No description available.

The bluegreen algal community of a Texas coastal marsh was studied in order to estimate annual productivity and extracellular release of dissolved organic compounds. The effects of various environmental factors on these processes were also investigated. Productivity of the algal mat was highest in the summer, with the lowest rates of carbon fixation occurring in December. Annual productivity was estimated to be 71.04 g C m('-2), approximately 10% of the net aerial productivity of the grass canopy. While this may appear to be a minor contribution in terms of magnitude, the algal material is directly available to consumers while the grasses must decay before assimilation is possible. Of the environmental parameters studied, temperature had the greatest effect on productivity. The rate of carbon fixation was also affected by light intensity and salinity, however factors which modify the amount of biomass present such as grazing and flooding are more important in determining annual productivity. The pattern of ('14)C incorporation into various intracellular fractions (low molecular weight metabolites, polysaccharide, and protein) was useful for further assessment of environmental effects. For example, changes in the relative incorporation of label into the protein fraction were evident during moderately unfavorable conditions when the rate of carbon fixation was apparently unaffected. The filamentous bluegreen algae studied released an average of 3.7% of their photoassimilated carbon into the environment. Annual release was estimated to be 2.25 g C m('-2). Increasing extracellular release accompanied greater rates of carbon fixation and those environmental factors which influenced productivity had a similar effect on excretion. However, fluctuations in the water potential of the external environment were very important in determining the rate of extracellular release; high salinity or low soil moisture were responsible for high rates of excretion. Mannitol and trehalose were identified as the most commonly released compounds, with occasional evidence for the release of glucose and sucrose. The presence of mannitol, in particular, suggests that in natural situations extracellular release of organic compounds can function in osmotic adjustment.

Successional change following logging and major natural disturbance was investigated through the use of stand history reconstruction and population monitoring in an east Texas mixed pine-hardwood forest. Establishment of intolerant loblolly pine (Pinus taeda), white oak (Quercus alba) and water oak (Q. nigra) was limited to a relatively brief (10-20 yrs) period after a selective pine cut in 1910-1930. Establishment of shade tolerant beech (Fagus grandifolia) and southern magnolia (Magnolia grandiflora), initially suppressed after logging, began to increase as reproduction of less tolerant species declined, and is relatively abundant in the current forest. Timing of red maple (Acer rubrum) establishment was intermediate between these extremes. Current establishment is mostly occurring beneath patches of water oak, white oak and pine, rather than beneath beech and magnolia. Beech and magnolia trees and saplings are growing faster and mortality of young trees and saplings is lower than for other hardwood species. Thus, through a variety of mechanisms, the importance of beech and magnolia in the current forest appears to be increasing relative to pine and less tolerant hardwoods. Though the data are less complete, similar processes have apparently occurred after major natural disturbance.

I investigated spatial and temporal patterns of seed deposition, seedling appearance, survivorship, and growth in an East Texas river floodplain forest from 1980 through 1984, and estimated the importance of several factors including flooding, drought, shading, insect herbivory, and fungal attack in causing seedling mortality. Tree species fell into two groups on the basis of their demographic characteristics and responses to unfavorable conditions. For heavy-seeded species, of which water oak was the primary example, few seeds were produced, but seedling survival was high. Seedlings appeared late in the summer, thereby avoiding peak periods of flooding and damping-off mortality. Seedling survival was little affected by drought, insect herbivory, or proximity to a conspecific adult. Most of the common tree species were light-seeded, produced large seed crops, and saturated the study site with seeds due either to long dispersal distances (e.g. red maple, sweetgum, and elm) or high adult abundance (e.g. ironwood). However, these species often survived poorly as seedlings. Flooding, drought, damping-off, proximity to a conspecific adult, insect herbivory, and shade were important causes of mortality. Mortality for the light-seeded species was not constant, but was concentrated in peaks associated with particular events (e.g. a drought in 1980, and flooding and damping-off in 1981 and 1982). Seedlings germinating earlier in the spring were better able to survive these periods of stress. Conditions unfavorable to the survival of the light-seeded species resulted in increases in the proportion of water oak in the seedling layer, while favorable conditions allowed the more prolific, light-seeded species to increase in importance. I hypothesized that spatial and temporal variation in seedling composition leads to differential species success in canopy openings by favoring species currently important as seedlings. As a test of this hypothesis, seedling survival and abundance in the understory were compared to sapling abundance in nearby canopy gaps. Results for both sweetgum and water oak support the hypothesis that seedling abundance prior to gap formation is an important determinant of successful canopy recruitment. However, for red maple, success in gaps appeared more closely related to proximity of a seed source rather than advance regeneration of seedlings.

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.