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Thesis (Ph. D.)--Joint Program in Biological Oceanography (Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Biology; and the Woods Hole Oceanographic Institution), 2008. / Includes bibliographical references. / In this dissertation, I explored metapopulation dynamics and population connectivity, with a focus on the softshell clam, Mya arenaria. I first worked towards developing a method for using elemental signatures retained in the larval shell as a tag of natal habitat. I designed and implemented an experiment to determine whether existing methods commonly used for fishes would be applicable to bivalves. I found that the instrumentation and setup I used were not able to isolate and measure the first larval shell of M. arenaria. In concert with developing this method for bivalves, I reared larval M. arenaria in the laboratory under controlled conditions to understand the environmental and biological factors that may influence elemental signatures in shell. My results show that growth rate and age have significant effects on juvenile shell composition, and that temperature and salinity affect larval and juvenile shell composition in variable ways depending on the element evaluated. I also examined the regional patterns of diversity over the current distribution of M. arenaria using the mitochondrial gene, cytochrome oxidase I (COI). I found minimal variability across all populations sampled, suggesting a recent population expansion in the Northwest Atlantic. Finally, I employed theoretical approaches to understand patch dynamics in a two-patch metapopulation when one patch is of high quality and the other low quality. I developed a matrix metapopulation model and compared growth rate elasticity to patch parameters under variable migration scenarios. I then expanded the model to include stochastic disturbance. I found that in many cases, the spatial distribution of individuals within the metapopulation affects whether growth rate is most elastic to parameters in the good or bad patch. / by Carly A. Strasser. / Ph.D.

When multiple predators foraging together have different individual consumption rates than predators foraging in isolation, they exhibit non-independent multiple predator effects on prey. I examined multiple predator effects in a system consisting of invasive green crabs (Carcinus maenas L.), native rock crabs (Cancer irroratus Say) and benthic macrofauna prey. First, I examined multiple predator effects when green crabs and rock crabs forage on soft-shell clams (Mya arenaria L.) in different habitat types (sand, sand with artificial seagrass) and assessed the behavioural mechanisms responsible for the observed predation effects. Independent multiple predator effects on prey were detected for most conspecific and heterospecific pairs in both habitat types. In general, crab foraging behaviours were not affected by the presence of another predator. Interactions between predators did not influence foraging behaviours because encounters were infrequent, short in duration and predominantly non-aggressive. A non-independent multiple predator effect on prey (marginally significant) was observed when green crabs foraged with rock crabs in artificial seagrass. This effect, however, could not be explained by the observed crab behaviours. Second, I investigated multiple predator effects when green crabs and rock crabs forage on a soft-sediment macrofauna community. Because crabs did not have significant predation effects on the community throughout the experiment, I did not evaluate multiple predator effects on prey. It is possible that crab predation was not important in regulating the macrofauna community, in which case multiple predator effects were non-existent. Predation may have been suppressed due to a combination of factors, including interactions between predators, harsh environmental conditions or a sub-optimal prey field. Alternatively, my ability to detect significant predation effects may have been hindered because of prey movement in and out of cages or low statistical power. Overall, results from this thesis demonstrate that multiple predator effects on prey may differ with habitat and highlights the importance of conducting behavioural observations to better understand interactions between predators and the resulting consequences for prey. Multiple predator effects on a soft-sediment community should be re-evaluated to assess the importance of these crab species in regulating benthic macrofauna under natural conditions.

L'objectif de cette thèse était de mettre en évidence les caractéristiques structuro-fonctionnelles d'un type cellulaire précis, les hémocytes de bivalves. Les outils analytiques tels que la chromatographie liquide haute performance (CLHP) et la chromatographie en phase gazeuse (CPG) ont permis une investigation approfondie des composants lipidiques membranaires. La composition détaillée des classes et sous-classes de phospholipides ainsi que les spécificités de leur composition individuelles en acides gras ont été mises en évidence. De plus, l'utilisation de la cytométrie en flux a permis de caractériser un certain nombre de fonctions hémocytaires ainsi que la ploïdie des hémocytes. La composition lipidique des membranes d'hémocytes chez quatre espèces de bivalves ; l'huître creuse Crassostrea gigas, la palourde Japonaise, Ruditapes philippinarum, la coque Cerastoderma edule et la mye Mya arenaria a été finement caractérisée. Parmi les particularités principales, une forte teneur en plasmalogènes enrichis en acides gras " non methylene interrupted " (NMI) et en 20:1n-11 a été mise en évidence pour la première fois dans des hémocytes. Ces acides gras présentent la particularité d'être biosynthétisés de novo par les bivalves marins. Les membranes des hémocytes sont également très riches en céramide aminoéthylphosphonate (CAEP) et en stérols. La seconde étape a consisté à étudier les modifications des compositions lipidiques membranaires et des fonctions cellulaires potentiellement induites par la néoplasie disséminée, afin de dégager des liens structuro-fonctionnels au niveau membranaire. Pour ce faire, les cellules circulantes provenant d'animaux sains et d'animaux atteints par la néoplasie disséminée ont été comparées chez la coque du Bassin d'Arcachon et la mye de l'Ile du prince Edouard (Canada). Dans le cas des coques, une proportion beaucoup plus faible d'espèces moléculaires plasmalogènes-acides gras NMI a été observée dans les membranes des cellules néoplasiques. Cette observation était associée à une activité phagocytaire plus faible et à une origine subcellulaire d'espèces réactives de l'oxygène (ERO) différente. Chez les myes, une plus faible proportion de l'espèce moléculaire phosphatidylsérine plasmalogène-20 :1n-11 associée une plus faible activité phagocytaire a été détectée dans les cellules circulantes des animaux affectés par la néoplasie disséminée. Les caractéristiques de la néoplasie disséminée chez la coque du Bassin d'Arcachon sont apparues très différentes de celles observées chez la mye de l'Ile du Prince Edouard, notamment au niveau de la ploïdie des cellules néoplasiques mais aussi de la prolifération cellulaire et de la prévalence des différents stades de développement de la maladie. Une progression différente de cette pathologie entre les deux espèces a été suggérée. Ceci pourrait expliquer les différences d'altérations des structures lipidiques membranaires des cellules néoplasiques entre ces deux espèces.