Les animaux ont toujours évolué avec leur microbiote. Toutefois, peu d’études ont analysé le rôle des bactéries sur la spéciation. Il a été démontré que le microbiote oriente la spéciation de son hôte. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer l’influence des bactéries sur la spéciation du grand corégone (Coregonus clupeaformis). Sous certaines conditions, il existe deux espèces de corégone qui ont évolué de façon parallèle ; l’espèce naine et l’espèce normale qui sont caractérisées par des niches trophique et écologique différentes. Plusieurs types d’interaction hôte-bactéries ont été analysés au niveau de populations de corégones sauvages et de corégones captifs, qui ont été élevés dans des conditions identiques. Chez les corégones sauvages, les résultats supportent un effet de parallélisme au niveau de la diversité bactérienne, mais cet effet n’a pas été observé au niveau de la structure des communautés bactériennes entre l’espèce naine et normale. La présence d’un noyau bactérien très conservé au niveau du microbiote intestinal démontre une influence marquée de l'hôte sur ses communautés bactériennes. L’ensemble de ces résultats soulignent la complexité de l'holobionte (hôte + bactéries) en démontrant que la direction de sélection peut différer entre l'hôte et son microbiote. Chez les corégones captifs, la différence de la structure bactérienne chez les nains, les normaux et les hybrides F1 réciproques met en évidence l’influence de l’hôte sur le microbiote. Finalement, cette étude pionnière des communautés bactériennes du grand corégone ouvre la voie à des nouvelles directions de recherche liées à l’évolution de l’holobionte. / Animals have evolved with their microbiota. However, little is known about the role of bacteria over the course of this evolution. These last few years, it has been shown that the microbiota influences speciation by controlling the pre-zygotic and post-zygotic reproductive isolation. The main goal of the thesis is to analysis for the first time the influence of the microbiota on the Lake Whitefish (Coregonus clupeaformis) which represents a continuum in the early stage of ecological speciation. Some species pairs of dwarf (limnetic niche specialist) and normal (benthic niche specialist) evolved in parallel inside several lakes in northeastern North America. Bacterial communities have been compared among five wild sympatric species pairs of whitefish as well as captive dwarf, normal and hybrids whitefish reared in identical controlled conditions. For the wild fish, difference of the bacterial community structure was highlighted in the three studied interactions between the bacterial community and the host: host-pathogen, host-symbiont and host-transient bacteria. Although no parallelism was detected for the bacterial community structure for these interactions, it was highlighted at the bacterial diversity level. Moreover, parallelism was not observed within the bacteria community structure, likely because the water bacterial communities, studied in this thesis, and the biotic and abiotic factors were characterized by important variation between the lake populations of whitefish. Furthermore, results revealed a strong influence of the host (dwarf or normal) on the bacterial communities with pronounced conservation of the core intestinal microbiota. Finally, our result highlighted the complexity of the holobiont (host + bacteria), suggesting that the direction of selection could differ between the host and its microbiota. In fact, three evolutionary directions have been highlighted between the fish and its bacterial communities. For the captive whitefish, an influence of host (normal, dwarf and hybrids) was also detected on bacterial taxonomic composition. Hybrid microbiota was not intermediate and its composition fell outside of that observed in the parental forms. This pioneer study on the bacterial communities of the Lake whitefish opens new research fields related to the evolution of the holobiont.

Les champignons représentent une ressource alimentaire peu connue, mais de bonne qualité nutritive pour les herbivores en raison de leur teneur élevée en protéines. L'objectif principal de notre étude était de déterminer quelles espèces de champignons sont consommées par les cerfs de Virginie à l'île d'Anticosti, Québec, Canada. Pour ce faire, nous avons échantillonné les fèces de 114 cerfs récoltés en 2014 et 2015 sur l'île d'Anticosti. Nous avons extrait l'ADN fongique des fèces et l'avons amplifié à l'aide d'une réaction en chaîne par polymérase (PCR). L'ADN fongique amplifié a été séquencé par la méthode Illumina pour identifier les espèces de champignons consommées. Nos résultats démontrent que les cerfs échantillonnés semblent avoir consommé de manière directe plus de 580 espèces de champignons présentes sur l’île. Les adultes consomment une plus grande diversité de champignons que les juvéniles et la diversité de champignons consommée par les cerfs varie beaucoup d'une année à l'autre. Les résultats de cette étude permettent de mieux comprendre les besoins alimentaires du cerf de Virginie et le rôle des champignons dans leur alimentation. / Mushrooms represent a little known source of food for herbivores despite their high quality provided by their high protein content. The main objective of this study was to determine which mushroom species were consumed by white-tailed deer on Anticosti Island (Québec, Canada). To do this, we collected 114 fecal samples from deer harvested in 2014 and 2015 on Anticosti Island. Fungi DNA was extracted from feces and amplified via polymerase chain reaction (PCR). Amplified fungi DNA was then sequenced with the method Illumina to identify mushroom species consumed by deer. Deer harvested appear to have consumed more than 580 mushroom species directly. We showed that adults consumed a higher mushroom diversity than juveniles and mushroom diversity consumed by deer varied greatly annually. Our results help understanding white-tailed deer food requirements and the role of mushrooms in their diet.

L’Océan Arctique est l’un des environnements où l’on retrouve les plus fortes variations saisonnières au monde. L’un des outils utilisés pour représenter et comprendre de tels environnements variables sont les modèles biogéochimiques. Néanmoins, ces modèles n’ont qu’une représentation sommaire des espèces métazoaires, telles que les copépodes, qui représentent pourtant jusqu’à 80% de la biomasse totale du zooplancton arctique. De plus, les espèces de copépodes composant la majorité de cette biomasse ont développé un mécanisme leur permettant de bénéficier au maximum de la production primaire concentrée l’été en Arctique, la diapause. Ce mécanisme a été documenté comme ayant un impact direct sur la phénologie des autres espèces de la communauté planctonique, ainsi que sur la biogéochimie de leur environnement. Ce projet de recherche vise à combler le manque de représentation de ce trait en l’incluant au sein d’un modèle biogéochimique dans le contexte particulier de l’Arctique représenté par des données environnementales prélevées dans le Gulf d’Amundsen. Nos résultats démontrent que sans le trait de la diapause, le modèle ne permettait pas la survie d’espèces de métazoaires. Grâce à l’utilisation de relations allométriques ainsi qu’au mécanisme de sélection naturel présent dans le modèle utilisé, nous observons qu’une seule espèce de métazoaire peut présenter une dynamique de diapause comparable à celles retrouvées dans la zone d’étude. Nous discutons ensuite de l’importance que ce trait peut avoir sur la phénologie des espèces planctoniques en raison de cascades impliquant des chaines trophiques courtes. Finalement, l’ajout d’une migration saisonnière dans le modèle actuel permettra à de futurs projets de recherches d’étudier les deux mécanismes biogoéchimiques liés à la diapause que sont la pompe à lipide ainsi que le « court-circuit lipidique » (lipid shunt).

Le dégel et l'affaissement des buttes de pergélisol riches en glace entraînent la formation de mares de thermokarst. Ces eaux sont connues pour émettre du CH₄ et du CO₂, mais la dynamique biogéochimique de ces émissions demeure méconnue. Les objectifs de cette thèse étaient d'évaluer les principales sources de variabilité des émissions de gaz à effet de serre par les mares de thermokarst formées sur un pergélisol plus ou moins riche en carbone, et d'évaluer certains changements non linéaires dans ces écosystèmes pouvant résulter du réchauffement climatique. Les concentrations et les flux de CH₄ et de CO₂ ont été mesurés dans 18 lacs de thermokarst situés dans six sous-régions biogéochimiquement distinctes du Québec subarctique, le long d'un gradient de dégradation du pergélisol. Ces sites renferment des mares de thermokarst issues soit du dégel de palses (buttes de tourbières gelées) ou de lithalses (buttes de pergélisol minéral), dont la teneur en carbone organique diffère d'un sol à l'autre. Pour évaluer l'effet potentiel de la dégradation du pergélisol sur ces systèmes d'eau douce soumis à l'influence du réchauffement climatique, des sites comparables ont été sélectionnés dans la zone de pergélisol discontinu au nord, ainsi que dans la zone de pergélisol sporadique au sud où le pergélisol se dégrade plus rapidement. Un profilage hivernal de cinq lacs situés sur des tourbières de pergélisol érodées a été effectué, et des enregistreurs automatisés de température, de conductivité et d'oxygène ont été utilisés pour évaluer comment le cycle annuel de stratification et de mélange peut affecter les rejets de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Les mares étudiées étaient stratifiées thermiquement pendant la majeure partie de l'année, avec de forts gradients physico-chimiques dans la colonne d'eau, et la plupart avaient un hypolimnion anoxique. Les mares de lithalse les plus septentrionales présentaient une teneur en CO₂ de surface inférieure ou supérieure à la saturation, mais les lacs plus au sud présentaient des concentrations de surface beaucoup plus élevées, bien audessus de l'équilibre atmosphérique. Les concentrations de CH₄ dans les eaux de surface étaient au moins un ordre de grandeur au-dessus de l'équilibre avec l'air à tous les sites de lithalse, et les flux diffusifs des deux gaz augmentaient du nord au sud. Le taux d'oxydation du CH₄ dans les eaux de surface d’une mare de lithalse au nord ne représentait que 10% du taux d'émission, mais à l'extrémité sud, il atteignait environ 60% des émissions vers l’atmosphère, indiquant que la méthanotrophie pourrait jouer un rôle important dans la réduction des émissions nettes. Les eaux de surface des mares de palse du nord et du sud de la région d'étude étaient supersaturées en CH₄ et aussi saturées en CO₂, particulièrement les lacs du sud où les concentrations de CH₄ dépassaient de 5 ordres de grandeur l'équilibre atmosphérique. Les concentrations de CH₄ et de CO₂ augmentaient de plusieurs ordres de grandeur au fond des lacs du sud, mais les gradients verticaux étaient moins marqués ou absents au nord. De fortes émissions de CH₄ et de CO₂ provenaient de l'ébullition des gaz, mais elles étaient largement dépassées par les flux diffusifs, contrairement aux mares de thermokarst étudiées ailleurs en Alaska, en Europe, ou en Sibérie. La datation au radiocarbone des échantillons de gaz d'ébullition a montré que l'âge ¹⁴C du CH₄ variait entre 760 et 2005 ans, alors que le CO₂ était toujours plus jeune. Toutes les mares étudiées contenaient d'importants stocks de CH₄ en hiver sous leur couverture de glace saisonnière. Les concentrations sous la glace étaient jusqu'à 5 ordres de grandeur au-dessus de l'équilibre atmosphérique, correspondant à un taux d'émission lors de la débâcle de 1 à 2 ordres de grandeur plus élevé qu'au milieu de l'été, sans compter les émissions par ébullition. Le rapport estimé entre les émissions diffuses de CO₂ et de CH₄ serait deux fois plus élevé en été qu'au printemps, ce qui suggère la prédominance de la production hydrogénotrophique de méthane en hiver et l'augmentation de l'activité bactérienne aérobie en été. Les enregistrements annuels des instruments automatisés installés in situ suggèrent que la morphométrie lacustre (fetch et profondeur) pourrait jouer un rôle clé dans le contrôle du moment et de l'ampleur du rejet de CH₄ de la colonne d'eau vers l'atmosphère. Dans l'ensemble, ces observations montrent que les mares de lithalse peuvent émettre du CH₄ et du CO₂ rapidement après leur formation, avec des efflux de gaz qui persistent et augmentent à mesure que les mares continuent de se réchauffer et le pergélisol de s'éroder. Par ailleurs, les résultats indiquent que les mares de palse peuvent devenir une source de gaz à effet de serre de plus en plus importante alors que la limite sud du pergélisol continue à se déplacer vers le nord. Les résultats soulignent également la nécessité de tenir compte des grandes fluctuations saisonnières des émissions de méthane provenant des mares de thermokarst des tourbières dans les estimations des flux annuels de carbone. / The thawing and subsidence of ice-rich permafrost mounds results in the formation of thermokarst lakes and ponds. These waters are known to emit CH₄ and CO₂, but the biogeochemical dynamics of these emissions remain poorly understood. The objectives of this thesis study were to assess major sources of variability in estimates of greenhouse gas emissions from thermokarst lakes formed on permafrost of divergent carbon content, and to evaluate some of the non-linear changes in these freshwater ecosystems that may arise from global warming. CH₄ and CO₂ stocks and fluxes were measured in 18 thermokarst lakes in six biogeochemically distinct sub-regions of subarctic Quebec, along a permafrost degradation gradient. These sites contain thermokarst lakes that are derived either from the thawing of palsas (frozen peat mounds) or lithalsas (mineral permafrost mounds), which differ in their soil organic carbon content. To address the potential effect of permafrost degradation on these freshwater systems under climate warming, comparative sites were selected in the northern discontinuous permafrost zone and in the southern sporadic permafrost zone where permafrost is more rapidly degrading. Winter profiling of five lakes located on eroding permafrost peatlands was undertaken, and automated water temperature, conductivity and oxygen loggers were used to evaluate how the annual cycle of stratification and mixing may affect the release of greenhouse gases to the atmosphere. The studied lakes were thermally stratified for most of the year, with strong physico-chemical gradients down the water column, and most had anoxic bottom waters. The northernmost lithalsa lakes varied in their surface-water CO₂ content, from below to above saturation, but the southern lakes in this gradient had much higher surface concentrations that were well above air-equilibrium. Surface-water CH₄ concentrations were at least an order of magnitude above air-equilibrium at all lithalsa sites, and the diffusive fluxes of both gases increased from north to south. The rate of CH₄ oxidation in the surface waters from a northern lithalsa lake was only 10% of the emission rate, but at the southern end it was around 60% of the efflux to the atmosphere, indicating that methanotrophy may play a substantive role in reducing net emissions. The surface waters of palsa lakes at both northern and southern sites were supersaturated in CH₄ and CO₂, and to a greater extent in the southern lakes, where CH₄ concentrations were up to 5 orders of magnitude above air equilibrium. Concentrations of CH₄ and CO₂ increased by orders of magnitude with depth in the southern lakes, however vertical gradients were less marked or absent in the North. Strong CH₄ and CO₂ emissions were associated with gas ebullition, but these were greatly exceeded by diffusive fluxes, in contrast to thermokarst lakes studied elsewhere. Radiocarbon dating of ebullition gas samples showed that the CH₄ had ¹⁴C-ages from 760 to 2005 years before present, while the CO₂ was consistently younger. All of the studied lakes contained large stocks of CH₄ in winter under their seasonal ice covers. The sub-ice concentrations were up to 5 orders of magnitude above airequilibrium, and the emission rates at ice break-up would be 1-2 orders of magnitude higher than during mid-summer. The estimated ratio of diffusive CO₂ to CH₄ emission was twice as high in summer than in spring, suggesting the predominance of hydrogenotrophic methane production in winter, and increased aerobic bacterial activity in summer. The annual records from the automated instruments moored in situ suggest that lake morphometry (fetch and depth) may play a key role in controlling the timing and extent of CH₄ release from the water column to the atmosphere. Overall, these observations show that lithalsa lakes can begin emitting CH₄ and CO₂ soon after they form, with effluxes of both gases that persist and increase as the lakes continue to warm and the permafrost continues to erode. Moreover, the results indicate that peatland thermokarst lakes may be an increasingly important source of greenhouse gases as the southern permafrost limit continues to shift northwards. The results also underscore the need to consider the large seasonal fluctuations in methane emissions from peatland thermokarst lakes in estimates of annual carbon fluxes.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Les fluctuations de la densité de population et la stochasticité environnementale induisent des variations dans l’acquisition des ressources et les dépenses énergétiques des ongulés. Ces variations modulent, via différents mécanismes, leurs stratégies biodémographiques. L’objectif de cette étude était d’évaluer l’influence de la densité de population et des facteurs environnementaux sur l’allocation des ressources aux différents paramètres individuels de la condition corporelle et de l’effort de reproduction chez les femelles du cerf de Virginie, ainsi que de mieux comprendre les conséquences post-reproductives sur la condition corporelle. Nous avons utilisé les données d’un suivi à long terme des traits biodémographiques de cerfs abattus à la chasse sportive à l’île d’Anticosti (Québec, Canada), en mettant l’emphase sur les données recueillies sur les femelles adultes (>2 ans). Nos résultats démontrent que la variabilité des traits biodémographiques est liée aux effets simples de la densité de population et de la productivité végétale. Une densité de population élevée réduisait les gains automnaux sous forme de réserves corporelles, ce qui diminuait la probabilité de concevoir des jumeaux ou des triplets. Une densité de population élevée à la naissance influençait positivement la masse corporelle des femelles à l’automne, et conséquemment la taille de la portée. La vitesse de débourrement de la végétation au printemps affectait positivement l’accumulation des réserves de gras. Notre étude a aussi permis de détecter des effets synergiques entre la densité de population et des facteurs environnementaux sur différents paramètres de la condition corporelle et de l’effort reproducteur. L’effet négatif des précipitations hivernales sur les réserves automnales en gras était seulement détecté à faible densité de population. À faible densité de population, les femelles nées sous des conditions environnementales défavorables tendaient à retarder l’âge à la première reproduction. La productivité végétale au printemps influençait négativement la masse corporelle des femelles à l’automne, et cet effet était plus prononcé à densité de population élevée. Enfin, notre étude révèle que la reproduction affecte la condition corporelle des femelles à l’automne. La lactation influençait négativement la masse corporelle et les réserves corporelles à l’automne, alors que la conception influençait négativement les réserves de gras. En somme, notre étude apporte de nouvelles connaissances pour mieux anticiper la façon dont les populations d’ongulés nordiques, limitées en ressources, peuvent répondre aux changements environnementaux futurs. Nous suggérons que pour les femelles vivant à densité de population élevée et dans des conditions climatiques rigoureuses, la plasticité des stratégies biodémographiques est un déterminant majeur du potentiel reproducteur. / Both population density and environmental stochasticity generate variations in energetic intake and nutritional requirements and expenditures of ungulates. These variations modulate their life-history strategies through different mechanisms. The objective of this study was to evaluate the influence of population density and environmental factors on resource allocation among various parameters of individual body condition and reproductive effort in female white-tailed deer, and to better understand post-reproductive consequences on body condition. We used a long-term dataset of life-history traits of white-tailed deer harvested on Anticosti Island (Québec, Canada), with an emphasis on adult females (>2 years old). Our study revealed that variability in life-history traits is linked to population density and vegetation productivity. High population density reduced autumn gains in body reserves, which in turn reduced the probability of conceiving twins or triplets. High population density at birth positively influenced female body mass in autumn, and consequently litter size. The rate of the spring green-up positively affected body fat accumulation. Our study also allowed us to detect synergistic effects between population density and environmental factors on body condition and reproductive parameters. The negative effect of winter precipitations on fat reserves in autumn only occurred at low population density. At low population density, females born under harsh environmental conditions tended to delay age at first reproduction. Vegetation productivity in spring negatively influenced female body mass in autumn, and this effect was more pronounced at high population density. Finally, our study revealed that reproduction affected female body condition in autumn. Lactation negatively influenced body mass and body reserves, while conception negatively influenced fat reserves. In summary, our study provides additional insights on how northern ungulates limited by food may respond to future environmental changes. We suggest that plasticity in life-history strategies is a major determinant of reproductive potential for females living at high density and under harsh climates.

Dans les environnements littoraux de l’Atlantique Nord, les densités importantes d’oursin vert Strongylocentrotus droebachiensis ont entraîné la décimation des laminaires et l’apparition de grandes étendues dénudées où la biodiversité et les services écosystémiques sont fortement limités. Par contre, l’oursin vert a une grande valeur commerciale et son élevage en aquaculture représente une activité pour laquelle un intérêt grandissant est observé. Toutefois, il s’agit malheureusement d’une pêcherie ayant une évolution temporelle en dents de scie. Une gestion appropriée des populations d’oursins pourrait aider à atteindre un meilleur équilibre entre l’abondance de cette espèce et les laminaires. Ainsi, les laminaires pourraient recoloniser les zones d’où elles ont été complètement broutées par les oursins, ce qui améliorerait la qualité des oursins favorisant leur exportation. La présente thèse rassemble de l’information relative aux interactions écologiques et aux facteurs environnementaux déterminants la démographie des oursins à différentes échelles spatiales dans l’Estuaire et le Golfe du Saint-Laurent (EGSL, Canada). Dans l’EGSL, il n'y a aucun des mécanismes usuels de contrôle des populations d’oursins (prédation, mortalité en masse et pêche). Il en résulte que les oursins dominent les régions infra littorales depuis des décennies. Un inventaire extensif décrivant la structure des populations (c.-à-d., fréquences de la taille, abondance et biomasse) à plusieurs échelles spatiales (c.-à-d., profondeur, site) a montré une importante variabilité spatiale. La densité et la biomasse mesurées dans l’EGSL sont parmi les plus importantes rapportées pour cette espèce. De plus, les laminaires sont limitées aux sites exposés et peu profonds. Une étude faite en mésocosme sur le terrain couplée à une expérience comportementale a montré que la compétition intraspécifique déterminée par la taille joue un rôle important sur la structure des populations via la réduction du taux de croissance et de la production de gonades chez les petits individus, ainsi que sur leur comportement d’approvisionnement. Un changement ontogénique intéressant a été observé quant à l’importance relative du type de compétition, qui passe d’une combinaison d’interférence et d’exploitation chez les petits oursins à une compétition par exploitation seulement chez les oursins de taille moyenne. Finalement, nous avons évalué l’exactitude de la technique de sclérochronologie consistant à estimer l’âge des oursins à partir du compte des bandes de croissance observables sur leur squelette. Des expériences en laboratoire ont démontré qu’en plus d’une importante variabilité dans la déposition des bandes entre les différents composants du squelette, plusieurs facteurs de stress environnementaux (p. ex., apport alimentaire limité, périodes d’hyposalinité, température de l’eau) peuvent induire la déposition de bandes de croissance additionnelles. De plus, une revue de littérature a montré que malgré son utilisation fréquente, seule la moitié des études ayant eu recours à cette technique ont tenté de valider les prémisses sur lesquelles celle-ci est basée. Une analyse plus approfondie de la méthodologie de ces études révèle également que lorsque présentes, les études de validation étaient inadéquates. Ainsi, la sclérochronologie chez les oursins ne devrait pas être utilisée pour déterminer l’âge des individus sans qu’avant une méthode permettant de générer une estimation répétable, exacte et précise, à partir des bandes de croissance, ne soit élaborée. L’information récoltée dans le cadre des études démographiques a des applications écologiques importantes et permet d’améliorer les prédictions des modèles de dynamique des populations dans un monde en changement constant. Cette thèse fait avancer notre compréhension des caractéristiques individuelles intrinsèques, les interactions écologiques et les facteurs environnementaux associés à L’EGSL qui déterminent les processus (c.-à-d., taux de croissance des populations, mortalité) et les caractéristiques (c.-à-d., abondance, âge) démographiques chez l’oursin. / In North Atlantic nearshore environments, high densities of the green urchin Strongylocentrotus droebachiensis have led to the decimation of kelp beds and created extensive barren grounds with reduced biodiversity and ecosystem services. However, green urchins have a high commercial value, and there is a growing interest in aquaculture farming, but unfortunately, their extraction is a classic example of a boom - and - bust fishery. Correct management of urchin populations could thus help create a better equilibrium bet ween urchin populations and kelp beds, allowing the kelp to re-colonize places where it has been completely grazed by urchins and increasing the quality of urchins for export. This thesis collects information about the underlying ecological interactions and environmental factors that affect urchin demography at different spatial scales in the Saint Lawrence Estuary and Gulf (SLEG, Canada). In the SLEG there is no control of urchin populations by the usual means (i.e., predation, mass mortality and harvest), so subtidal environments have been dominated by urchin barrens for decades. An extensive survey across different spatial scales (i.e., region, depth, and site) revealed high variability in urchin population structure (i.e., size - frequency, abundance, and biomass). Density and biomass were among the highest recorded for this species, and kelp beds were limited to exposed shallow sites. Field-based mesocosm and behavioural experiments showed that size-asymmetric intraspecific competition may have an important role in structuring these populations by reducing the growth rate and gonad production of small urchins, as well as affecting their foraging behaviour. Interestingly, there is an ontogenetic change in the relative importance of the type of competition (i.e., interference and exploitative) as it moves from interference and exploitative in small urchins to only exploitative in medium urchins. Finally, we evaluated the accuracy of sclerochronology, a technique used to estimate urchin age that involves counting skeletal growth bands. Under laboratory conditions, several environmental stressors (e.g., food limitation, low salinity periods, water temperature) can induce the deposition of additional growth bands, and band deposition varies among different skeletal components. Moreover, a literature review showed that despite the common use of sclerochronology, only half of the studies that have used it have attempted to validate its basic assumptions, and of those, the methodology used for the validation attempts were judged inadequate for most studies. Thus, sclerochronology should not be used for aging urchins until it provides consistently accurate and precise interpretations of growth bands. Information collected in population demography studies has an important role in informing ecological applications and improving predictions of urchin population dynamics in a constantly changing world. This thesis greatly furthers our understanding of how individual intrinsic characteristics, ecological interactions and environmental factors interact in the SLEG to shape urchin population demographic processes (i.e., growth rates, mortality) and characteristics (i.e., abundance, age).

Les liens entre la diversité génétique et la performance individuelle peuvent révéler l’existence de dépression de consanguinité ou de sélection naturelle à certains loci fonctionnels dans une population. Dans cette étude, nous avons étudié l’association de la diversité génétique avec des traits de performance (survie annuelle et masse corporelle) chez le caribou migrateur appartenant à deux populations en déclin au Québec et au Labrador. Nous avons évalué la diversité génétique à deux échelles génétiques: i) à l’échelle du génome (22073 polymorphismes nucléotidiques simples) et ii) chez un locus (DRB) du complexe majeur d’histocompatibilité (CMH), un gène d’immunité. Pendant les 20 années de notre période d’échantillonnage, la diversité génétique globale et celle du locus CMH-DRB sont restées stables. La diversité génétique globale n’était pas associée aux traits de performance, mais la diversité fonctionnelle de CMH-DRB était associée négativement à la survie annuelle des adultes. Par ailleurs, nous avons détecté une faible différentiation génétique entre les deux troupeaux qui étaient considérés jusqu’ici comme une seule population d’un point de vue génétique. Nos résultats suggèrent que le déclin rapide des deux troupeaux de caribous n’a pas entraîné de perte de diversité génétique, même si une augmentation de la dérive génétique pourrait être à l’origine de la structure génétique observée. Ils supportent aussi l’hypothèse qu’il n’y aurait pas de dépression de consanguinité dans les troupeaux, malgré leur déclin démographique marqué. L’association négative de la diversité au CMH avec la survie que nous avons détectée va à l’encontre de la majorité des études publiées sur ce sujet, qui montrent en général une association positive. Nos résultats suggèrent que la diversité au CMH n’est peut-être pas avantageuse dans des écosystèmes où la diversité de pathogènes est faible ou dans lesquels l’abondance de pathogènes change rapidement en réponse aux changements climatiques. / Associations between genetic diversity and individual performance may indicate inbreeding depression or selective pressures applied on some functional loci in a population. In this study, we looked at the association of genetic diversity with performance traits (annual survival and body mass) in migratory caribou of two declining herds in Québec and Labrador. We assessed genetic diversity at two genetic scales: i) genome-wide diversity estimated with 22,073 single nucleotide polymorphisms and ii) diversity of one locus (DRB) of the major histocompatibility complex (MHC). During the 20-year sampling period, genome-wide and MHC-DRB diversity remained stable. Genome-wide diversity was not associated with performance, but MHC-DRB functional diversity showed a negative association with annual survival of adults. Furthermore, we found a slight differentiation of the two herds that were considered until now as a single population from a genetic point of view. Our results suggest that the rapid decline of both herds did not lead to a loss of genetic diversity, even though an increase in genetic drift could be responsible for the genetic structure we observed. They also suggest that the herds do not suffer from inbreeding depression despite their marked decline. The negative association of MHC-DRB diversity with survival is opposite to the majority of studies published on this matter that usually show a positive association. Our results suggest that MHC diversity might not be beneficial in ecosystems with low pathogen diversity or in which pathogen abundance changes quickly in response to climate change.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales / Dans la Réserve de Parc National du Canada de l'Archipel-de-Mingan (RPNCAM), Québec, un important verdissement des landes à lichens est observé depuis 1967 et serait surtout lié à l’établissement d'espèces arbustives telles que la camarine noire (Empetrum nigrum L.) et le bouleau nain (Betula pumila L.). L’analyse de photos aériennes de l’archipel (1967, 1988 et 2009) suggère que le recul des landes à lichens serait hétérogène à l’échelle locale, certaines landes à lichens montrant un recul rapide et d'autres se maintenant dans le temps. L’objectif de notre étude était de déterminer quels sont les paramètres locaux (sols, exposition, etc.) favorisant le recul des landes à lichens à la RPNAM. Pour suivre l'évolution du recul, des cartes du couvert lichénique de sept îles de la RPNCAM ont été produites par classification supervisée par pixel à partir de photos aériennes. Les résultats démontrent un recul des landes à lichens de 71% entre 1967 et 2009, bien que majoritairement observé entre 1967 et 1988 (50%). À partir de modèles écologiques construits avec des caractéristiques locales, nous avons pu déterminer que l’épaisseur de la couche de sol organique est une variable d’importance pour expliquer le recul survenu (AICcWt = 0.44). Cependant, les facteurs locaux favorisant le recul ainsi que les patrons de colonisation par les plantes vasculaires diffèrent selon la période considérée (1967-1988 et 1988-2009). En effet, l’épaisseur de sol organique semble importante pour expliquer le recul observé durant la première période seulement, durant laquelle de grandes étendues de landes à lichens ont été colonisées par un front d’avancée d’espèces vasculaires. Cette étude nous permet donc d’enrichir notre compréhension des changements de communautés végétales en milieu nordique. / In the Mingan Archipelago National Park Reserve (MANPR) of Québec, Canada, an important greening has been observed at the expense of terricolous lichens since 1967. This phenomenon occurring in lichen heaths is most likely linked to the encroachment of shrubs like the black crowberry (Empetrum nigrum L.) and the dwarf birch (Betula pumila L.). Aerial photos of the Mingan archipelago acquired in 1967, 1988 and 2009 reveal a retreat that appears heterogeneous at a local scale, with some lichen heaths decreasing rapidly in extent and others appearing stable over time. Our aim was to determine which local-scale characteristics (substrate, aspect, etc.) promote the retreat of the lichen heaths on the islands. Using supervised classification on the aerial photos, vegetation maps of seven islands of the MANPR have been generated to track the plant communities’ changes and quantify the retreat in lichen cover. Maps results show an average decrease of 71% between 1967 and 2009, with the majority of the retreat observed between 1967 and 1988 (50%). Models built with local characteristics suggest that the soil organic layer (SOL) thickness is important to explain the retreat (AICcWt = 0.44). However, explanative factors and vascular plant colonization patterns differ depending on the time interval studied (1967-1988 and 1988-2009). In fact, SOL thickness seems only important to explain the lichen heath retreat observed during the first time period, during which extensive lichen heaths areas were colonized by an advancing front of vascular plants. This study extends our comprehension of northern ecosystems dynamics.

La glace de mer saisonnière représente un environnement dynamique et biologiquement productif des régions polaires. La forte activité microbiologique associée à la glace de mer se traduit par une production de sulfure de diméthyle (DMS) souvent exceptionnelle. Le DMS est un gaz biogène soufré impliqué dans la régulation du climat via l’impact refroidissant de ses produits d’oxydation dans l’atmosphère. Cette thèse a pour objets d’étude la répartition et la dynamique du DMS dans la zone de banquise de première année en Arctique pendant la période de fonte printanière. L’ensemble des travaux de recherche présentés ici met en évidence l’ubiquité du DMS dans cet écosystème au coeur duquel la glace de première année exerce un rôle prépondérant. Mes résultats montrent que la communauté microbienne à la base de la banquise est à l’origine de concentrations de DMS parmi les plus élevées rapportées à ce jour dans les océans polaires. Ce réservoir de DMS dans la glace basale participe à l’enrichissement direct de l’océan sous la banquise, mais aussi potentiellement à un flux de DMS vers l’atmosphère. Suivant le déclin des algues de glace à la fin du printemps, les floraisons de phytoplancton sous la glace peuvent aussi être à l’origine d’une augmentation des concentrations océaniques de DMS. Mes résultats montrent que les mares de fonte qui se forment à la surface de la banquise représentent également des sources importantes de DMS pour l’atmosphère arctique. Les concentrations de DMS mesurées dans ces mares de fonte s’élevaient jusqu’à 12 nmol l-1, soit 4 fois la moyenne globale de l’océan de surface. Mes recherches indiquent que le potentiel de production du DMS par ces mares de fonte repose sur leur salinisation et leur ensemencement en algues via les canaux de saumures de la glace sous-jacente. Dans l’ensemble, les mesures effectuées au cours de cette thèse contribuent à mettre en évidence la diversité et l’importance des sources de DMS associées à la glace de première année au printemps en Arctique. Il est primordial d’inclure l’ensemble de ces flux de DMS de la banquise saisonnière dans les modèles climatiques régionaux et globaux. Enfin, mes résultats suggèrent que le remplacement graduel de la glace pluriannuelle par de la glace saisonnière résultera en une augmentation des émissions de DMS depuis la zone de glace saisonnière. / Seasonal sea ice represents a dynamic and episodically productive environment in the Polar Regions. This high biological productivity translates into the accumulation of exceptionally high concentrations of dimethyl sulfide (DMS). DMS is a biogenic sulfur-containing gas involved in the regional climate regulation through its influence on aerosols and clouds formation. This thesis focuses on DMS distribution and dynamics within the Arctic seasonal sea ice during the melt period. Together, my results highlight the ubiquity of DMS within the ice-associated ecosystem, and the determinant role played by sea ice in the DMS cycle in ice-covered regions. DMS concentrations reported in bottom sea ice are amongst the highest ever observed in polar oceans and throughout the marine environment. This pool of bottom ice-DMS enriches the under-ice ocean and potentially acts as a source of atmospheric DMS as it diffuses upward through interior sea ice. Following the decay of the sea ice algal bloom, phytoplankton growth under the ice may lead to a second increase of pelagic DMS concentrations. My results show that melt ponds that form atop sea ice following snow melt are also sources of DMS for the arctic atmosphere. Melt ponds were observed to accumulate DMS concentrations up to 12 nmol l-1, hence four-fold the global ocean surface average DMS concentration. Results from incubations experiments conducted during my thesis indicate that DMS production in melt ponds is initiated upon algal and salt intrusion via the underlying brine network during the melt season. Together, my results contribute to highlighting the importance and diversity of iceassociated DMS sources within the Arctic Ocean. DMS fluxes from seasonally ice-covered ocean should be accounted for in future global and regional models. Finally, my results suggest that gradual replacement of perennial sea ice with seasonal sea ice in the Arctic would result in an increase of DMS emission from the ice-covered ocean.

L’accroissement des densités en grands mammifères herbivores affecte la dynamique des forêts en réduisant la croissance et la survie des espèces consommées, ce qui se traduit par des pertes économiques et de biodiversité à l’international. Un programme de surveillance efficace de ces impacts nécessite une compréhension de l’effet de ces herbivores sur la croissance des plantes et de l’impact de la croissance différentielle imposé par leurs comportements sur la composition et la structure des forêts. Cependant, seulement quelques indicateurs écologiques permettent de mesurer efficacement cet effet sur la régénération forestière, notamment les suivis basés sur la morphologie des arbres. Pourtant, l’architecture végétale peut simplifier la morphologie des arbres broutés en utilisant leur réponse architecturale aux traumatismes (réitération) et servir d’outil de mesure pour quantifier précisément l’évènement de broutement et son effet sur la croissance en hauteur des arbres. Ce projet de maîtrise quantifie le retard en hauteur imposé aux sapins baumiers juvéniles (0.5–5 m) par l’orignal dans les aires de confinement hivernal (ravage) et propose une typologie morphologique, simple d’utilisation, qui permet de suivre l’effet du broutement sur la régénération des sapinières. Basée sur une analyse dendro architecturale, cette étude détaille les relations entre l’historique de broutement, la croissance en hauteur, la stratégie de réitération et la morphologie de sapins baumiers collectés dans la Seigneurie de Beaupré (Qc, CA). Les résultats de cette étude associent une diminution de la hauteur du tronc à une accumulation du broutement apical sur le tronc, puis associent ce retard d’élongation du tronc à plusieurs attributs morphologiques. Ces résultats me permettent de proposer un phytomètre mesurant l’effet du broutement sur la dynamique des forêts boréales, particulièrement dans les régions abondantes en ongulés et en sapins baumiers. Afin de faciliter l’établissement d’une gestion durable des forêts, les programmes nationaux et régionaux d’inventaires écoforestiers devraient intégrer une diversité d’indicateurs écologiques permettant d’inclure largement les interactions herbivores–forêt. / The increase in density of large herbivorous mammals influence s forest dynamic s by altering the growth and survival of consumed species which led to substantial biodiversity and economic loss worldwide. A lack of knowledge about the effect of those herbivores on plant growth or the impact of differential growth imposed by herbivore behaviours on forest composition and structure limits the establishment of an effective survey program of the plant – herbivore systems. Only few ecological indicators, based on morphological monitoring, could efficiently measure those effects on the forest renewal, but they are time - consuming and imprecise. Tree architecture could simplify the browsed morphology of juvenile trees by using the prime architectural response of plant to physical trauma (reiteration) and serve as a tool to quantify precisely the browsing events and its effect on vertical growth of trees. This master project aims to quantify the stall in growth of juvenile balsam firs (0.5 – 5 m high) caused by moose in winter yards, and to produce a morphologically based, field - ready typology to monitor the effects of browsing on the regeneration of pure balsam fir stands. Using dendroarchitecture analyses, this study analyzed the relation between reconstructed browsing history, vertical growth, the reiteration strategy, and morphological at tributes using balsam firs collected in the Seigneurie de Beaupré ( Qc, CA ). The results indicated a negative relationship between height and the level of the cumulated apical browsing pressure on the trunk, and associate this stall in vertical growth to morphological attributes. I propose then a phytometer measuring the effects of browsing on the boreal forest dynamic where ungulates and balsam firs are abundant. The implementation of multiple ecological indicators within national and regional ecoforest survey programs would result in the formal inclusion of the herbivore – forest interactions, thereby facilitating the integrated and sustainable management of ungulates and forests.