolonized. At the landscape scale, models assuming a constant but partial replacement of removed individuals predict immigration much better than models that include either no replacement or complete replacement. In several sites, the best fitting model also included parameters describing density dependence that changed in direction and magnitude with cumulative harvest. Total yield and the proportion of removed individuals replaced by immigrants were correlated with the combined effects of relative habitat quality and connectivity of replicate sites. Overall, my thesis proposes and tests a new compensatory immigration model to predict immigration from protected to harvested areas and suggests that variation in mobility, habitat quality, functional connectivity and behavioral interactions must be considered when predicting the effects of immigration in a harvesting context on metapopulation dynamics, sustainable harvest and conservation. / Dans les populations qui sont soumises à une forte mortalité locale, l'immigration à court terme - via la relocalisation du domaine vital - a d'importantes implications pour la dynamique des métapopulations, l'exploitation soutenable des ressources, la lutte contre les espèces introduites et invasives et la conservation. Malgré son importance, il n'existe pas de théorie prédisant l'immigration dans une zone exploitée à partir d'une zone protégée adjacente. Il existe aussi très peu d'information sur les facteurs influençant l'intensité de l'immigration. J'ai développé un modèle d'immigration compensatoire afin de prédire les effets d'une réduction locale de la densité sur l'immigration en utilisant des scénarios hypothétiques variant dans l'inclusion de facteurs limitant. Le modèle prédit que l'immigration peut contribuer à la récolte totale et à la récupération des populations exploitées et peut affecter la démographie dans la zone protégée. L'immigration et la récolte totale sont reliées de façon complexe et non-linéaire avec l'exploitation cumulative en relation avec la taille de l'aire protégée, le taux initial de remplacement des individus récoltés, la mobilité et les interactions comportementales. Des expériences sur le terrain m'ont permis de valider le modèle et d'estimer l'influence relative de facteurs limitant à l'immigration (i.e. la taille de la population dans la zone protégée, la qualité de l'habitat relative et la connectivité fonctionnelle entre la zone exploitée et la zone protégée). J'ai utilisé la demoiselle noire (Stegastes dienaceus) et la demoiselle brune (S. adustus) et leur habitat comme système modèle. J'ai examiné en premier lieu la connectivité fonctionnelle en relocalisant des demoiselles afin d'investiguer quelles caractéristiques de l'habitat ou caractéristiques sociales peuvent représenter une barrière au mouvement lors du comportement de retour au territoire (ang. « homing »). Les petites étendues de sable constituent une barrière partielle au mouvement mais l'effet de la taille de l'étendue de sable varie en fonction de la configuration des récifs. Les poissons minimisent les mouvements au-dessus des territoires de leur conspécifiques. J'ai également entrepris une réduction expérimentale, incrémentée et répliquée de populations de demoiselles qui a servi à examiner les mécanismes régissant la relocalisation du domaine vital à l'échelle du territoire et l'immigration à l'échelle du paysage. À l'échelle du territoire, la probabilité qu'un territoire soit recolonisé diminue avec une réduction de la densité. Les territoires ont tendance à être recolonisés par des individus de la même espèce, du même sexe et de taille comparable à celle de l'occupant original. Les territoires occupés initialement par les individus les plus gros ont une probabilité plus forte d'être recolonisés. À l'échelle du paysage, les modèles qui assument un remplacement constant mais partiel des individus récoltés ont un meilleur support statistique que les modèles incluant soit un remplacement incomplet ou une absence de remplacement. Dans plusieurs sites où la densité à été manipulée, le modèle ayant le meilleur support statistique incluait également des paramètres modélisant de la densité dépendance (i.e. changement de direction et d'intensité en relation avec la récolte cumulative). La récolte totale et la proportion des individus récoltés qui étaient remplacés par les immigrants étaient corrélées avec l'effet combiné de la qualité de l'habitat et de la connectivité fonctionnelle. En conclusion, ma thèse propose et test un modèle d'immigration compensatoire prédisant l'immigration d'individus habitant les aires protégées vers les zones exploitées. Ce modèle considère la variation de la mobilité, la qualité de l'habitat, la connectivité fonctionnelle et les interactions comportementales afin de prédire les effets de l'immigration dans un contexte d'exploitation soutenable et de conservation à l'échelle de la métapopulation.

Ecological forecasts under climate change are essential to inform biodiversity conservation plans but their non-falsifiable nature requires a thorough evaluation of their framework. Most ecological forecasts under climate change use ecological niche models that correlate environmental variables with the presence or regional density of a species, assuming that the current environmental niche occupied by a species can be used to anticipate its response to environmental change. Despite the large number of ecological forecasts under climate change that have been recently published, most of them are limited to predicting presence using climate variables as predictors. Here I evaluate the importance of incorporating non-climate predictors of regional density in ecological niche models. Given the greater spatial heterogeneity in regional density data compared to presence data, I used geographically weighted regression (GWR), an ecological niche model providing a spatially-explicit description of the influence of ecological predictors. I focused on North American beaver (Castor canadensis) regional density in Québec, Canada, and on human (Homo sapiens) populations in the United States and across the world because of the availability of accurate data on regional density patterns as well as potential non-climatic correlates of regional density. The influence of non-climate predictors of beaver regional density was very important in six commonly used ecological niche models. GWR models of beaver regional density performed as well as the other six ecological models used and the spatial representations of the influence of ecological predictors obtained with GWR models were broadly congruent with current ecological knowledge of beavers. Approximately half the variation in human regional density across the world was explained by GWR models based on climate conditions. Combining these GWR models with forecasted climate change models and forecasted demographic change models led to the first spatially-explicit, global human vulnerability index to climate change. There was a significant negative correlation between the predicted vulnerability to climate change and the per-capita CO2 emissions, suggesting a moral hazard in international climate change policies. The demographic trends in the United States during the 20th century were more strongly correlated with climate variables than socio-economical variables. Additionally, the regional demographic trends were such that the average climate conditions experienced by American citizen became hotter and drier throughout the century. The demographically driven temperature change was six times greater than the natural temperature change. Non-stationary ecological niche models of regional density represent a useful tool in the development of climate change forecasts and adaptation policy for biodiversity in general and human societies in particular. / Les prédictions écologiques dans un contexte de changements climatiques sont essentielles pour l'élaboration de plans de gestion de la biodiversité. Par contre, il est important de s'assurer qu'elles sont conçues de manière appropriée puisqu'elles sont scientifiquement infalsifiables. La majorité de ces prédictions utilise des modèles de niche écologique basés sur des corrélations entre la présence ou la densité régionale d'une espèce et des variables environnementales, en supposant que la niche écologique actuelle d'une espèce peut nous permettre d'anticiper sa réaction face à des conditions environnementales différentes. Malgré le nombre important d'études sur le sujet, la plupart d'entre elles se limite à prédire la distribution d'une espèce en fonction de variables climatiques. J'évalue dans cette thèse l'importance de variables non-climatiques dans les modèles de niche écologique de densité régionale. Compte tenu que la densité régionale d'une espèce a une plus grande hétérogénéité spatiale que sa simple présence, j'ai utilisé des régressions pondérées géographiquement (RPG). Ces RPGs sont des modèles de niche écologique qui permettent de visualiser spatialement l'influence des variables utilisées pour modéliser la niche écologique d'une espèce. Mes analyses sont basées sur le castor (Castor canadensis) au Québec et sur les populations humaines (Homo sapiens) aux États-Unis et sur la planète parce que nous avons des données précises tant sur leur densité régionale que sur les facteurs environnementaux qui peuvent influencer leur densité régionale. Les densités régionales du castor étaient fortement influencées par des facteurs non-climatiques selon six modèles de niche écologique fréquemment utilisés. Les RPGs ont été aussi performant que ces six modèles de niche écologique et la représentation spatiale de l'influence des variables utilisées pour décrire la niche écologique du castor est en accord avec nos connaissances écologiques actuelles. Des RPGs basées sur quelques variables climatiques m'ont permis d'expliquer environ la moitié de la variation des densités régionales humaines sur la planète. J'ai créé le premier indice global et quantitatif des vulnérabilités humaines aux changements climatiques en combinant ces RPGs avec des prévisions démographiques des Nations-Unies. Les vulnérabilités prédites par mes modèles sont significativement négativement corrélées avec les émissions de CO2 per-capita; ce qui suggère un risque subjectif inhérent dans les négations internationales sur les changements climatiques. Les tendances démographiques aux États-Unis durant le 20ième siècle étaient plus fortement corrélées avec des variables climatiques qu'avec des variables socio-économiques. De plus, les tendances démographiques régionales ont fait que la température ressentie par les américains a augmenter au cours du dernier siècle. Ces changements de températures ressentie causés par les tendances démographiques régionales sont six fois plus important que les changements de températures d'origine naturelle. Les modèles de niche écologique spatialement non-stationnaire de densité régionale représente un outil important dans le développement de prédictions écologiques dans un contexte de changements climatiques et peuvent contribuer à l'amélioration des politiques d'adaptations aux changements climatiques tant pour la biodiversité que pour les sociétés humaines.

Experimental studies, in temperate grasslands, assessing the role of biodiversity and its effects on ecosystem functioning have generally shown that a decline in species number has negative effects on ecosystem functioning. Even though, this relationship has been intensively studied in the last ten years, little is known about it in complex and hyperdiverse tropical ecosystems and where species diversity is not manipulated. My research examines the relationship between biodiversity and ecosystem functioning in natural tropical forests with a special focus on scale. This research centers on field studies. The field studies address the relationship between natural tree biodiversity and aboveground biomass, as the ecosystem function of interest, in forest plots of similar physiognomy but different species composition. Specifically, I explored the following questions: (1) How can the relationship between biodiversity and ecosystem functioning be detected in a naturally varying environment and space?, (2) How can different measures of diversity (species versus function) explain tree carbon stocks?, (3) Can we confound the effect of species diversity on tree carbon storage with that of forest structure?, (4) How does this relationship change with different spatial scales?, and (5) Can we extrapolate the results of biodiversity-ecosystem functioning found in experimental plantations to natural forests? Overall, my thesis has found that environmental factors related to topography, soil physical factors, and nutrients have little effect on aboveground biomass in tropical ecosystems. Species richness alone cannot be used as a predictor for aboveground biomass, however, if reduced to functional types, its explanatory power increases. Functional traits can be useful to unveil the relationship of aboveground biomass and tree diversity, by reducing species to functional types. Forest structure correlates strongly with aboveground biomass independently of scale, but forest structure is interlinked with species functional traits. Finally, we have to be cautious in extrapolating results found in experimental plantations to natural forests. / Des études expérimentales qui ont été effectuées dans des systèmes expérimentaux herbacés du milieu tempéré afin d'évaluer le rôle de la diversité biologique et ses effets sur le fonctionnement de l'écosystème ont généralement pu montrer que le déclin dans le nombre d'espèces a un effet négatif sur le fonctionnement de l'écosystème. Même si cette relation a été étudiée de façon intensive au cours des dix dernières années, très peu est encore connu à ce propos dans les écosystèmes tropicaux, beaucoup plus complexes et mégadiversifiés. Mes travaux de recherche examinent la relation entre diversité biologique et fonction de l'écosystème dans les forêts naturelles tropicales, en mettant l'emphase sur la question d'échelle. Cette recherche est basée sur une approche de terrain, en opposition avec une approche théorique. L'approche de terrain aborde la relation entre la diversité biologique à l'état naturel et les fonctions d'écosystème dans des parcelles forestières de physionomies similaires mais d'une composition en espèces différente. De façon plus spécifique, j'explore les questions suivantes : (1) Comment la relation entre diversité biologique et fonction d'écosystème peut-elle être détectée dans un environnement et un espace naturel changeant?, (2) Comment différentes mesures de diversité (espèces vs fonction) expliquent-elles les stocks de carbone dans les arbres?, (3) Pouvons-nous confondre l'effet de la diversité en espèces sur l'entreposage du carbone dans les arbres avec l'effet de la structure de la forêt? (4) Comment cette relation change-t-elle avec différentes échelles spatiales? (5) Pouvons-nous extrapoler les résultats obtenus dans des plantations expérimentales aux forêts naturelles dans les tropiques en ce qui a trait à la relation entre biodiversité et fonction d'écosystème? Ainsi, ma thèse montre que pour les écosystèmes tropicaux, les facteurs environnementaux tels que ceux reliés à la topographie, les facteurs physiques et les nutriments des sols ont peu d'effet sur l'entreposage du carbone dans les arbres. De plus, la richesse en espèces ne peut pas à elle prédire de l'entreposage de carbone dans les arbres, cependant lorsque celle-ci est divisée par types fonctionnels, sa puissance explicative augmente. Les traits fonctionnels peuvent donc être utiles pour révéler une relation entre le stockage du carbone et la diversité en arbres en réduisant les espèces en des types fonctionnels. La structure de la forêt est le moteur principal du stockage arboricole du carbone indépendamment de l'échelle, par contre cette dernière est reliée aux traits fonctionnels des espèces. Finalement, nous avons pu montrer que la prudence est de mise en ce qui concerne toute possible extrapolation de résultats provenant de plantations expérimentales à des forêts naturelles dans les tropiques.

The squirrelfishes and soldierfishes, family Holocentridae, show site fidelity to their diurnal refuges on coral reefs. Species feeding at night on benthic crustaceans partition food and foraging habitats. However, it is not known whether holocentrids also partition diurnal resting habitats and refuge sites or how their density and size vary with habitat and refuge characteristics. I examined the diurnal distribution, density and size of holocentrids on the west coast of Barbados, West Indies, to determine how they are influenced by the habitat at three spatial scales. At the meso-scale, I surveyed 42 transects on seven sites located in five different zones of three different reefs. I recorded six holocentrid species that varied in density among sites and were strongly associated with habitat characteristics, although sites alone explained most of the variation. At the micro-scale, I recorded the presence of species and characterized substratum composition and topography of 5 quadrats (4 x 4 m) within each transect, but little of the variation in community composition was explained by habitat at this scale. At the refuge scale, four species common enough to analyze occupied 248 holes and spaces under ledges that varied in their volume, orientation, light intensity and presence of cleaner fish. Refuge volume was an important determinant of the biomass of the fishes it contained, due to positive relationships with both the number and size of the occupants, even though holocentrids were usually considerably smaller than the refuge they occupied. Species differed in social organizations and different species and social organizations occupied refuges of different sizes. This thesis provides the first detailed examination of diurnal habitat use in the Holocentridae and shows that their density, biomass and social organization is related to habitat and differs among species at some scales but not others. / Les poissons écureuils et poissons soldats, de la famille des Holocentridae, sont fidèles à leurs refuges diurnes sur les récifs coralliens. Il est suggéré que les espèces qui se nourrissent la nuit de crustacés benthiques se partagent la nourriture et la niche alimentaire. Cependant, il subsiste peu d'information sur comment les poissons Holocentridae se partagent les habitats de repos diurnes et les sites de refuges. Nous ignorons également comment la densité et la taille de ces poissons peuvent varier en fonction de l'habitat et des caractéristiques des refuges. J'ai examiné la distribution diurne, la densité et la taille des poissons Holocentridae sur deux récifs frangeants et une section d'un banc de coraux bordant la côte ouest de la Barbade, Inde Occidentale, afin de déterminer comment la distribution, la densité et la taille des poissons Holocentridae sont influencés par l'habitat à trois échelles spatiales. À l'échelle intermédiaire des sites, j'ai recensé les poissons Holocentridae dans 42 transects distribués sur sept sites situés dans cinq zones différentes sur trois récifs différents. J'ai observé six espèces de poissons Holocentridae dont les densités variaient entre les sites et étaient fortement associées avec les caractéristiques de l'habitat, même si les sites à eux seuls expliquaient la majorité de la variation du système. À plus petite échelle, j'ai recensé la présence d'espèces de poissons Holocentridae dans 5 quadrats (4 x 4 m) à l'intérieur de chaque transect et j'ai caractérisé la composition du substrat et la topographie. À cette échelle, même après avoir contrôlé l'effet des sites et des transects, seulement une très petite portion de la variation dans la composition de la communauté des poissons Holocentridae était expliquée par l'habitat. À une échelle encore plus petite, celle des refuges occupés par les poissons Holocentridae, quatre espèces étaient suffisamment abondante