Acharadria crocea é um hidrozoário comum do Atlântico Sul-Ocidental. Na costa brasileira, a espécie possui um padrão de sazonalidade bem definido, sendo abundante nos meses frios do ano e ausente ou rara no verão e outono. Durante o inverno, a espécie apresenta intenso crescimento assexuado por brotamento, permitindo o rápido desenvolvimento da colônia. Esta se torna fértil em um curto espaço de tempo e produz uma grande quantidade de larvas, o que favorece o estabelecimento de novas colônias. Além destas características, a espécie já foi associada com transporte antrópico, por meio de incrustação em cascos de navios, o que a torna uma espécie potencialmente invasora. Este trabalho avaliou experimentalmente a tolerância ecofisiológica das larvas de A. crocea a temperatura e salinidade da água, bem como sua capacidade de colonização de diferentes substratos, tanto naturais (carapaças de cracas e mexilhões) como artificiais (fragmentos de PET e alumínio). A influência de um biofilme multiespecífico de bactérias no assentamento da espécie também foi analisada. Com base nos dados de tolerância ecofisiológica das larvas, foi realizada e modelagem de nicho da espécie utilizando GLM (Modelos Lineares Generalizados), que gerou mapas de sua distribuição potencial. Utilizando dados de ocorrência geográfica disponíveis na literatura, foram gerados também mapas de distribuição potencial das colônias adultas utilizando o algoritmo MAXENT. Para integrar as informações das fases bentônica e planctônica de A. crocea, foi realizada subsequentemente a intersecção dos mapas gerados por ambas as metodologias, gerando assim uma predição unificada de sua ocorrência. / Acharadria crocea is a common South-occidental Atlantic hydrozoan. On the Brazilian coast it presents a well defined seasonality pattern, being abundant on the cool months of the year and absent or rare on summer and autumn. During winter, the specie increases its numbers by asexual stolonal growth, as well as the colony size. The colony becomes fertile and produces a great amount of larvae, allowing the establishment of new colonies. Besides these characteristics, A. crocea was already found colonizing ship hulls, being considered a highly invasive species. This report experimentally evaluated the ecophysiological tolerance of A. crocea larvae to water temperature and salinity, as well as its ability to colonize different substrates, both natural (mussel and barnacle shells) and artificial (plastic bottles and aluminum). The influence of a bacterial film on its adaptation was also analyzed. Based on the ecophysiology of the larvae, an ecological niche modeling was built using GLM (generalized linear models) to create maps of the distribution of the larvae. Using literature based graphic occurrence data and the MAXENT algorithm, maps of the adult colonies potential distribution were also created. To relate information of benthonic and planctonic phases of A. crocea, an intersection of the maps was built from both methods.

Interpreting particular climatic drivers of local and regional vegetation change from paleoecological records is complex. I explicitly simulated vegetation change from the late-Glacial period to the present on the Olympic Peninsula, WA and made formal comparisons to pollen records. A temporally continuous paleoclimate scenario drove the process-based vegetation model, LPJ-GUESS. Nine tree species and a grass type were parameterized, with special attention to species requirements for establishment as limited by snowpack. Simulations produced realistic present-day species composition in five forest zones and captured late-Glacial to late Holocene transitions in forest communities. Early Holocene fire-adapted communities were not simulated well by LPJ-GUESS. Scenarios with varying amounts of snow relative to rain showed the influence of snowpack on key bioclimatic variables and on species composition at a subalpine location. This study affirms the importance of exploring climate change with methods that consider species interactions, transient dynamics, and functional components of the climate.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:13Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-04-29Bitstream added on 2014-06-13T18:40:11Z : No. of bitstreams: 1 romao_arr_me_botib.pdf: 1517142 bytes, checksum: 9847478643094b18e301318681e42e82 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este estudo analisa a anautogenia em moscas-varejeiras e sua influência sobre a dinâmica populacional dos insetos. O estudo foi dividido em duas partes. Na primeira, os experimentos de laboratório foram realizados para analisar o desenvolvimento ovariano de Chrysomya albiceps, C. megacephala e C. putoria. No segundo, um modelo matemático foi empregado para analisar padrões a partir de dados pré-existentes de Lucilia cuprina. Os resultados obtidos para a comparação entre as diferentes fases do desenvolvimento ovariano em diferentes espécies, Chrysomya albiceps, C. megacephala e C. putoria e densidades crescentes foram analisados com modelo linear generalizado binomial. O espaço paramétrico dos parâmetros do modelo proposto por Readshaw & Cuff (1980) foi investigado com recorrências a partir de reduções nos valores do substrato protéico para L. cuprina, espécie utilizada para modelar o sistema. Os resultados sugerem que C. putoria é a espécie que mais foi influenciada negativamente pela densidade de adultos. C. megacephala mostrou ser a espécie que menos foi atingida pela densidade. As reduções nos valores dos parâmetros do modelo matemático produziram mudanças qualitativas e quantitativas nos padrões ecológicos de oscilação nas simulações com L. cuprina, com relevância para o contexto de dinâmica e persistência populacional de moscas. / This study analyses the anautogeny in blowflies and its influence on the population dynamics of insects. The study was separated in two parts. In the first one, a laboratory experiment was conducted to analyze the ovarian development of Chrysomya albiceps, C. megacephala and C. putoria. In the second part, a mathematical model was employed to investigate patterns from data previously obtained with Lucilia cuprina. Results were compared in different species, Chrysomya albiceps, C. megacephala and C. putoria and in increasing densities by using binomial generalized linear model. The parametrical space of the Readshaw & Cuff (1980) model parameters was investigated with recurrences by reducing the protein substrate values for L. cuprina, the species used to model the system. The results suggest that C. putoria was the most negatively influenced species for adult densities. C. megacephala was the least influenced species for density. The reductions of model parameters values produced qualitative and quantitative changes in the ecological patterns of oscillations in L. cuprina, with relevance to the context of dynamics and persistence of flies.

Acharadria crocea é um hidrozoário comum do Atlântico Sul-Ocidental. Na costa brasileira, a espécie possui um padrão de sazonalidade bem definido, sendo abundante nos meses frios do ano e ausente ou rara no verão e outono. Durante o inverno, a espécie apresenta intenso crescimento assexuado por brotamento, permitindo o rápido desenvolvimento da colônia. Esta se torna fértil em um curto espaço de tempo e produz uma grande quantidade de larvas, o que favorece o estabelecimento de novas colônias. Além destas características, a espécie já foi associada com transporte antrópico, por meio de incrustação em cascos de navios, o que a torna uma espécie potencialmente invasora. Este trabalho avaliou experimentalmente a tolerância ecofisiológica das larvas de A. crocea a temperatura e salinidade da água, bem como sua capacidade de colonização de diferentes substratos, tanto naturais (carapaças de cracas e mexilhões) como artificiais (fragmentos de PET e alumínio). A influência de um biofilme multiespecífico de bactérias no assentamento da espécie também foi analisada. Com base nos dados de tolerância ecofisiológica das larvas, foi realizada e modelagem de nicho da espécie utilizando GLM (Modelos Lineares Generalizados), que gerou mapas de sua distribuição potencial. Utilizando dados de ocorrência geográfica disponíveis na literatura, foram gerados também mapas de distribuição potencial das colônias adultas utilizando o algoritmo MAXENT. Para integrar as informações das fases bentônica e planctônica de A. crocea, foi realizada subsequentemente a intersecção dos mapas gerados por ambas as metodologias, gerando assim uma predição unificada de sua ocorrência. / Acharadria crocea is a common South-occidental Atlantic hydrozoan. On the Brazilian coast it presents a well defined seasonality pattern, being abundant on the cool months of the year and absent or rare on summer and autumn. During winter, the specie increases its numbers by asexual stolonal growth, as well as the colony size. The colony becomes fertile and produces a great amount of larvae, allowing the establishment of new colonies. Besides these characteristics, A. crocea was already found colonizing ship hulls, being considered a highly invasive species. This report experimentally evaluated the ecophysiological tolerance of A. crocea larvae to water temperature and salinity, as well as its ability to colonize different substrates, both natural (mussel and barnacle shells) and artificial (plastic bottles and aluminum). The influence of a bacterial film on its adaptation was also analyzed. Based on the ecophysiology of the larvae, an ecological niche modeling was built using GLM (generalized linear models) to create maps of the distribution of the larvae. Using literature based graphic occurrence data and the MAXENT algorithm, maps of the adult colonies potential distribution were also created. To relate information of benthonic and planctonic phases of A. crocea, an intersection of the maps was built from both methods.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:42:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7684_1.pdf: 3197582 bytes, checksum: e9a5a1df323907fb05bb3c1b206c2fd5 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Recentes acidentes industriais, como vazamentos tóxicos, têm causado danos catastróficos ao meio ecológico (i.e. plantas e animais), de modo que um método efetivo para analisar riscos ecológicos tem sido demandado. Em primeiro lugar, este trabalho tem como objetivo propor uma metodologia capaz de quantificar riscos ecológicos inerentes a eventos raros como acidentes industriais. Utiliza-se a modelagem populacional para simular futuras mudanças na abundância populacional de espécies-chave em risco e, assim, estimar a probabilidade de extinção ou declínio, tempo para extinção e outras medidas, para cada cenário acidental. Assim, foi possível desenvolver uma abordagem que combina os danos ecológicos (previstos através da modelagem populacional) com a frequência de ocorrência do cenário acidental (estimada através de dados históricos e análise de confiabilidade). O resultado é uma curva de risco FN (similar ao resultado de uma análise de risco a humanos), onde N é o declínio populacional médio e F a frequência acumulada de acidentes com declínio maior ou igual a N. Em segundo lugar, o trabalho apresenta uma aplicação da metodologia para quantificar os riscos ecológicos provenientes de acidentes associados ao transporte e manuseio de petróleo que abastece uma refinaria no Complexo Industrial Portuário de Suape-PE, no Nordeste do Brasil. Esta instalação está localizada próxima a um rico ecossistema aquático de alta biodiversidade. A população de uma espécie nativa foi estrategicamente escolhida para representar o ecossistema, alguns cenários de derramamento de petróleo foram simulados e suas frequências de ocorrência estimadas. Para cada cenário acidental, a concentração de óleo que atinge a população foi prevista via modelagem de destino e transporte. Os riscos ecológicos foram quantificados e apresentados em uma curva FN. Uma análise de sensibilidade foi feita para explorar como mudanças em parâmetros específicos causam mudanças nas medidas de risco. Além disso, a incerteza foi medida como um intervalo (limite superior e inferior) para as medidas de riscos com base em cenários pessimistas e otimistas. Finalmente, a metodologia mostrou-se viável, eficiente, conveniente e flexível, apesar de que algumas melhorias ainda podem ser feitas e estas foram propostas para trabalhos futuros

A variação do tempo de residência e o fluxo contínuo de água da bacia hidrográfica em direção à barragem fazem dos reservatórios um sistema de transição entre rios e lagos com características físicas, químicas e biológicas particulares que influenciam a sua hidrodinâmica e o seu metabolismo. O estudo do metabolismo em ecossistemas aquáticos subtropicais, particularmente em reservatórios, e sua relação com a bacia hidrográfica tem sido pouco explorado nos trabalhos que utilizam a modelagem matemática como ferramenta de análise. O presente estudo teve como objetivo quantificar e analisar a variabilidade temporal do metabolismo em um reservatório subtropical de altitude localizado na cidade de Caxias do Sul/RS e sua relação com as contribuições da bacia hidrográfica em termos de vazão e nutrientes. Para tanto, foi aplicado o modelo ecológico baseado em processos IPH-ECO, em conjunto com o modelo hidrológico IPH-II. Após o ajuste dos níveis e a calibração do módulo de qualidade de água do IPH-ECO, foi determinada a variabilidade temporal das taxas metabólicas de produção primária (GPP) e respiração (R) no período de nov/2011 a dez/2012, que, comparado a outros períodos, foi marcado por uma estiagem anormal e um consequente aumento do tempo de residência do reservatório. Foi analisado o comportamento temporal das seguintes variáveis: nível d’água, temperatura, oxigênio dissolvido, clorofila-a, nutrientes, GPP e R, juntamente com as condições de contorno do modelo como as características hidrológicas e de uso e ocupação do solo da bacia hidrográfica. O reservatório apresentou um metabolismo autotrófico 97% do período de simulação, tornando-se heterotrófico em alguns dias da primavera, quando ocorreu uma diminuição da concentração de clorofila-a e fósforo total e uma intensificação do processo de nitrificação. As variações temporais das taxas GPP e R acompanharam o crescimento do fitoplâncton, que esteve mais associado ao padrão de estratificação e ao tempo de residência do reservatório. Nos meses com chuva, o aumento do escoamento superficial da bacia hidrográfica provocou um maior aporte de fósforo no reservatório contribuindo para o aumento do fitoplâncton e, consequentemente, das taxas de GPP e R. A biomassa fitoplanctônica foi o principal fator responsável pelo estabelecimento do metabolismo autotrófico no reservatório o qual respondeu mais em relação à dinâmica interna do sistema que à bacia hidrográfica. / Variation of residence time and continuous water inputs make reservoirs a transition aquatic system between lakes and rivers with physical, chemical and biological features that affect its hydrodynamics and metabolism. The study of aquatic metabolism in subtropical ecosystems, particularly in reservoirs, and its relation with the watershed has been poorly explored in researches that use mathematical models as a tool for analyzing this relation. This study aimed to quantify and analyse the temporal variability of metabolism in an altitude subtropical reservoir located in the city of Caxias do Sul/RS together with biotic and abiotic variables components of the reservoir, considering its relation with the physical features of the watershed. For this purpose, the process-based ecological model IPH-ECO was applied in the reservoir in combination with the hydrological model IPH-II. After the fit of simulated water levels to observation data and the calibration of IPH-ECO water quality module, the temporal variability of primary production (GPP) and respiration (R) was obtained in the period from nov/2011 to dez/2012, when, compared to other time periods, an unusual dry period occurred followed by an increase of reservoir residence time. The temporal pattern of the following variables was analysed: water levels, temperature, dissolved oxygen, chlorophyll-A, nutrients, GPP and R, along with the model boundary conditions, such as watershed land use and hydrology. The reservoir was net autotrophic during 97% of the simulation time period, becoming net heterotrophic for a few days in the spring due to the decreasing of chlorophyll-a and total phosphorus concentration and the strengthening of nitrification process in the reservoir. Temporal variations of GPP and R followed the phytoplankton growth which in turn had been driven by the stratification pattern and the residence time of reservoir. A watershed “fast-flush” was observed during storm events with higher rates of leaching of phosphorus, leading to an increase of chlorophyll-a concentration and thus GPP and R in the reservoir. It could be inferred that, during the simulation time period, the phytoplankton biomass in the reservoir was the main factor in maintaining the autotrophic metabolism which in most of the time was more affected by the internal dynamic of the system than by the physical aspects of watershed.

More than 270,000 km of rivers and streams are impaired due to fecal pathogens, creating an economic and public health burden. Fecal indicator organisms such as Escherichia coli are used to determine if surface waters are pathogen impaired, but they fail to identify human health risks, provide source information, or have unique fate and transport processes. Statistical and machine learning models can be used to overcome some of these weaknesses, including identifying ecological mechanisms influencing fecal pollution. In this study, canonical correlation analysis (CCorA) was performed to select parameters for the machine learning model, Maxent, to identify how chemical and microbial parameters can predict E. coli impairment and F+-somatic bacteriophage detections. Models were validated using a bootstrapping cross-validation. Three suites of models were developed; initial models using all parameters, models using parameters identified in CCorA, and optimized models after further sensitivity analysis. Canonical correlation analysis reduced the number of parameters needed to achieve the same degree of accuracy in the initial E. coli model (84.7%), and sensitivity analysis improved accuracy to 86.1%. Bacteriophage model accuracies were 79.2, 70.8, and 69.4% for the initial, CCorA, and optimized models, respectively; this suggests complex ecological interactions of bacteriophages are not captured by CCorA. Results indicate distinct ecological drivers of impairment depending on the fecal indicator organism used. Escherichia coli impairment is driven by increased hardness and microbial activity, whereas bacteriophage detection is inhibited by high levels of coliforms in sediment. Both indicators were influenced by organic pollution and phosphorus limitation.

<p>Two ecological models of nitrogen processes in treatment wetlands have been evaluated and compared. These models have been implemented, simulated, and visualized in the Modelica language. The differences and similarities between the Modelica modeling environment used in this thesis and other environments or tools for ecological modeling have been evaluated. The modeling tools evaluated are PowerSim, Simile, Stella, the MathModelica Model Editor, and WEST. </p><p>The evaluation and the analysis have been performed using McCall’s factors for software quality (McCall et al, 1977), a correlation analysis and the Constant Comparative Method (Glaser&Strauss, 1999). The results show that the modeling tools and the models can both be separated into two categories: Simple Components and Complex Components for the modeling tools, and Simple Models and Complex Models for the models. The major difference between the Simple Components and the Complex Components is the higher possibility of the Complex Components to create and reuse separate components and the higher complexity in these components. The similarities between the categories are that they are consistent, easy to overview and use, if no new components are to be created. The major difference between the Simple Models and the Complex models lies in the number of functions and in the possibility of reuse and expansion. The similarities between all the models are that they are all consequent, logical, valid, specialized, and easy to use if the user has programming skill. </p><p>To conclude thisthesis, the nitrogen decrease in a constructed treatment wetland can well be simulated using the Nitrification/Denitrification model expressed in Modelica and the MathModelica Model Editor. However, some changes to the Model Editor are recommended to make the creation of the model easier. The most important of these changes are the addition of a tutorial, the ddition of useful error handling and messages, and the removal of unnecessary Visio features.</p>

Natural enemies are ubiquitous in nature. In many communities, natural enemies have a major effect on the diversity of their prey. Their effects are very diverse: they can promote or undermine the ability of their prey to coexist through a variety of mechanisms. As such, an important step in understanding how diversity is maintained will be to understand how different forms of predator behavior affect prey coexistence. In this dissertation, I study how two major types of predators affect plant coexistence in two different communities. First, I study natural enemies in tropical forests, using both theory and empirical work. In tropical forests, most natural enemies are thought have a narrow host range, and be distance-responsive (i.e., mainly harm seeds and seedlings that are near adults of their main host). Previous theoretical work has shown that specialized natural enemies can maintain diversity of their prey, whether or not they are distance-responsive. However, it is unknown whether specialist natural enemies are more or less able to promote prey coexistence if they are distance-responsive. Using theoretical models, I show that distance-responsive predators are less able to maintain diversity. Additionally, I show that habitat partitioning does not interfere with the ability of distance-responsive predators to maintain diversity, even if it causes seedling survival to be highest near conspecific adults. From an empirical aspect, I studied the host range of seed-associated fungi. Soilborne microbes, such as fungi, are thought to play an important role in maintaining diversity in tropical forests. However, the microbial community itself is often treated as a black box, and little is known about which microbes are causing major effects, or how 8 specialized seed-microbe associations are. Here I use experimental inoculations to examine the host range and effect of a guild of seed-associated fungi that are thought to be mainly pathogens. I show that fungal species are differentially able to colonize different seed species, and have species-specific effects on seed germination. I show that in many cases, plant phylogeny, and to a lesser extent fungus phylogeny, are good predictors of colonization. Finally, I study how an optimally foraging granivore can promote (or undermine) coexistence amongst annual plants, using theory. Optimal foraging theory is one of the major theories for how predators behave; despite this, little is known about whether an optimally foraging predator could promote coexistence amongst a diverse community of prey. Previous models have shown than two species can coexist due to optimal foraging, but did not test whether multiple prey can coexist, nor if the effect is altered by environmental variation. Here, I show that if the predators specialize on different prey at different times, the predators can allow multiple prey species to coexist. In this case, environmental variation has little effect on the ability of predators to maintain diversity. If the predators are generalists, they cannot maintain diversity. Additionally, I show that generalist predators will create a negative storage effect, undermining coexistence.

Orientador: Wesley A. C. Godoy / Banca: Cláudio José Von Zuven / Banca: Lucas Del Bianco Faria / Resumo: Este estudo analisa a anautogenia em moscas-varejeiras e sua influência sobre a dinâmica populacional dos insetos. O estudo foi dividido em duas partes. Na primeira, os experimentos de laboratório foram realizados para analisar o desenvolvimento ovariano de Chrysomya albiceps, C. megacephala e C. putoria. No segundo, um modelo matemático foi empregado para analisar padrões a partir de dados pré-existentes de Lucilia cuprina. Os resultados obtidos para a comparação entre as diferentes fases do desenvolvimento ovariano em diferentes espécies, Chrysomya albiceps, C. megacephala e C. putoria e densidades crescentes foram analisados com modelo linear generalizado binomial. O espaço paramétrico dos parâmetros do modelo proposto por Readshaw & Cuff (1980) foi investigado com recorrências a partir de reduções nos valores do substrato protéico para L. cuprina, espécie utilizada para modelar o sistema. Os resultados sugerem que C. putoria é a espécie que mais foi influenciada negativamente pela densidade de adultos. C. megacephala mostrou ser a espécie que menos foi atingida pela densidade. As reduções nos valores dos parâmetros do modelo matemático produziram mudanças qualitativas e quantitativas nos padrões ecológicos de oscilação nas simulações com L. cuprina, com relevância para o contexto de dinâmica e persistência populacional de moscas. / Abstract: This study analyses the anautogeny in blowflies and its influence on the population dynamics of insects. The study was separated in two parts. In the first one, a laboratory experiment was conducted to analyze the ovarian development of Chrysomya albiceps, C. megacephala and C. putoria. In the second part, a mathematical model was employed to investigate patterns from data previously obtained with Lucilia cuprina. Results were compared in different species, Chrysomya albiceps, C. megacephala and C. putoria and in increasing densities by using binomial generalized linear model. The parametrical space of the Readshaw & Cuff (1980) model parameters was investigated with recurrences by reducing the protein substrate values for L. cuprina, the species used to model the system. The results suggest that C. putoria was the most negatively influenced species for adult densities. C. megacephala was the least influenced species for density. The reductions of model parameters values produced qualitative and quantitative changes in the ecological patterns of oscillations in L. cuprina, with relevance to the context of dynamics and persistence of flies. / Mestre