A restauração da Mata Atlântica tem sido considerada prioridade nas iniciativas de manutenção da biodiversidade. Adicionalmente, há consenso de que os parâmetros para avaliação da restauração ecológica devem mensurar o retorno de funções ecológicas. O estudo de interações planta-visitante floral pode ser um caminho adequado para avaliar a eficiência das práticas de restauração, visto que estas interações desempenham função crítica na dinâmica e diversidade da comunidade. Variações na diversidade de espécies de plantas e de seus visitantes florais podem alterar a freqüência de interação entre as espécies, definir a estrutura das redes de interação, determinando os níveis de generalização e especialização na comunidade. Neste contexto, a tentativa de restaurar florestas tropicais pela adição de espécies arbóreas pode ter efeitos sobre a estrutura, estabelecimento de grupos funcionais e níveis de generalização na rede de interação entre flores e visitantes florais. O objetivo principal deste trabalho é o de comparar redes de interação planta-visitante floral em florestas tropicais restauradas após 5 anos do plantio das arbóreas, florestas regeneradas naturalmente e remanescentes de floresta atlântica em uma área sob domínio da Mata Atlântica no sudeste do Brasil. Para atingir esse objetivo, essas florestas foram comparadas quanto suas diversidades estruturais e funcionais em relação aos seguintes aspectos: 1) Riqueza e atributos de história de vida (formas de vida, sistemas sexuais, modos de polinização e de dispersão); 2) redes de interação plantavisitante floral; 3) Grau de generalização e especialização das redes de interação; 4) robustez quanto à perda de espécie em redes de interação, e 5) Formação de grupos funcionais seguindo características florais e de freqüência de visitas. Para cada aspecto avaliamos a contribuição das espécies plantadas. Florestas restauradas tiveram a maior riqueza de espécies em flor, porém com menor similaridade florística com outras florestas locais. A similaridade em abundâncias relativas de arbustos e lianas com outras categorias de florestas indicou a inclusão de outras formas de vida além de árvores nas florestas restauradas. Porém, a alta abundância relativa de árvores nas florestas regeneradas naturalmente também indicou o potencial de regeneração natural em florestas 15 degradadas. A maior diversidade de modos de polinização biótica e de dispersão de sementes nas florestas restauradas veio das plantas regenerantes espontaneamente. Não houve diferenças significativas quanto às métricas de redes de interação flores e visitantes entre os tratamentos, porém houve uma tendência de maior especialização dessas interações nas florestas nativas e maior robustez à perda de espécies em florestas restauradas. Além disso, plantas regenerantes espontaneamente receberam significantemente mais visitas nas florestas regeneradas naturalmente do que em florestas restauradas, sugerindo que árvores plantadas podem estar reduzindo visitação às flores da vegetação regenerante espontânea, possivelmente competindo por visitantes florais. Em relação à diversidade funcional, 21 grupos funcionais baseados em atributos florais foram estabelecidos entre todas as espécies em flor, onde as espécies da floresta restaurada dominaram três grandes grupos e a floresta nativa apresentou representantes distribuídos equitativamente pelos grupos, sem dominância. Pólen foi a variável que mais contribui para diferenciação dos grupos. As espécies plantadas formaram grupos funcionais exclusivos nas florestas restauradas, contribuindo para uma maior diversificação em atributos funcionais florais em tais comunidades, porém não mais do que a diversificação funcional trazida pelas plantas regenerantes espontaneamente. Redes de interação entre grupos funcionais de plantas e categorias taxonômicas de visitantes reforçaram que os visitantes florais parecem não seguir fielmente grupos funcionais por atributos florais. Considerando que as florestas regeneradas naturalmente apresentaram alta abundância relativa de árvores, não apresentaram diferenças significativas quanto às métricas de redes de interação planta-visitantes florais com as florestas restauradas e que a regeneração natural na região estudada ocorre em grande intensidade, sugerimos que seja dada importância relevante às plantas regenerantes espontaneamente em projetos de restauração. Cabe ressaltar que avaliamos restauração após 5 anos da implantação. Assim, todas as conclusões tiradas deste estudo necessitarão ser acompanhada em estudos futuros. / Restoration of the Brazilian Atlantic Forest has been considered priority in initiatives to maintain biodiversity. Additionally, there is consensus that the parameters to evaluate restoration should address the return of ecological processes. The study of flower-visitor interactions can be a reasonable way to evaluate restoration practice, considering that these interactions have critical role in the dynamics and diversity of communities. Variations in the diversity of plant species and their flower visitors could modify frequency of interactions between species; define the structure of interaction networks, and determine generalization and specialization levels in the community as well. In this context, the attempt to restore tropical forests by planting native trees can affect the structural and functional diversity and generalization level in flower-visitor networks. The main objective of this research is to compare flower-visitor networks in 5-year-old restored forests, naturally regenerated forests and native forests in an Atlantic Forest domain in southeastern Brazil. We compared these forests in relation to: 1) Richness of species and life history traits (growth form, sexual system, biotic pollination modes and dispersal modes); 2) Flower-visitor networks; 3) Generalization and specialization levels in ecological networks; 4) Robustness to species loss in ecological networks; and 5) Functional groups by floral traits and visitation frequencies of flower visitors. We evaluated the contribution of planted species on each of these aspects. Restored forests had the highest floristic richness of species in flower, but little floristic similarity with other native local forests. Similarity in the relative abundance of shrubs and lianas among habitat categories indicated the possibility of annexation of other life forms than trees in restored forests. But the presence of high relative abundance of trees in the naturally regenerated forests also indicated the potential of natural regeneration of the degraded forests. Biotic pollination and dispersal modes tended to be more diverse in restored forests, but it comes as a result of the addition of spontaneously regenerated plants to this forest. There were no significant differences in the metrics of flower-visitor networks between forest categories, although there was a trend towards high specialization of 17 interactions between flower and visitors in native forests and high robustness of species loss in restored forests. In addition, spontaneously regenerated plants received significantly more visits in the naturally regenerated forests than in restored forests, suggesting that the planted trees may reduce the visitation to the spontaneously regenerated vegetation, possibly by competing for flower visitors. With regard to functional diversity, 21 functional groups based on floral traits were recognized when all species in flower was pooled. Species of restored forests were dispersed mainly among three groups, while species from native forests were spread among all groups with almost the same number of species per group. Pollen was the variable that most contributed for grouping species. Planted trees species formed exclusive functional groups, contributing for higher diversification of floral trait to the community. However, this diversification was not higher than provided by spontaneous regenerated plants. Interaction networks between plant functional groups and taxonomic categories of flower visitors ensured that flower visitors do not seem to follow the grouping formed by floral traits. Considering that naturally regenerated forests had high relative abundance of trees, were not different from restored forests in relation to network metrics and that natural regeneration was intense in the region, we suggest paying relevant attention to spontaneous regenerated plants in restoration projects. We would like to point out that we evaluated five-year-old restored forests and there is still need to track these forests in the future.

Ecological interactions such as predation, competition, and mutualism are important forces that influence species evolution. Coevolution is defined as reciprocal evolutionary change in interacting species. The Geographic Mosaic Theory of Coevolution (GMTC) provides a theoretical framework to explain how collections of populations should coevolve across space. Two fundamental aspects of the GMTC are gene flow among populations and the presence of selection mosaics, which are collections of localities with particular selection regimes. Several studies have explored how phenotypic trait matching between species evolves in pairs or small groups of species. However, ecological interactions frequently form large networks that connect dozens of species present in a given community. In networks of mutualisms, for instance, the organization of interactions may affect ecological and evolutionary processes. A next step in understanding the coevolutionary process is to investigate how aspects of the GMTC affect the evolution of species embedded in interaction networks. In this dissertation, we tried to fill this gap using a mathematical model of coevolution, complex networks tools, and information on empirical mutualistic networks. Our numerical simulations of the coevolutionary model allow us to draw three main conclusions. First, gene flow affects trait patterns generated by coevolution and may favor the emergence of trait matching depending on the selection mosaic. Second, the organization of mutualistic networks influences coevolution, but this effect may vanish when gene flow favors trait matching. Intimate mutualisms, such as protection of host plants by ants, form small and compartmentalized networks that generate higher trait matching than large and nested networks typical of mutualisms among free-living species, such as pollination. Third, habitat fragmentation resulting in the disruption of gene flow should reduce the reciprocal adaptations between interacting species and at the same time promote adaptations to the local abiotic environment. In conclusion, we show that a complex interplay between gene flow, the geographic structure of selection, and the organization of ecological networks shapes the evolution of large groups of species. Our results therefore allow predictions of how environmental impacts such as habitat fragmentation will modify the evolution of species interactions / Interações ecológicas como predação, competição e mutualismo são importantes forças que influenciam a evolução de espécies. Chamamos de coevolução a mudança evolutiva recíproca em espécies que interagem. A Teoria do Mosaico Geográfico da Coevolução (TMGC) fornece um arcabouço teórico para entender como conjuntos de populações coevoluem ao longo do espaço. Dois aspectos fundamentais da TMGC são o fluxo gênico entre populações e a presença de mosaicos de seleção, isto é, conjuntos de locais com regimes de seleção particulares. Diversos estudos exploraram como o acoplamento entre fenótipos de diferentes espécies evolui em pares ou pequenos grupos de espécies. Entretanto, interações ecológicas frequentemente formam grandes redes que conectam dezenas de espécies presentes em uma comunidade. Em redes de mutualismos, por exemplo, a organização das interações pode influenciar processos ecológicos e evolutivos. Um próximo passo para a compreensão do processo coevolutivo consiste em investigar como aspectos da TMGC influenciam a evolução de espécies em redes de interações. Nesta dissertação, tentamos preencher esta lacuna usando um modelo matemático de coevolução, ferramentas de redes complexas e informação sobre redes mutualistas empíricas. Nossas simulações numéricas do modelo coevolutivo apontam para três principais conclusões. Primeiro, o fluxo gênico influencia os padrões fenotípicos gerados por coevolução e pode favorecer a emergência de acoplamento fenotípico entre espécies dependendo do mosaico de seleção. Segundo, a organização de redes mutualistas influencia a coevolução, mas este efeito pode desaparecer quando o fluxo gênico favorece acoplamento fenotípico. Mutualismos íntimos, como proteção de plantas hospedeiras por formigas, formam redes pequenas e compartimentalizadas que geram um maior acoplamento fenotípico do que as redes grandes e aninhadas típicas de mutualismos entre espécies de vida livre, como polinização. Por fim, a fragmentação de habitat, ao extinguir o fluxo gênico, pode reduzir as adaptações recíprocas entre espécies e ao mesmo tempo tornar cada espécie mais adaptada ao seu ambiente abiótico local. Em suma, mostramos que interações complexas entre fluxo gênico, estrutura geográfica da seleção e organização de redes ecológicas moldam a evolução de grandes grupos de espécies. Dessa forma, podemos traçar previsões sobre como impactos ambientais como a fragmentação de habitat irão alterar a evolução de interações ecológicas

Green space fragmentation is one reason for the failing ecological networks around our planet. It has been argued that the driving force behind the loss of natural habitats by fragmentation is urban development. This essay aims to look at the subject of green space fragmentation in Uppsala municipality and how it affects both humans and roe deer living in the area. This essay will also explore how the efforts to stop wildlife-vehicle collisions impact roe deer’s ability to roam through the area divided thanks to human induced green space fragmentation. This has been done by using a descriptive quantitative analysis combined with a connectivity model, the least-cost approach. Remote sensing was used to collect the data used for the analysis. The results of this essay indicated that green space fragmentation impacts both humans and roe deer in Uppsala municipality since the wildlife-vehicle collisions can be traced to spots where the roe deer are forced to cross the road because of green space fragmentation. The introduced form of wildlife crossing structures, wildlife fences, does not help minimize the effects of the fragmentation, instead it steers the animals into certain points where the collisions occur. To truly minimize the consequences of human induced green space fragmentation, green infrastructure needs to be taken into account whenever planning future developments.

Relationships between humans and the environment are messy and complex. This thesis makes sense of this complexity by using relational approaches to bridge social-ecological systems research with insights from the more-than-human social sciences and humanities. I focus on the case of environmental governance and conservation research in two of Ontario's National Historic Waterways: the Rideau Canal and the Trent-Severn Waterway. I analyze knowledge maps of factors that influence the environment of the waterways and the perception of relationships between humans and non-humans in the context of research. Through social-ecological network analysis, it was revealed different that groups conceptualize the Rideau Canal differently, but that all groups overemphasized social factors when identifying components that influence the environment. Knowledge maps, representing participants' mental models of the Rideau Canal, are used to generate narratives to inform policy and engagement strategies. Social-ecological network analysis was also used to make visible the different types of relationships between humans and non-humans in the context of conservation research. This unveiled a paradox of conservation. Attempts to produce evidence to conserve non-human populations and habitats are anchored in tense encounters, and sometimes procedures that are harmful for the individuals targeted by the research. I mobilize relational approaches and concepts from the social sciences to propose practical and theoretical insights and pathways for conservation research to become more-than-human. Such work necessitates the explicit recognition of the contributions of non-humans in research processes.

Le concept de réseau d'interactions est central en Écologie et différents modèles et méthodes ont été utilisés. Ce travail de thèse met en relation deux approches développées par des courants séparés : l'étude des matrices de communauté et les analyses entrée-sortie. Il confronte leurs hypothèses aux propriétés fondamentales des écosystèmes estuariens. Il précise explicitement les liens entre les différentes matrices, ainsi que la signification des mixed trophic impacts. Les matrices de la storage et de la throughflowanalyses sont reliées à des jacobiennes de modèles à compartiments dont les flux sont contrôlés par les compartiments donneurs ou receveurs. Contrairement à ce qui est le plus souvent présenté dans la littérature, l'analyse des mixed trophic impacts est ici interprétée en terme de présence-absence du compartiment considéré. Avec les données disponibles sur les réseaux trophiques de cinq estuaires européens, des matrices qualitatives et quantitatives sont construites afin de réaliser des analyses de sensibilité. Ces premières explorations montrent des niveaux d'incertitudes très élevés, et ceci même pour le signe des prédictions. Par ailleurs, ce travail de thèse approfondit les possibilités d'étude de dynamiques transitoires à partir de la matrice de communauté. Il souligne des éléments importants qu'il est nécessaire de prendre en compte lorsque ces approches sont choisies. / Networks are a key concept in ecology and a number of models and methods have been used. This PhD dissertation links two approaches, the community matrix and input-output analyses, which have been developed by separate streams of theory. It compares their assumptions with important features of estuarine systems. It explicitly analyses the links between the matrices and the significance of the mixed trophic impacts analysis. Matrices of storage and throughflow analyses are linked to Jacobian matrices of donor or recipient controlled compartment models. Unlike most of what can be seen in the litterature, here the mixed trophic impacts are interpreted as the effects of a compartment being present or absent. Using available data in the case of five European estuaries, qualitative and quantitative matrices are built in the aim of performing sensitivity analyses. First explorations reveal high levels of uncertainties, even in the sign of the predictions. Furthermore, this work examines in more details the possibilities to explore transient dynamics from the community matrix. This PhD dissertation emphasises important features which are necessary to consider when choosing such approaches.

Submitted by Cláudia Bueno (claudiamoura18@gmail.com) on 2015-10-22T18:12:21Z No. of bitstreams: 2 Tese - Walter Santos de Araújo.pdf: 2149997 bytes, checksum: 6ada687150a99d08e94670136a570e65 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-10-23T10:19:17Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Walter Santos de Araújo.pdf: 2149997 bytes, checksum: 6ada687150a99d08e94670136a570e65 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-23T10:19:17Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - Walter Santos de Araújo.pdf: 2149997 bytes, checksum: 6ada687150a99d08e94670136a570e65 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-03-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The intensification of land use due to human activities in natural environments has led to various consequences to biodiversity, ranging from local extinction of native species and colonization of by exotic and invasive ones to the complete conversion of ecosystems in to anthropic landscapes. Among the different biodiversity components that can be influenced by human habitat modification are the ecological interactions between insect herbivores and their host plants, which together represent 75% of the known diversity of terrestrial species. In this context, the objective of my thesis was to investigate global patterns in the structure and fragility of plant-herbivore networks. Specifically, I sought to answer as the intensification of land use and the dominance of exotic host plant species influence the structure and fragility of interaction networks of insect herbivores and host plants, and also I investigate whether there latitudinal gradient in the structuration of these interactions. I compiled 90 local plant-herbivore networks distributed worldwide, spanning different taxonomic groups of plants and insects and several feed guilds of herbivores. The main results of my analyses show that land use intensification and the dominance of exotic host plant species influence different aspects of plant-herbivore networks, such as species richness and taxonomic distinctness (a proxy to phylogenetic diversity) of herbivore species and the structure and fragility of interactions. Another recurrent result was that, when networks composed exclusively of endophagous herbivores were analyzed separately from those composed exclusively by exophages, only the networks of endophages had consistent effects of the land use intensity and proportion of exotic host plant species. Altogether, land use intensification surprisingly increases network specialization by decreasing connectance and nestedness, and increases modularity; while the increase in the proportion of exotic hosts had opposite effects. Possibly these changes in the network structure are due to loss proportionally higher of species with many interactions (i.e., generalists) in relation to species with few interactions (i.e., specialists). As a consequence of these changes in the network connectivity, land use intensification decreases the robustness of plant-herbivore networks, while the proportion of exotic host plant species increases. Therefore, networks located in habitats with higher land use intensity tend to be less robust that networks in more pristine habitats, which is a very intriguing result that goes in the opposite direction of most of the literature on ecological networks. Controling the antropic effects that can act on the networks, my results show that plant–herbivore networks are structured independently of latitude, suggesting that the factors that influence the interactions between host plants and insect herbivores are latitudinally invariant. The results and patterns found emphasize the important contribution of this thesis to the understanding of plant-herbivore networks in the context of human disturbances in natural habitats. / A intensificação do uso do solo devido às atividades humanas nos ambientes naturais tem promovido uma série de consequências à biodiversidade, que vão desde a extinção local de espécies nativas, passando pela colonização de espécies exóticas e invasoras, até a completa conversão de ecossistemas em paisagens antropizadas. Dentre os vários componentes da biodiversidade que podem ser influenciados pela alteração antrópica dos habitats estão às interações ecológicas entre insetos herbívoros e suas plantas hospedeiras, que juntos representam quase dois terços da diversidade de espécies terrestres conhecidas. Nesse contexto, o objetivo da minha tese foi avaliar padrões globais na estrutura e fragilidade das redes planta-herbívoro. Especificamente avaliei como a intensificação do uso do solo e a dominância de plantas hospedeiras exóticas influenciam a estrutura e fragilidade de redes de interação envolvendo insetos herbívoros e plantas hospedeiras, e também avaliei se existe gradiente latitudinal na estruturação dessas interações. Para isso eu compilei 90 redes locais, mundialmente distribuídas, constituídas por diferentes grupos taxonômicos de insetos e plantas e por várias guildas alimentares de herbívoros. Os meus principais resultados mostram que a intensificação do uso do solo e a dominância de plantas hospedeiras exóticas influenciam diferentes aspectos das redes planta-herbívoro, tais como, riqueza de espécies e distinção taxonômica (um substituto para diversidade filogenética) de herbívoros e estrutura e fragilidade das interações. Outro resultado constante no meu estudo foi que quando as redes compostas exclusivamente por herbívoros endófagos foram analisadas separadamente daquelas compostas exclusivamente por herbívoros exófagos, foi encontrado que apenas as redes de endófagos mostraram uma mudança consistente em resposta à intensidade de uso do solo e à proporção de plantas hospedeiras exóticas. De modo geral, a intensificação do uso do solo surpreendentemente aumenta a especialização das redes, por diminuir a conectância e o aninhamento, e aumentar a modularidade; enquanto que o aumento na proporção de hospedeiras exóticas tem efeitos opostos. Possivelmente essas mudanças na estrutura das redes se devem à perda proporcionalmente maior de espécies com muitas interações (i.e., generalistas) em relação às com poucas interações (i.e., especialistas). Como consequência dessas mudanças na conectividade das redes, a intensificação do uso do solo diminui a robustez das redes plantaherbívoro, enquanto o incremento na proporção de plantas hospedeiras exóticas aumenta. Portanto, redes localizadas em habitats com maior intensificação do uso do solo foram menos robustas do que as redes de habitats que tendem a naturais, o que é um resultado contrário à maioria da literatura de redes ecológicas. Controlando os efeitos antrópicos que podem atuar sobre as redes, meus resultados mostram que as redes planta-herbívoro são estruturadas independentemente da latitude, sugerindo que os fatores que influenciam as interações entre plantas e insetos são latitudinalmente invariantes. Os resultados e padrões encontrados enfatizam a contribuição importante da tese para a compreensão das redes planta-herbívoro em um contexto de modificações antrópicas.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2017-07-07T17:00:54Z No. of bitstreams: 2 Tese - Leonardo Lima Bergamini - 2017.pdf: 3505106 bytes, checksum: 536ed882cdb2712abf63490a466f1a9e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-07-10T14:40:03Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Leonardo Lima Bergamini - 2017.pdf: 3505106 bytes, checksum: 536ed882cdb2712abf63490a466f1a9e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-10T14:40:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - Leonardo Lima Bergamini - 2017.pdf: 3505106 bytes, checksum: 536ed882cdb2712abf63490a466f1a9e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-05-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This thesis comprises three chapters presented in the form of scientific articles, and approaches phylogenetic conservatism of ecological interactions under different aspects. Citations and bibliographic references are formatted in accordance with the norms from the journal Oikos, where a version of the first chapter was published. Supplementary materials cited in the text can be found in the anexes at the end of the thesis. I begin with the text from my qualification exam, that gives a brief overview about community phylogenetics. By presenting this more general literature, this introduction gives a point of view that complements the specific discussions of each chapter. In the first chapter, my coauthors and I explore the correlation between phylogenetic similarity and the similarity between counterpart sets of plants and herbivores in a regional Asteraceae-flowerhead endophages. By using different measures of counterpart similarity and different subsets defined by herbivore lineages I tried to detect how the evolutionary history of plants and herbivores is reflected in their interactions, both at the specific level as at the modular structure of the network. We show that, beyond the compositional similarity previously reported, closely related species also share a greater proportion of the phylogenetic history of their partners, both for resources and consumers. The comparison between patterns found in the entire network with those found in the subsets provides evidence that resource sharing happens mainly at deeper phylogenetic levels, so that phylogenetic sinal is detectable even among closely related consumers. Asymmetry in signal strength between trophic levels is more evident in the way how network modules reflect host plant phylogeny, both in the entire network and the sub-networks. Taken together, these results show that evolutionary processes, such as phylogenetic conservatism and independent colonization history may be the main forces behind phylogenetic structure observed in this particular plant-herbivore system. In the second chapter, I test with more detail the relative contributions of different ecological processes and the evolutionary history in the formation of the Asteraceae-Tephritidae interaction network. By uniting a previously used approach with a coevolutionary analysis method and some new methods proposed in this work I have shown the striking effect of phylogeny in this system and discuss how the patterns in this antagonistic network differ from other systems. In the third chapter I used a data set compiled from the cophylogeny literature to test the generality of the phylogenetic conservatism observed in other systems. I used a meta-analytical approach to estimate overall effect sizes for the correlations between phylogeny and interactions, as well as the asymmetry in signal strength. I have found a general pattern of phylogenetic conservatism in interaction patterns for both trophic levels along with considerable between-study heterogeneity. On the other hand, the asymmetry in signal strength was consistently small and non-significant in each individual study, with a positive albeit small overall effect size. My results provide compelling evidence that phylogenetic consevatism of ecological interactions is common in nature, togheter with a quantitave picture of its heterogeneity and of the asymmetry between trophic levels. Taken togheter, the results from the three chapters highlight the important role of specialization in structuring antagonistic interactions and the striking presence of phylogenetic constraints in the establishment of this interactions. I hope that the contributions presented here, the questions they raise, and the new approaches I have used help to improve our understanding of the processes that mediate the formation of ecological networks. / Esta tese é composta de três capítulos apresentados em formato de artigos científicos, e aborda a conservação filogenética de interações ecológicas sob diferentes aspectos. Os três capítulos são apresentados em formato de artigos científicos. Citações e referências bibliográficas em todo o texto estão formatados de acordo as normas da revista Oikos, na qual uma versão do primeiro capítulo já se encontra publicado. Os materiais suplementares referidos nos textos de cada um dos capítulos se encontram nos anexos ao final da tese. Começo com o texto de meu exame de qualificação, que faz uma breve apresentação sobre filogenética de comunidades. Ao abordar este tema mais geral esta introdução fornece uma visão complementar à literatura específica apresentada em cada um dos capítulos. No primeiro capítulo, meus coautores e eu exploramos a correlação entre similaridade filogenética e similaridade no conjunto de antagonistas nas plantas e nos herbívoros em uma rede regional Asteraceae endófagos de capítulos. Usando diferentes medidas para similaridade de antagonistas e diferentes recortes definidos por linhagens de herbívoros tentei detectar como a história evolutiva das espécies de plantas e espécies se reflete em suas interações tanto ao nível específico quanto nos módulos da rede. Nós mostramos que, além da similaridade composicional previamente reportada em outros estudos, espécies aparentadas também compartilham uma maior proporção da história filogenética de seus pares, tanto para as espécies recurso quanto para seus consumidores. A comparação entre os padrões encontrados para a rede como um todo com aqueles encontrados em sub-redes compostas de grupos mais filogeneticamente restritos de herbívoros fornece evidência de que a partição de recursos ocorre em maior parte em níveis filogenéticos mais profundos, de modo que um sinal filogenético positivo na similaridade de hospedeiras é detectável mesmo entre consumidores muito próximos em sub-redes monofiléticas. A assimetria na força do sinal entre níveis tróficos é mais aparente na maneira com que os módulos da rede refletem a filogenia das espécies hospedeiras, tanto para a rede como um todo quanto para as sub-redes. Tomados em conjunto, estes resultados sugerem que processos evolutivos, como conservantismo filogenético e a história de colonizações independentes dos diferentes grupos de insetos devem ser as principais forças gerando a estrutura filogenética observada neste sistema planta-herbívoro em particular. No segundo capítulo testo mais detalhadamente as contribuições relativas de diferentes processos ecológicos e da história evolutiva na formação da rede de interações Asteraceae-Tephritidae. Unindo uma abordagem estatística previamente utilizada na literatura de redes mutualísticas, um método de análise coevolutiva e alguns novos métodos propostos neste trabalho mostrei o efeito marcante da filogenia neste sistema e discuti como os padrões desta rede de antagonistas diferem de outros sistemas. No terceiro capítulo utilizei um conjunto de dados compilado da bibliografia sobre cofilogenia para testar a generalidade do padrão de conservação filogenética e da assimetria na força dessa conservação observados em outros sistemas. Usei uma abordagem meta-analítica para estimar tamanhos de efeito gerais para as correlações entre filogenia e interações e também para as assimetrias nessas correlações. Encontrei um padrão geral de conservação filogenética nos padrões de interação para ambos níveis tróficos com uma considerável heterogeneidade entre estudos. Por outro lado, a assimetria na força do sinal foi consistentemente pequena e não significativa em cada estudo individual, com um efeito geral positivo mas também pequenoMeus resultados fornecem evidências convincentes de que a conservação de interações ecológicas é comum na natureza, juntamente com uma representação quantitativa de sua heterogeneidade e da assimetria entre níveis tróficos. Tomados em conjunto, os resultados dos três trabalhos ressaltam a importância da especialização para a estrutura das interações antagonistas e a presença marcante de restrições filogenéticas no estabelecimento destas interações. Espero que as contribuições apresentadas aqui, as questões que elas levantam, e as novas abordagens que utilizei ajudem a melhorar nossa compreensão dos processos que modulam a formação de redes ecológicas.

Les interactions entre micro-organismes sous-tendent de nombreux services écosystémiques, y compris la régulation des maladies des plantes cultivées. Un acteur de cette régulation est le pathobiome, défini comme le sous-ensemble des micro-organismes associés à une plante hôte en interaction avec un agent pathogène. L'un des défis actuels consiste à reconstruire les pathobiomes à partir de données de metabarcoding, pour identifier des agents potentiels de biocontrôle et pour surveiller en temps réel leurs réponses aux changements environnementaux. Plusieurs verrous méthodologiques doivent cependant être levés pour atteindre ces objectifs. Tout d’abord, il n’existe pas de consensus concernant l’approche bioinformatique la plus fiable pour déterminer l’identité et l’abondance des micro-organismes présents dans les échantillons végétaux. De plus, les réseaux microbiens construits avec les méthodes actuellement disponibles sont des réseaux d’associations statistiques entre des comptages de séquences, non directement superposables aux réseaux d’interactions (ex : compétition, parasitisme) entre micro-organismes. L’objectif de la thèse était donc de déterminer les approches bioinformatiques et statistiques les plus pertinentes pour reconstruire des réseaux d’interactions microbiennes à partir de données de metabarcoding. Le modèle d’étude était la vigne (Vitis vinifera L. cv. Merlot noir) et l’oïdium de la vigne, Erysiphe necator. Nous avons tout d’abord déterminé l’approche bioinformatique la plus adaptée pour identifier la communauté fongique associée à ce pathogène, en comparant la capacité de 360 pipelines à retrouver la composition d’une communauté artificielle de 189 souches fongiques. DADA2 est apparu comme l’outil le plus performant. Nous avons ensuite évalué l’influence de la pratique culturale (viticulture conventionnelle vs. biologique) sur les communautés fongiques des feuilles et évalué le niveau de réplicabilité des réseaux microbiens construits avec une méthode d’inférence classique, SparCC. La réplicabilité était très faible, jetant ainsi un doute sur l’utilité de ces réseaux pour le biocontrôle et la biosurveillance. Nous avons donc utilisé une nouvelle approche statistique, le modèle PLN, qui permet de prendre en compte la variabilité environnementale, pour explorer finement le pathobiome d’Erysiphe necator. Les interactions microbiennes prédites par le modèle sont en cours de comparaison avec des expériences de confrontations de levures en co-cultures. Une approche alternative, HMSC, a également été testée sur un autre modèle biologique et certaines prédictions ont été confrontées avec succès aux données de la littérature. Les réseaux microbiens, sous réserve d’amélioration des méthodes de reconstruction, pourraient donc être utilisés pour capturer les signaux des interactions biotiques dans le pathobiome. / Interactions between microorganisms underpin many ecosystem services, including the regulation of crop diseases. An actor in this regulation is the pathobiome, defined as the subset of microorganisms associated with a host plant in interaction with a pathogen. One of the current challenges is to reconstruct pathobiomes from metabarcoding data, in order to identify potential biocontrol agents and to monitor in real time their responses to environmental changes. However, several methodological hurdles must be overcomed to achieve these objectives. First, there is no consensus on the most reliable bioinformatics approach to determine the identity and abundance of microorganisms present in plant samples. In addition, microbial networks built with currently available methods are networks of statistical associations between sequence counts, not directly related to networks of interactions (e. g. competition, parasitism) between microorganisms. The objective of the thesis was therefore to determine the most relevant bioinformatics and statistical approaches to reconstruct microbial interaction networks from metabarcoding data. The study system was grapevine (Vitis vinifera L. cv. Merlot noir) and the fungal agent of grapevine powdery mildew Erysiphe necator. First, we determined the most appropriate bioinformatics approach to identify the fungal community associated with this pathogen, by comparing the ability of 360 pipelines to recover the composition of an artificial community of 189 fungal strains. DADA2 has emerged as the most powerful tool. We then evaluated the influence of the cropping system (conventional vs. organic viticulture) on foliar fungal communities and assessed the level of replicability of microbial networks built with a standard inference method, SparCC. Replicability was very low, casting doubt on the usefulness of these networks for biocontrol and biomonitoring We therefore used a new statistical approach, the PLN model, which allows us to take into account environmental variability, to finely explore the pathobiome of Erysiphe necator. The microbial interactions predicted by the model are being compared with experiments confronting yeasts in co-cultures. An alternative approach, HMSC, was also tested on another biological model and some predictions were successfully compared with the data in the literature. Microbial networks, provided improved reconstruction methods, could therefore be used to capture signals of biotic interactions in the pathobiome.

Mutualismos são interações em que os parceiros se exploram reciprocamente com benefícios líquidos para ambos os indivíduos que interagem. Sistemas mutualistas multiespecíficos podem ser descritos como redes de interação, tais como aquelas formadas por sistemas de polinização, dispersão de sementes, estações de limpeza em ambientes recifais, formigas defensoras de plantas, mimetismo mülleriano e bactérias fixadoras de nitrogênio em raízes de plantas. As interações mutualísticas estão sujeitas à trapaça por indivíduos que, por meio de algum comportamento, alcançam o benefício oferecido pelo parceiro sem oferecer nada ou oferecer muito pouco em troca. No entanto, interações mutualísticas persistem apesar da existência de trapaceiros. Neste trabalho, mostro que os parasitas de interações mutualísticas, os trapaceiros, aumentam a resiliência das redes mutualísticas às perturbações mais rapidamente em redes aninhadas, redes tipicamente encontradas em mutualismos ricos em espécies. Portanto os efeitos combinados de trapaceiros, estrutura e dinâmica das redes mutualísticas podem ter implicações para a forma como a biodiversidade é mantida. Em seguida, estudo as condições em que flores tubulares, que sofrem maiores danos ao interagirem com ladrões de néctar, conseguem coexistir com flores planares, polinizadores e pilhadores por meio de efeitos indiretos da trapaça em seu sucesso reprodutivo. O roubo do néctar pode aumentar o sucesso de uma planta se as interações com pilhadores gerarem maior quantidade de polinização cruzada, aumentando assim o sucesso reprodutivo das plantas que interagem com ambos os visitantes florais. Tal resultado sugere uma nova fonte de manutenção da cooperação e da diversidade de estratégias por meio de efeitos não lineares das interações entre diferentes estratégias. Finalmente, estudo como as interações locais promovem a prevalência de mímicos (trapaceiros) em uma certa população na ausência de seus modelos. Mostro que presas que interagem localmente podem favorecer a predominância de mímicos e predadores que os evitam após algumas gerações e que uma distribuição não aleatória de indivíduos no espaço pode reforçar ainda mais este efeito inesperado de alopatria de modelo e mímico / Mutualisms are interactions in which organisms of different species exploit each other with net benefits for both interacting individuals. Multispecific mutualistic system can be depicted as interaction networks, such as those formed by plant-pollinator interactions, dispersal systems, species interacting in cleaning stations in reef environments, protective ants in plants, müllerian mimicry, and nitrogen fixing bacteria on the roots of plants. Mutualistic interaction is subject to cheating by individuals who, by means of a diversity of behavioral strategies, achieve the benefit provided by the partner offering nothing or few in return. However, the mutualistic interactions persist despite the existence of cheaters. In this work I show that the parasites of mutualistic interactions increase the resilience of mutualistic networks to disturbances in nested networks, typically found in species-rich mutualisms. Therefore the joint effect of cheating, structure and dynamics of mutualistic networks have implications for how biodiversity is maintained. I subsequently study the conditions under which tubular flowers, which suffer stronger damages when interacting with nectar robbers, can coexist with planar flowers, pollinators, and robbers through indirect effects of cheating on their reproductive success. The theft of nectar may increase the success of a plant if its interactions with robbers generate higher degrees of cross-pollination, thus increasing the reproductive success of plants that interact with both floral visitors. This study suggests a new source of continued cooperation and diversity strategies through non-linear effects of the interactions between different strategies. Finally, I study how local interactions can promote the prevalence of mimic (the cheaters) in a given population in the absence of their models. I found that prey interacting locally may favor the predominance of mimic preys and avoid predators that, after a few generations and under a non-random distribution of individuals in space, can further strengthen this unexpected effect allopatry of the mimic and its model

Le développement d’infrastructures linéaires de transport conduit, à toutes les échelles, à une artificialisation du territoire et au morcellement du milieu naturel. La fragmentation du paysage est un processus spatial qui s’accompagne d’une diminution progressive de la connectivité entre les différents éléments nécessaires au bon déroulement des processus écologiques. Ainsi, le maintien d’un bon niveau de connectivité entre les habitats naturels, s’il est compatible avec les activités humaines, est devenu un enjeu majeur pour la préservation de la biodiversité. En mobilisant des méthodes empruntées à la théorie des graphes et à l’écologie du paysage, la thèse cherche à démontrer l’intérêt de la modélisation des réseaux écologiques par les graphes paysagers, dans l’analyse des impacts des infrastructures à l’échelle régionale.Cette démarche, fondée sur la modélisation, a permis de démontrer l’influence du réseau écologique du chevreuil dans la localisation des collisions entre les individus de cette espèce et les véhicules empruntant le réseau de la DIR est en Franche-Comté. Le travail a également permis de proposer un cadre méthodologique pour localiser l’impact potentiel de la branche est de la LGV Rhin-Rhône sur la distribution d’une espèce, et estimer la distance de perturbation de cette infrastructure. Enfin, deux démarches sont proposées pour évaluer quantitativement et hiérarchiser des aménagements afin d’éviter ou d’atténuer ces impacts. Les résultats montrent la pertinence de l’intégration des réseaux écologiques dans les études d’impacts des infrastructures de transport. / The development of linear infrastructures leads to the fragmentation and the artificialisation of the landscape across scales. Landscape fragmentation is a spatial process that is accompanied by a progressive decrease of the connectivity between the elements needed to conduct ecological processes. Thus, maintaining a good level of connectivity between natural habitats, compatible with human activities, has become a major issue for the preservation of biodiversity.By mobilizing methods from graph theory and landscape ecology, the thesis seeks to demonstrate the value of landscape graphs to model ecological networks and analyze impacts of transportation infrastructures at regional scale.The modeling approach, demonstrated the influence of roe deer ecological network in locating its collision hotspots related to traffic flow of the DIR est road network in Franche-Comté. Work has also allowed us to propose a methodological framework for (1) locating the potential impact of the eastern branch of the HSR Rhin-Rhône on a species distribution, and (2) estimate the distance of disturbance of this infrastructure. Finally, two approaches are proposed to quantify and prioritize improvements to prevent or mitigate these impacts. The results show the relevance of the ecological networks in the environmental impact assessment of transportation infrastructures.