Understanding the ecology of an organism is fundamental for defining conservation and management priorities for wildlife and natural ecosystems. The most basic ecological framework identifies the key components of an organism's habitat, and the scale for measuring the quality of those features. How these core needs are expressed and vary in the surrounding ecosystem changes over time and space. In marine systems, the physical environment has few strict boundaries, and variations regularly occur on a scale from days to decades. The dynamic and patchy nature of marine habitat makes defining the ecological roles of an animal difficult, even where baseline data exists. In this study I analyze long term field records on the ecological interactions between foraging gray whales (Eschrichtius robustus), and their mysid prey (Family mysidae) in Clayoquot Sound, B.C. By looking at spatial and temporal shifts at both trophic levels, I measure foraging responses and requirements, and assess prey resource availability and resiliency in the marine environment at a series of scales. Appreciation for bottom-up and topdown trophic interactions provides the foundation for identifying natural variability in marine habitat, and a baseline for conservation measures that seek to use marine predators as a barometer of broader ecosystem health.

Research Doctorate - Doctor of Philosophy (PhD) / The original contribution of this thesis is to demonstrate the use of a generalised and parsimonious approach to building individual-based computer models of ecological systems with the objective of advancing our mechanistic understanding of these systems. Two models are presented; the first, a model of predator-prey interaction, produces the expected non-linear dynamics and illustrates the importance of the timing of variable updating and individual variation for the persistence of the populations. This model is applied to two near-exclusive, cycling predator-prey systems, those of the Canadian lynx and snowshoe hare and the Fennoscandian mustelid predators and their microtine prey. The reproduction of the patterns found in the empirical data of these systems by the model suggests that the underlying mechanism of these predator-prey systems may be more simple than is suggested by other more complex models reported in the literature. The second model describes a system similar to that of a grazing herbivore in a two-dimensional space. The emergence of complex behaviour resulting from the use of space in the model, including metapopulation-like local extinction and re-population and the effects of corridors and edge qualities on the species are demonstrated. The inclusion of a graphical display of the two-dimensional space in the computer interface to the model reveals important details of system behaviour not evident in the population means, including herding behaviour. The latter is dependent on herbivore mobility and the re-growth of resources in an heterogeneous environment, and emerges in the absence of social behaviour. The problem of detecting herding behaviour automatically is addressed, including the development of qualitative and quantitative definitions of herding in the model.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The aim of this work is to study the temporal and spatiotemporal evolution of a threedimensional system that describes a predator-prey dynamics, where the predator population can develop an infectious disease. Thus, the predators are split into two subpopulations: susceptible predators and infected predators. The rate at which susceptible become infected is described by a Holling type II functional response giving saturation when the number of susceptible predators increases. We assume that the disease develops only in the predators population and that all are born susceptible, ie, there is no vertical transmission. In the temporal evolution system, described by ordinary di�erential equations, we analyze the asymptotic behavior of the model, describing the necessary conditions for the occurrence of qualitative changes, relating them to the basic reproduction number of predators and the basic reproduction number of the disease. In numerical simulations these changes are graphically described, from the variation of the parameters that determine the predation efficiency of the infected predator and the mortality rate of susceptible and infected predators. Starting from the same local dynamics, we include spatial variation and consider movement by difusion to the population, obtaining a system described by partial diferential equations in which we can observe in addition to the temporal evolution of the spatial evolution of the system, or as populations are distributed spatially over time, when and how invasions occur in the domain. The temporal evolution of the system exhibits complex dynamics such as stable equilibrium, limit cycles, periodic oscillations and aperiodicity. The same dynamics are found in reaction-difusion system, considering that every point of the space represented by x displays a local dynamic . Spatially, invasions were observed in the form of wave fronts, making populations evenly distributed over time. / O objetivo central deste trabalho é estudar a evolução temporal e espaço-temporal do sistema tridimensional que descreve uma dinâmica presa-predador, onde a população de predadores pode desenvolver uma doença infecciosa. Desta forma, os predadores são divididos em duas subpopulações: predadores suscetí- veis e predadores infectados. A taxa com que os suscetíveis se tornam infectados é dada por uma resposta funcional tipo II, que exibe uma saturação conforme o número de predadores suscetíveis aumenta. Assumimos que a doença se desenvolve apenas na população de predadores e que todos nascem suscetíveis, ou seja, não há transmissão vertical. No sistema de evolução temporal, descrito por equações diferenciais ordinárias, analisamos o comportamento assintótico do modelo, descrevendo as condições necessárias para a ocorrência de mudanças qualitativas, relacionando-as ao número de reprodução básico dos predadores e ao número de reprodução básico da doença. Nas simulações numéricas essas mudanças são descritas gra�camente, a partir da variação dos parâmetros que determinam a e�ciência de predação do predador infectado e a taxa de mortalidade de predadores suscetíveis e infectados. Partindo da mesma dinâmica local, incluímos a variação espacial e consideramos movimenta ção por difusão para as populações, obtendo um sistema descrito por equações diferenciais parciais, com o qual podemos observar, além da evolução temporal, a evolução espacial do sistema, ou seja, como as populações se distribuem espacialmente com o passar do tempo, quando e como ocorrem as invasões do domínio. A evolução temporal do sistema exibe dinâmicas complexas, como equilíbrios estáveis, ciclos limites, oscilações periódicas e aperiodicidade. As mesmas dinâmicas são encontradas no sistema de reação-difusão, considerando-se que cada ponto do espaço, representado por x, exibe uma dinâmica local. Espacialmente, foram observadas invasões em forma de frentes de ondas, tornando as populações homogeneamente distribuídas com o passar do tempo.

Cette thèse est consacrée à l'étude d'une classe d'équations différentielles à retard dépendant de l'état -- ces équations provenant d'un modèle structuré en taille. La principale motivation de cette thèse provient de la volonté d'ajuster les paramètres du système d'équations étudiées vis-à-vis des données générées par un simulateur de forêts, appelé SORTIE. Deux types de forêts sont étudiés ici: d'une part une forêt ne comportant qu'une seule espèce d'arbre, et d'autre part une forêt comportant deux espèces d'arbres (au chapitre 2). Les simulations numériques du système d'équations correspondent relativement bien aux données générées par SORTIE, ce qui montre que le système considéré peut être utilisé afin d'écrire la dynamique de populations d'une forêt. De plus, un modèle plus étendu prenant en compte la position spatiale des arbres est proposé dans le chapitre 2, dans le cas de forêts possédant deux espèces d'arbres. Les simulations numériques de ce modèle permettent de visualiser la propagation spatiale des forêts. Les chapitres 3 et 4 se concentrent sur l'analyse mathématique des équations différentielles à retard considérées. Les propriétés du semi-flot associé au système sont étudiées au chapitre 3, où l'on démontre en particulier que ce semi-flot n'est pas continu en temps. Le caractère dissipatif et borné du semi-flot, pour des modèles de forêts comportant une ou deux espèces d'arbres, est étudié dans le chapitre 4. En outre, afin d'étudier la dynamique de population d'une forêt (d'une seule espèce d'arbre) après l'introduction d'un parasite, nous construisons dans le chapitre 5 un système proie-prédateur dont la proie (à savoir la forêt) est modélisée par le système d'équations différentielles à retard dépendant de l'état étudié auparavant, et dont le prédateur (à savoir le parasite) est modélisé par une équation différentielle ordinaire. De nombreuses simulations numériques associées à différents scénarios sont faites, afin d'explorer le comportement complexe des solutions du au couplage proie-prédateur et les équations à retard dépendant de l'état. / This thesis is devoted to the studies of a class of state-dependent delay differential equations. This class of equations is derived from a size-structured model.The motivation comes from the parameter fittings of this system to a forest simulator called SORTIE. Cases of both single species forest and two-species forest are considered in Chapter 2. The numerical simulations of the system correspond relatively very well to the forest data generated by SORTIE, which shows that this system is able to be used to describe the population dynamics of forests. Moreover, an extended model considering the spatial positions of trees is also proposed in Chapter 2 for the two-species forest case. From the numerical simulations of this spatial model one can see the diffusion of forests in space. Chapter 3 and 4 focus on the mathematical analysis of the state-dependent delay differential equations. The properties of semiflow generated by this system are studied in Chapter 3, where we find that this semiflow is not time-continuous. The boundedness and dissipativity of the semiflow for both single species model and multi-species model are studied in Chapter 4. Furthermore, in order to study the population dynamics after the introduction of parasites into a forest, a predator-prey system consisting of the above state-dependent delay differential equation (describing the forest) and an ordinary differential equation (describing the parasites) is constructed in Chapter 5 (only the single species forest is considered here). Numerical simulations in several scenarios and cases are operated to display the complex behaviours of solutions appearing in this system with the predator-prey relation and the state-dependent delay.

Nous avons étudié les mécanismes d’interaction entre le piège du fourmilion, une dépression conique dans le sable, et ses proies. Nous avons identifié un spectre optimal de proies, pesant environ 2 à 3 mg, par une expérience d’écologie comportementale sur des fourmis. Les proies plus petites et plus grosses sont moins capturées, pour des raisons différentes. Nous avons également découvert que la compacité du milieu granulaire où les fourmilions construisent influence la probabilité de capture. Le piège garde donc en mémoire l’état du milieu, avec des conséquences sur l’alimentation du prédateur. / We studied the interactions between an antlion pit, a conical depression in sand, and its prey. We identified an optimal range of prey size with a behavioural ecology experiment with ants. Prey that are lighter or heavier are less captured, for different causes, than prey of around 2 and 3 mg. We also found that the compaction of the granular medium where antlion built impacts on the probability of capture of prey. The pit so has a memory of the initial state of the immediate soil environment, with consequences for the predator success.

Du fait de l’isolement géographique de l’océan austral et des conditions météorologiques qui y règnent, la collecte de données océanographiques par les moyens conventionnels est particulièrement couteuse dans cette région du globe. Pour pallier à ces difficultés, l’utilisation d’enregistreurs électroniques embarqués sur des prédateurs marins, et notamment sur les éléphants de mer austraux, s’est révélée être une approche intéressante. Les femelles éléphants de mer s’alimentent en grande partie de petits poissons méso-pélagiques bioluminescents, les myctophidés. Leur forte abondance et leur comportement de migration nycthémérale confèrent à ces organismes un rôle écologique de première importance dans l’océan austral. Cependant, la distribution spatiale des proies de l’éléphant de mer, et les processus physiques et biologiques qui influent sur la dynamique de cette distribution sont encore mal connus. Cette thèse se propose d’enquêter sur ces sujets à partir des données à haute fréquence d’échantillonnage collectées par des femelles éléphants de mer. L’analyse du comportement de plongée des femelles éléphants de mer, en relation avec les variations du taux de rencontre de proie dont les données d’accélération permettent d'avoir une estimation, est au cœur des différents travaux développés dans cette thèse. Les résultats obtenus suggèrent notamment, (1) une diminution de l’abondance des proies avec la profondeur ainsi qu’une homogénéisation de leur distribution, (2) une distribution en couches de cette ressource, (3) l’intervention de contraintes verticales délimitant l’étendue verticale de ces couches et ainsi capable de moduler leur densité, (4) au sein des couches, une dispersion relativement importante des proies en comparaison de la portée des capacités de perception du prédateur, et enfin (5) un rôle significatif des tourbillons méso-échelle et de leur bordure sur la structuration de la distribution des ressources alimentaires de l’éléphant de mer durant l’été austral. / Because of the remoteness and harsh meteorological conditions of the southern ocean, data sampling is more costly in this area. Use of electronic devices attached to marine predators (Bio-logging), such as southern elephant seals, has emerged as an interesting approach to cope with this problem. Female southern elephant seals primarily feed on small bioluminescent meso-pelagic fishes called myctophids. Because of their large abundance and of their diel vertical migration behaviour, these organisms have a major ecological importance in the southern ocean. However, the spatial distribution of the elephant seals prey, as well as the bio-physical processes affecting the dynamics of this distribution, are still poorly known. This thesis intends to investigate this issue using high sampling frequency bio-logging data collected by female southern elephant seals. This work is based on the analysis of elephant seals diving behaviour in relation to changes in the occurrence of prey encounter events detected from acceleration data. Our results suggest that (1) prey abundance decreases with depth and that their distribution tend to standardize, (2) prey are distributed into layers, (3) vertical constraints could modulate the prey density by acting on the vertical spread of these layers, (4) prey items are well dispersed in comparison to the perception range of elephant seals, and finally (5) that meso-scale eddies, notably their edges, play a structuring role in the prey distribution during the austral summer.

Orientador: Itamar Alves Martins / Banca: Luis Cesar Schiesari / Banca: Lilian Casatti / Resumo: Girinos são um importante componente de ecossistemas de água doce e, ao longo dos últimos trinta anos, vêm sendo utilizados como modelos para testar hipóteses em ecologia de comunidades. O conjunto de informações disponível atualmente sugere que a presença de predadores influencia a abundância e o uso de hábitat por girinos e, conseqüentemente, a estrutura da comunidade. O objetivo deste estudo foi determinar o uso de recursos e investigar a influência de predadores na distribuição espacial de espécies e na estrutura de comunidades de girinos. As principais questões deste estudo foram: 1) qual o papel dos fatores abióticos na estruturação de comunidades de girinos?; 2) qual o grau de sobreposição de nicho entre as espécies nos três principais eixos de recursos: tempo (ocorrência sazonal), alimento e espaço (hábitat)?; 3) os girinos apresentam um padrão de distribuição não-aleatório em relação aos predadores? As amostragens tiveram freqüência mensal com coletas simultâneas de girinos e insetos predadores. Na caracterização dos corpos d'água foram utilizados dez descritores ambientais. Para determinar as guildas de espécies com relação ao uso de hábitat e ocorrência mensal foi implementada, respectivamente, uma análise de agrupamento e de ordenação por escalonamentro multidimensional não métrico. Para investigar a associação entre a abundância de girinos e os gradientes ambientais foi usada uma análise de correspondência canônica. A partilha de recursos entre girinos foi analisada utilizando-se uma análise de sobreposição de nicho em conjunto com um modelo nulo, considerando como eixos de recursos a ocorrência mensal, ocorrência nas poças e os itens alimentares. A análise da co-ocorrência pareada de girinos e predadores foi efetuada utilizando-se... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Tadpoles are an important component of freshwater ecossystems and in the last thirty years has been used as model organisms to test hypothesis in community ecology. The data currently available suggest that the presence of predators influences the abundance and habitat use by tadpoles and, consequently the community structure. The aims of this study were to establish how tadpoles divide resources and to investigate the influence of predators on species distribution and on community structure of tadpoles. The main questions were: 1) What is the role of abiotic factors in the community structure?; 2) What is the extent of niche overlap among species, considering the three main resource axes: time (seasonal occurrence), diet items and space (macrohabitat)?; 3) Tadpoles exhibit a non-random distribution pattern in relation to predaceous insects? We conducted monthly samplings to collect tadpoles and predaceous insects. We also used 10 environmental descriptors to characterize the water bodies. To recognize species guilds in relation to habitat use and monthly occurrence, we employed respectively a cluster analysis and a n-MDS, respectively. To investigate the association between species abundance and environmental gradients we used a canonical correspondence analysis. The resource partitioning among tadpoles was analyzed using a null model, considering as recource axes monthly occurrence, pond occupancy and diet items. The pair-wise co-occurrence analysis between tadpoles and predaceous insects was carried out using a null model. Our main findings demonstrate that forest canopy cover and pond hydroperiod were the main factors influencing species abundance along water bodies sampled. There was a species sorting along these two environmental gradients, with species restricted to both ends of these continuums. There was a high overlap in seasonal occurence... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Many kinds of interactions among species occur in nature, these relationships can be mutually beneficial as both antagonistic. The predator-prey relationship is an example of consumer-resource interactions, which organizes the biological communities in food chains. This work is divided in two chapters, the first is related to how the assemblage of lizards of Monumento Natural Grota do Angico use trophic resources and how the diet is influenced by the availability of local food and seasonality. The second chapter refers to a field experiment focused on the frequency of attacks to the artificial replicas of lizards. Information on the frequency of tail breakage was also used. This information has been confronted with characteristics of the environments studied, periods, predators, sex and foraging strategies. The study was conducted from January 2012 to June 2013 for diet and frequency of tail breaks data and two separate campaigns in July (rainy season) and November (dry season) for the experiment with the replicas in an area of Caatinga of Sergipe the Monumento Natural Grota do Angico. In general, the species had similar diets, Isoptera was the most important prey to A. ocellifera, G. geckoides, L. klugei and B. heathi and Formicidae to T. hispidus and T. semitaeniatus demonstrating a high electivity of a few food resource categories by the species. The prey consumption by each species in both periods was similar in the frequency of categories used, but differed in the type of prey. There was no difference between the diet of the species and the food availability, indicating that it reflects environmental availability. We observed differences between periods regarding the frequencies of replica attack, being more frequent in the dry season. Evaluation of sites showed that there were differences in the frequency of attacks during the wet season, the same was not observed for the dry season and for general assessment (added information from both periods). The frequency of attacks varied depending on the microhabitats in which they were placed, being more common in soil, and on the types of predators, the attacks were more frequent in the rainy season by birds and in the dry season by ants. Regarding the position where the attack occurred, the body and the head were the most common sites, regardless the category of predator. Regarding the frequency of tail breaks, differences were observed only within the gender, being more common in male individuals. / Na natureza ocorrem muitos tipos de interações entre as espécies, relações estas que podem ser tanto antagônicas quanto mutuamente benéficas. A relação predador-presa é um exemplo de interação consumidor-recurso, que organiza as comunidades biológicas em cadeias alimentares. O presente trabalho é apresentado em dois capítulos, sendo o primeiro referente à forma como a taxocenose de lagartos do Monumento Natural Grota do Angico utiliza os recursos tróficos e como a dieta é influenciada pela disponibilidade de alimento local e pela sazonalidade. Já o segundo capítulo refere-se a um experimento de campo focado nas frequências de ataques as réplicas artificiais de lagartos. Informações sobre as frequências de quebra de cauda foram também utilizadas. Essas informações foram confrontadas com características dos ambientes estudados, períodos, predadores, sexo e estratégias de forrageamento. O trabalho foi realizado entre janeiro de 2012 a junho de 2013 para dados da dieta e frequência de quebras de cauda e duas campanhas distintas julho (período chuvoso) e novembro (período seco) para o experimento com as réplicas em uma área de Caatinga de Sergipe, o Monumento Natural Grota do Angico. Em geral, as espécies apresentaram dietas semelhantes, sendo Isoptera a presa mais importante para A. ocellifera, G. geckoides, L. klugei e B. heathi e Formicidae para T. hispidus e T. semitaeniatus demonstrando uma alta eletividade de poucas categorias de recursos alimentares pelas espécies. O consumo de presas por cada espécie nos dois períodos foi semelhante em relação à frequência de categorias utilizadas, mas diferiram no tipo de presa. Não houve diferença entre as dietas das espécies e a disponibilidade, indicando que elas refletem a disponibilidade no ambiente. Variações entre os períodos foram verificadas em relação às frequências de ataque as réplicas, sendo mais frequentes no período seco. Em uma avaliação realizada por sítios, houve diferenças nas frequências de ataques para o período chuvoso, o mesmo não foi observado para o período seco e para avaliação geral (informações somadas dos dois períodos). As frequências de ataque variaram também em função dos microhabitats em que foram colocadas, sendo mais comuns no solo, e em relação aos tipos de predadores, mais frequentes por aves no período chuvoso e por formigas no período seco. Em relação à posição em que o ataque ocorreu, o tronco e a cabeça foram os locais mais comuns, independente da categoria de predador. Quanto às frequências de quebras de cauda, foram observadas diferenças apenas em relação aos sexos dos indivíduos, mais comuns em machos.

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2016-11-11T13:30:20Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2016-11-11T13:30:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Desde que foi reconhecida a importância de se planejar um turismo sustentável, tem-se buscado ferramentas adequadas para monitorá-lo nas destinações turísticas, tornando esse um dos principais desafios da academia científica de estudos do turismo na atualidade. Diante desse contexto, o desafio apresenta-se ainda maior, quando tratamos de turismo em unidades de conservação, tendo em vista que envolve um ambiente altamente sensível e comunidades em seu entorno que podem ter, no desenvolvimento dessa atividade, sua principal renda econômica. Assim, o que se propõe neste estudo é analisar a aplicabilidade e a eficiência metodológica do monitoramento que visa ao auxílio na construção da sustentabilidade do turismo, em unidades de conservação, através de um estudo de caso no Parque Estadual do Jalapão, localizado no Estado do Tocantins, Brasil. Prioriza-se a investigação de indicadores locais abordados a partir da definição estipulada pela Organização Mundial do Turismo. Os resultados alcançados demonstraram que os indicadores estudados são instrumentos a serem considerados no processo de avaliação e quantificação do turismo em um destino com semelhantes configurações ambientais, o que viabiliza a compreensão e o fortalecimento da noção de sustentabilidade. Este estudo caracteriza-se pela sua vertente interdisciplinar e teve como norteador o método dedutivo. / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2015-05-20T18:30:38Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lucyjane de Almeida Silva - 2015.pdf: 1357945 bytes, checksum: c6e7c0e30627101c90a6eb4ae00a5c4d (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2015-05-20T18:32:39Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lucyjane de Almeida Silva - 2015.pdf: 1357945 bytes, checksum: c6e7c0e30627101c90a6eb4ae00a5c4d (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-20T18:32:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lucyjane de Almeida Silva - 2015.pdf: 1357945 bytes, checksum: c6e7c0e30627101c90a6eb4ae00a5c4d (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2015-03-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work we study the global qualitative behavior of three predator-prey models. We analyze the existence of limit cycle and canard cycle and we investigate the kinds of bifurcation that can occur. In the first model, Gause predator-prey with a refuge, we analyze the effects of a prey refuge on the ecosystem qualitative behavior. Employing the carrying capacity of the prey population in the Gause Model with a refuge we obtain the second model, for which we analyze the effects of the carrying capacity and we compare the results. In the third model we consider the continuous threshold harvesting strategies ocurring when the predator density is above a certain threshold. We note that the model has a complex dynamics with multiple internal equilibria and different types of bifurcation. / Neste trabalho estudamos o comportamento qualitativo global de três modelos predadorpresa. Analisamos a existência de ciclos limite e ciclos de canard e investigamos os tipos de bifurcações que podem ocorrer. No primeiro modelo, modelo predador-presa de Gause com refúgio, analisamos os efeitos do refúgio para as presas no comportamento dinâmico do ecossistema. Empregando a capacidade de suporte para a população de presas no modelo de Gause com refúgio obtemos o segundo modelo, para o qual analisamos os efeitos da capacidade de suporte e comparamos os resultados obtidos. No terceiro modelo consideramos as estratégias de colheita com limiar contínuo que é aplicada quando a densidade de predadores está acima de um certo limite e investigamos o comportamento dinâmico global. Observamos que o modelo possui uma dinâmica complexa com múltiplos pontos de equilíbrio e diferentes tipos de bifurcações.