Le séquençage ADN d'échantillons complexes contenant plusieurs espèces est une technique de choix pour étudier le paysage viral d'un milieu donné. Or les génomes viraux sont difficiles à identifier, de par leur extrême variabilité et la relation étroite qu'ils entretiennent avec leurs hôtes. Nous proposons de nouvelles pistes de recherche pour apporter une solution spécifique aux séquences virales afin de répondre au besoin d'identification pour lequel les solutions génériques existantes n'apportent pas de réponse satisfaisante. / DNA sequencing of complex samples containing various living species is a choice approach to study the viral landscape of a given environment. Viral genomes are hard to identify due to their extreme variability and the tight relationship they have with their hosts. We hereby provide new leads for the development of a virusesspecific solution to the need for accurate identification that hasn't found a satisfactory solution in the existing universal software so far.

Clearly established conservation priorities are urgently required for taxa and ecosystems in critical need of conservation. This helps to identify and document taxa most in need of conservation attention, and provides an index of the state of degeneration of biodiversity. Including as much relevant information as possible in a prioritisation assessment will deliver the most accurate classification, yet these variables should not overly complicate the prioritisation process. Conservation assessments depend not just on the taxon’s susceptibility to threat (i.e. risk of extinction, or Red List assessments), but also the conservation value, irreplaceability and nature and intensity of the threats. Research into the value and applicability of conservation prioritisation tools at a regional scale, allowed for the assessment of the extinction risk as well as subsequent priority ranking of South African mammals. At the outset research was directed towards investigating South African mammals in accordance with their respective regional and global World Conservation Union (IUCN) Red List and Red Data Book assessments. The regional Red List assessment drastically improved local knowledge of the current extinction risk of various mammals, and identified 57 marine and terrestrial mammals to be highly threatened. Up to date regional extinction risk assessments, allowed for the investigation of whether a human activity threat index derived from six human activity variables across South Africa could be used to highlight mammals threatened with extinction while also being exposed to high human activity. Evidence indicated various threatened and lower risk mammals were exposed to high human activity throughout their range, pointing to high potential threat and future increase in extinction risk. For relevant prioritisation to take place, components of vulnerability (IUCN Red List assessments, and occupancy data), irreplaceability (endemism and taxonomic distinctiveness), and threat measures (body mass and human density in a taxa distributional range) was introduced into relational priority assessment which allowed for a simplified approach in determining conservation priorities for taxa under various region-specific conditions. The use of different sets of information clearly affected the priority rankings. South African Chiroptera and Carnivora was used as a case study to addresses whether a simple measure of taxonomic diversity can be used as a proxy for different measures of phylogenetic diversity in determining regional conservation priority of taxa, when such information is limited. Evidence does suggest that the utilisation of the simple taxonomic diversity measure may provide the appropriate information on evolutionary diversity. Two theoretical concepts were proposed to address some potential shortcomings in the conservation prioritisation arena. The Orange List method offers a system to identify “species [or taxa] of high national importance or of high conservation value” (South African National Environmental Management: Biodiversity Act 2004). In turn the Green Data List essentially represents a radical shift in the traditional approach to the management of both threatened and invasive taxa. Throughout this thesis, evidence do point to smaller mammals being of high conservation concern in South Africa, with the members from the Orders Rodentia, Chiroptera and Insectivora being constantly identified as high conservation priority. Apart from contributing to our current understanding of the conservation importance/priority of South Africa mammals, this current thesis has resulted in a robust understanding of various assessment techniques. / Thesis (DPhil (Zoology))--University of Pretoria, 2007. / Zoology and Entomology / unrestricted

L'étude de la biodiversité passée, de sa dynamique et des paramètres déterminant son évolution, est un préalable nécessaire à la compréhension de l’érosion de la biodiversité actuelle. En étudiant les conditions environnementales et historiques associées aux assemblages taxinomiques, il est possible d'inférer les liens dynamiques qui unissent les variations de l'environnement et de la biodiversité. Pour cela, un Système d'Information Géographique (SIG) a été développé à partir des compilations du registre fossile des mammifères terrestres cénozoïques d'Amérique du Nord publiées par Janis et al. (1998, 2008). Ce registre, s'étendant de la crise Crétacé/Paléogène (66 Ma) au Pléistocène inférieur (�1,8 Ma) et couvrant les territoires actuels des Etats-Unis, du Canada et du Mexique, est l'un des registres fossiles les mieux connus et les plus complets au monde. Sur la base de ces données d'occurrences géoréférencées, il devient possible de caractériser les patrons de distributions et d'observer les fluctuations temporelles et spatiales de plusieurs dimensions de la biodiversité (diversité taxinomique, disparité, diversité fonctionnelle, diversité phylogénétique.). L'observation de ces variations spatio-temporelles de biodiversité peut être réalisée à différentes échelles (locale à continentale) et pour différents types d'assemblages écologiques ou taxinomiques (communautés, métacommunautés, guildes trophiques, groupes de taille, espèces, genres, familles.), permettant en retour de tester différentes hypothèses à l'interface entre macroévolution et macroécologie. Ainsi, deux axes de recherche principaux ont pu être développés dans le cadre de ce travail. Le premier s'enracine dans une problématique centrale en macroévolution : l'impact de l'organisation chronologique des informations paléontologiques dans un système biozonal discret sur la reconstruction de séries temporelles de diversité et de taux d'évolution (apparitions et extinctions). A partir de simulations, l'effet de la discrétisation temporelle est estimé en fonction du registre fossile étudié ; un algorithme est développé afin d'en corriger les distorsions. Le second axe de recherche s'enracine dans une problématique centrale en macroécologie : comment caractériser a posteriori, sur la base de données d’occurrences taxinomiques échantillonnées au sein d'assemblages, la part relative des processus d'assemblage par la niche et par la dispersion dans la construction et le maintien de communautés et métacommunautés ? Afin de répondre à cette question, un nouvel outil analytique appelé « PER-SIMPER » est développé à partir de la méthode SIMPER (Clarke 1993). Dans un premier temps, la précision et la consistance de cette nouvelle méthode sont évaluées à l'aide de simulations basées sur des automates cellulaires. Dans un second temps, l'analyse PER-SIMPER de l'ensemble des biozones enregistrées au sein du SIG est réalisée ; les résultats obtenus sont discutés au regard des changements climatiques et environnementaux associés à l’histoire évolutive des mammifères cénozoïques nord-américains. Finalement, les résultats obtenus permettent d’identifier différentes perspectives de recherche à court, moyen et long termes, tant sur leplan analytique que méthodologique / The study of past biodiversity, its evolutionary dynamics and related control parameters is a fundamental prerequisite for understanding the ongoing global biodiversity loss. Considering the environmental and historical conditions related to taxonomical assemblages, the dynamic links associating environmental changes and biodiversity can be inferred. To achieve this, a Geographic Information System (GIS) has been developed based on Janis et al.'s (1998, 2008) compilations of the north-American Cenozoic mammal fos- sil record. Ranging from the Cretaceous/Paleogene crisis (66 Ma) to the early Pleistocene (�1.8 Ma), this fossil record covers extant United States, Canada, and Mexico territories; it is one of the best known and most complete fossil record in the World. Based on these georeferenced data of fossil occurrences, it be- comes possible to characterize distribution patterns and to observe spatial and temporal variations of sev- eral aspects of biodiversity (taxonomical diversity, disparity, functional diversity, phylogenetic diversity.). The observation of spatial and temporal variations of biodiversity can be achieved at various geographical scales (local to continental) and for different types of ecological or taxonomical assemblages (communi- ties, metacommunities, trophic guilds, size groups, species, genera, families.); in turn, these observations make possible testing various hypotheses at the interface between macroevolution and macroecology. In this way, two main research axes have been developed in this work. The first research axis roots into a central issue of macroevolutionary studies: the impact of the chronological organization of paleontologi- cal data within a discrete biozonation on the reconstruction of biodiversity and evolutionary rate (origina- tion and extinction) time series. Based on simulations, the effect of time discretization is investigated; an algorithm is developed in order to correct the distorting effect induced by the time discretization process. The second research axis developed in this work roots into a central macroecological question: based on taxonomical occurrence data sampled within assemblages, how to characterize the relative contribution of niche- and dispersal-assembly processes in the building and conservation of communities and meta- communities? Building on Clarke's (1993) SIMPER method, a new analytical tool called "PER-SIMPER" has been developed in order to answer this question. First, the accuracy and consistency of this new method is evaluated through cellular automaton-like simulations. Then, the PER-SIMPER analysis of all biozones recorded within the GIS is achieved, and results are discussed with respect to the climate and environmen- tal changes related to the evolutionary history of north-American Cenozoic mammals. Finally, the results obtained from both research axes allow the identification of several short, middle and long-term analytical as well as methodological research perspectives

Avec l'intensification de la sylviculture et des échanges internationaux (introductions d'insectes ou plantations d'essences exotiques), les arbres forestiers sont de plus en plus confrontés à des attaques de nouveaux insectes phytophages. La compréhension des mécanismes d’adaptation de ces insectes à de nouveaux hôtes représente un enjeu scientifique majeur faisant intervenir de nombreux facteurs et des processus biologiques complexes. Dans ce contexte, nous nous sommes focalisés sur l’étude du rôle de deux facteurs : (1) la proximité taxonomique entre hôtes naturels et nouveaux de l'insecte ; (2) l’étendue du spectre d’hôtes naturels de l’insecte. Quatre approches complémentaires (méta-analyse, inventaire terrain, tests comportementaux, analyses génétiques), réalisées à différentes échelles taxonomiques et géographiques, ont été développées, les trois dernières approches se focalisant sur les relations scolytes indigènes - conifères introduits. Les objectifs étaient, d'une part d’approfondir les connaissances sur les capacités des insectes forestiers à étendre leur gamme d’hôtes, d'autre part d'apporter des informations utiles au gestionnaire forestier pour évaluer les risques économiques et écologiques qui découlent de ces adaptations. Les résultats des quatre approches concordent pour démontrer l’importance des deux facteurs testés dans les relations insectes-arbres en général et scolytesconifères en particulier. Les insectes à large spectre d’hôtes naturels seraient plus aptes à coloniser de nouveaux hôtes que ceux dont la gamme d’hôtes est plus restreinte. Parallèlement, la présence d'hôtes nouveaux proches taxonomiquement des hôtes naturels faciliterait le changement d’hôte. L’ensemble de nos résultats a contribué à compléter les connaissances sur l’évolution de la gamme d’hôtes des insectes forestiers phytophages en présence de nouveaux hôtes et par conséquent sur la sensibilité relative de ces hôtes par rapport aux hôtes autochtones. / With the intensification of forestry and global trade (insect introductions or plantations of exotic trees), forest trees have increasingly to face attacks by novel phytophagous insects. Understanding the adaptation mechanisms of these insects to their novel hosts, represents a crucial scientific issue involving many factors and complex biological processes. In this general topic, we focused on the role of two factors: (1) the taxonomic proximity between natural and novel hosts of the insects; (2) the host specificity of the insect. Four complementary approaches (meta-analysis, field inventory, behavioral tests and genetic analyses) at different taxonomic and geographical scales have been developed, the last three approaches focusing on the adaptation of indigenous bark beetles to exotic conifers. The objectives were, firstly to improve knowledge on the ability of forest insects to extend their natural host range, and secondly to provide useful information to forest managers, in order they can assess ecological and economic risks arising from these adaptations. Results from the four approaches agree to demonstrate the importance of both tested factors in the insect-tree relationships in general and conifer-bark beetle in particular. Forest insects with a broad natural host range appear to be better colonizers of novel hosts than insects with a narrow host range. The presence of novel tree species taxonomically related to native hosts seems to favor insect host shift. This work has also contributed to improve knowledge on the evolution of the host range of phytophagous forest insects in presence of novel host trees species, and consequently on the sensitivity of these hosts relatively to native ones.

No description available.

<p dir="ltr">Plant secondary metabolites (PSMs) are specialized compounds produced in response to a range of insect herbivores and microbes, making them important in shaping tri-trophic interactions. However, despite being well-studied in the context of plant-insect coevolution, it is unclear how PSMs impact microbial communities associated with plants and the insect herbivores that feed on them. The overarching goal of this dissertation was to better understand how variation in plant defensive responses, particularly expression of PSMs, influences the composition and functional potential of microbial communities associated with plant tissues (roots and leaves) and insect herbivores. Monarchs (<i>Danaus plexippus</i>) and their milkweed hosts (<i>Asclepias spp.)</i> are well-studied for mechanisms of plant defense and insect counter defense, but little is known about the role of associated microbial communities in this iconic system. To address this knowledge gap, a combination of metabarcoding and metagenomics was used to characterize the taxonomic composition and functional gene profiles of bacterial communities associated with plant tissues (i.e., phyllosphere and rhizosphere) and monarch caterpillars fed on multiple milkweed species (<i>A. curassavica</i>, <i>A. syriaca</i>, and <i>A. tuberosa</i>). Findings show the composition of phyllosphere, rhizosphere, and monarch microbiomes vary across milkweed species in terms of diversity and relative abundance of bacterial taxa. Furthermore, phyllosphere and rhizosphere microbiomes were shown to have distinct functional gene profiles and presence of potential PSM metabolism genes that also varied across milkweed species. Rhizosphere microbiomes had a greater overall capacity for PSM metabolism compared to the phyllosphere, having more genes, and associated metabolic pathways involved in degradation or detoxification of known classes of PSMs. However, plant associated microbiomes were not generally affected by monarch feeding, evidenced by few changes in taxonomic composition or abundance of genes predicted to be involved in PSM metabolism. Interestingly, monarch microbiomes shared >90% of their taxa with their host plants, but there was little evidence of PSM metabolism genes present in functional gene profiles. Overall, this dissertation lays the foundation for understanding how PSMs shape all the microbial communities associated with monarchs and their milkweed hosts. Findings suggest plant defensive responses affect the assembly, functional potential and ultimately the evolution of plant and insect microbiomes.</p>

Polymerase chain reaction (PCR) is a method used in many research protocols to amplify a small amount of a short segment of DNA to millions of copies. PCR is used for many taxonomic studies, as well as for some medical diagnostic procedures. Through PCR, short DNA primers bind to the template DNA to allow the thermostable DNA polymerase to copy the DNA. Often, researchers create universal primers to target a conserved region of DNA in multiple species, for example, the 16S rRNA gene in bacteria. The problem with these universal primers is that they do not always perfectly match the target DNA. The mismatch primers can still bind to the template, but could affect the efficiency of the PCR amplification. The effect of mismatch primers on the efficiency of the amplification in PCR is the focus of this thesis. Four forward primers with various mismatch overhangs were generated and incorporated into a DNA template through an initial PCR. These primers contained the binding region complementary to the V3/V4 region of the 16S rRNA bacterial gene. Further quantitative PCR (qPCR) reactions were run on these newly-made templates using two sets of primers complementary to the 16S rRNA gene region – one with ambiguous base pairs, one with unambiguous base pairs. The qPCR amplification curves, the Cq values, and the initial concentrations of DNA products (seed values) were analyzed and compared. The results showed differences in the Cq values and seed values between the reactions containing mismatches and those not containing mismatches. Other variables including annealing temperature, addition of Illumina sequencing tails to the primers, and initial primer concentration were also tested to determine if these variables had an effect on the amplification. The results from these reactions using different variables were inconclusive.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / L'objectif de cette thèse était de mieux comprendre ce qui contrôle la spécificité parasitaire dans le système hôte-parasite constitué par les poissons de la famille des Sparidae et leurs monogènes (Plathelminthes ectoparasites) spécifiques du genre Lamellodiscus. En d'autres termes, il s'agissait de comprendre les causes amenant une espèce parasite à utiliser une seule ou plusieurs espèces hôtes. On suppose que la spécificité est soumise à des contraintes écologiques et évolutives. L'hypothèse d'une augmentation de la diversité taxonomique avec la spécificité a également été testée. Cela est basé sur l'idée que les espèces généralistes, plus tolérantes à leur environnement, sont supposées être moins sujettes à subir des spéciations après un changement d'hôte, et ainsi être moins diversifiées que les espèces spécialistes. Comme l'histoire évolutive des parasites peut être influencée par celle de leurs hôtes à travers des phénomènes de coévolution, il était nécessaire d'obtenir une phylogénie des hôtes et des parasites. L'étude de la coévolution hôte-parasite dans ce système avait pour but de déterminer si le profil d'association hôte-parasite (et donc la spécificité) est contrôlé par des interactions coévolutives. Des phylogénies ont été élaborées pour les hôtes et les parasites à partir de données moléculaires obtenues par séquençage d'ADN. Cette analyse moléculaire a permis de reconsidérer le statut taxonomique de plusieurs espèces de monogènes : sur la base des sequences obtenues, Lamellodiscus virgula et L. obeliae s'avèrent être une seule espèce (L. virgula), alors que Furnestinia echeneis fait partie du genre Lamellodiscus. Plusieurs méthodes d'étude de la coévolution ont été utilisées dans ce travail. L'une d'elles, ParaFit, a été mise au point pendant la thèse. Toutes les méthodes indiquent que ce système complexe ne semble pratiquement pas être soumis à des phénomènes de cospéciation. Aucun lien entre la diversification taxonoinique et la spécificité n'a pu être mis en évidence chez les Lamellodiscus et la famille qui les contient, les Diplectanidae. Par contre, un tel lien a été mis en évidence au niveau des groupes principaux de parasites. Les déterminants écologiques et phylogénétiques de la spécificité ont ensuite été recherchés à l'aide d'analyses statistiques multivariables. Les variables considérées étaient des caractéristiques des hôtes considérées comme des déterminants écologiques potentiels de la spécificité. La phylogénie des parasites a été prise en compte dans ces analyses à l'aide de méthodes comparatives, comme la méthode des contrastes indépendants. La spécificité apparaît être fortement contrainte par la phylogénie, ce qui suggère l'existence de déterminants génétiquement transmissibles. Les analyses révèlent également que les parasites spécialistes ont tendance à utiliser les hôtes les plus grands. Cela est interprété comme une spécialisation sur une ressource prédictible. / The objective of this thesis was to obtain a better understanding of the factors controlling host specificity in the host-parasite system formed by fish from the family Sparidae and their specific monogeneans parasites from the genus Lamellodiscus (Platyhelminthes). In other words, the goal was to understand the factors determining the number of hosts used by a parasite species. We assumed that specificity is under ecological and evolutionary constraints. The hypothesis of an increase of taxonomic diversity with specificity was also tested. It is based on the idea that generalist species are more tolerant to their environment, and therefore less subject to speciation after a host change event, and are then less diversified than specialist species. Since the evolutionary history of parasites can be influenced by the history of their hosts via coevolutionary interactions, it was necessary to obtain phylogenies for the hosts and parasites. The aim of the study of host-parasite coevolution in this system was to assess if the pattern of host-parasite association (and consequently, specificity) was determined by coevolutionary interactions. Phylogenies were obtained for hosts and parasites from the analysis of DNA sequences. This analysis, carried out at the molecular level, led us to reconsider the taxonomic status of several monogenean species. On the basis of the DNA sequences obtained, Lamellodiscus virgula and L. obeliae appear to form a single species (L. virgula), while Fumestinia echeneis is transferred to the genus Lamellodiscus. Several analytical methods were used to study host-parasite coevolution in this system. Among them, ParaFit was designed during this thesis. All methods agreed that this host-parasite system does not exhibit a general cospeciation pattern. No link between taxonomic diversity and specificity has been found in Lamellodiscus, nor in their family, the Diplectanidae. However, such a link was found when the main groups of parasites were considered. Ecological and phylogenetic determinants of specificity were investigated via multivariate statistical methods. The variables included in the analyses were potential host-related ecological determinants of specificity. The parasite phytogeny was taken into account through comparative methods, including the independent contrasts method. Specificity appears to be strongly constrained by the phylogeny, suggesting the existence of genetically transmitted determinants. The analyses also revealed that Lamellodiscus monogeneans tend to specialize on larger hosts. This is interpreted as a specialization on a predictable resource.

Detaillierte Informationen über die Verbreitungsareale von Arten sind essentiell für die Beantwortung zentraler Fragen der Ökologie, Evolutionsbiologie und Biogeographie. Solche Informationen sind auch notwendig, um Naturschutzressourcen kostenwirksam zwischen verschiedenen Regionen und Maßnahmen zu verteilen. Unser Wissen über Artverbreitungen beruht vor allem auf Punktdaten, die das Vorkommen einer bestimmten Art an einem bestimmten Ort zu einem bestimmten Zeitpunkt belegen (nachstehend „Records“). Riesige Mengen solcher Records wurden über internationale Data-Sharing-Netzwerke mobilisiert, allen voran durch die Global Biodiversity Information Facility (GBIF). Auch wenn diese Netzwerke die Zugänglichkeit zu solchen Informationen enorm verbessert haben, ist unser Wissen über globale Artverbreitungen immer noch äußerst lückenhaft und von grober räumlicher Auflösung – der sogenannte Wallace’sche Wissensrückstand. Vorhandene Informationen enthalten zudem zahlreiche Unsicherheiten, Fehler und Daten-‘Biases’. Diese könnten durch Ort-spezifische Faktoren wie Zugänglichkeit oder durch artspezifische Faktoren, wie Entdeckungswahrscheinlichkeit, verursacht werden. Zukünftiges Sammeln und Mobilisieren von Informationen sollte so gestaltet werden, dass der erreichte Nutzen der Records für Forschung und Naturschutz maximiert wird. Hierfür ist ein tiefgehendes Verständnis der Lücken, Unsicherheiten und Biases in den Informationen sowie der sie verursachenden Faktoren notwendig. Bisher wurden diese Mängel in globalen Artverbreitungsinformationen niemals quantitativ untersucht. Mit meiner Dissertation liefere ich die ersten globalen Analysen zu Mängeln von digital verfügbaren Verbreitungsinformationen für terrestrische Wirbeltiere und Landpflanzen. Ich habe >300 Millionen Records für Landpflanzen und drei Gruppen terrestrischer Wirbeltiere (Amphibien, Säugetiere, Vögel) über GBIF abgerufen. Diese Informationen habe ich mit taxonomischen Datenbanken sowie unabhängigen Verbreitungskarten und Checklisten verbunden. Auf Grundlage der erstellten Datensätze habe ich unterschiedliche Formen von Informations-Mängeln für verschiedene taxonomische Gruppen und auf mehreren räumlichen Maßstäben untersucht. In Kapitel I habe Daten-Abdeckung sowie Daten-Unsicherheiten in Informationen zu Pflanzenvorkommen jeweils in Bezug auf Taxonomie, Raum und Zeit quantifiziert. Für diese insgesamt 6 Maße habe in anschließend Variation in den drei Dimensionen (Taxonomie, Raum, Zeit) gemessen. Zudem habe ich mithilfe von paarweisen Spearman-Rang-Korrelationen und Hauptkomponentenanalysen die Zusammenhänge zwischen diesen verschiedenen Formen von Informationsmängeln analysiert. In Kapitel II habe ich anhand von terrestrischen Wirbeltieren zwei spezielle Aspekte von Datenabdeckung zwischen geographischen Regionen verglichen: i) die Datendichte und ii) die Vollständigkeit der abgedeckten Arten. Durch Multi-Modell-Analysen habe ich die Effekte von zwölf potentiellen sozioökonomischen Einflussfaktoren auf Informationsmängel verglichen, und zwar einzeln für jede der drei Wirbeltiergruppen auf jeder von vier verschiedenen räumlichen Auflösungen. In Kapitel III habe ich anhand von Säugetieren drei Aspekte von Datenabdeckung zwischen einzelnen Arten verglichen: i) die Anzahl von Records pro Art, ii) die räumliche Abdeckung der Verbreitungsareale durch Records, und iii) den räumlichen Bias in der Abdeckung verschiedener Teile der Verbreitungsareale. Durch Multi-Modell-Analysen und Variations-Partitionierung habe ich die Effekte von verschiedenen Artmerkmalen, Größe und Form der Verbreitungsareale sowie von sozioökonomischen Faktoren untersucht. Diese Analysen habe ich auf globalem Maßstab sowie einzeln für sechs zoogeographische Gebiete durchgeführt. In meiner Dissertation habe ich in allen untersuchten Aspekten von Artverbreitungsinformationen starke Biases gefunden. Die Anzahl von Records variierte um mehrere Größenordnungen zwischen Arten und zwischen geographischen Gebieten. Verschiedene Maße von Datenabdeckung und Datenunsicherheiten zeigten klare taxonomische, geographische und zeitliche Muster. Ich fand beispielsweise Höchstwerte von taxonomischer Abdeckung in industrialisierten westlichen Ländern, aber auch in einigen tropischen Gebieten wie Mexiko. Im Gegensatz dazu gab es in weiten Teilen Afrikas und Asiens entweder gar keine oder nur sehr veraltete Informationen. Da taxonomische, räumliche und zeitliche Abdeckung jeweils durch die Anzahl der Records numerisch eingeschränkt sind, fand ich zwischen diesen Maßen gemäßigte bis starke positive Korrelationen. Maße von Datenunsicherheiten hingegen korrelierten kaum untereinander oder mit Datenabdeckungsmaßen. In Kapitel II habe ich den Einfluss von zwölf potentiellen sozioökonomischen Einflussfaktoren auf Datendichte und Datenvollständigkeit von geographischen Artgemeinschaften untersucht. Nur vier hatten einen durchweg für alle untersuchten Wirbeltiergruppen und räumlichen Auflösungen starken Einfluss. Dies waren der Endemitenreichtum, die räumliche Nähe zu Daten-beisteuernden Institutionen, politische Mitgliedschaft im GBIF-Netzwerk, sowie lokal verfügbare Forschungsgelder. Andere Faktoren, von denen man oft annimmt, dass sie eine große Rolle spielen würden, hatten einen erstaunlich geringen Einfluss, wie z.B. Verkehrsinfrastruktur oder Größe und Finanzausstattungen westlicher Daten-beisteuernder Institutionen. Meine Analysen in Kapitel III ergaben, dass die vier in Kapitel II identifizierten sozioökonomischen Schlüsselfaktoren ebenfalls einen starken Einfluss auf Artverbreitungsinformationen auf der Ebene von einzelnen Arten hatten. Jedoch unterschied sich ihre relative Wichtigkeit deutlich zwischen geographischen Gebieten. Zwischenartliche Unterschiede in Verbreitungsinformationen waren zudem sehr stark durch Größe und Form der Verbreitungsareale beeinflusst. Dies unterstützt meine Hypothese, dass diese geometrischen Faktoren die Wahrscheinlichkeit beeinflussen, dass sich Verbreitungsgebiete bestimmter Arten mit Untersuchungsgebieten von Feldforschern überschneiden, was wiederum Aufswirkungen auf die Wahrscheinlichkeiten hat, mit denen diese Arten besammelt werden. Entgegen unserer Annahmen hatten Artmerkmale wie etwa Nachtaktivität, die das Entdecken oder Sammeln bestimmter Arten wahrscheinlich machen sollten, kaum einen Einfluss auf zwischenartliche Unterschiede in Verbreitungsinformationen. Die Ergebnisse meiner Dissertation lassen wichtige Schlussfolgerungen darüber zu, wie mobilisierte Artverbreitungsinformationen effizient genutzt und verbessert werden können. Erstens belegen meine Ergebnisse schwerwiegende Mängel in digital verfügbaren Artverbreitungsinformationen, insbesondere für Gebiete und Arten von besonderer Wichtigkeit für den Naturschutz. Zweitens zeigen sie, dass für die allermeisten Arten feiner aufgelöste Informationen nur durch Artverbreitungsmodelle erreicht werden können, die mit geringen Datenmengen auskommen, die starke Datenunsicherheiten und Biases innehaben. Eine vielversprechende Methode, um in solchen Modellen mit Biases umzugeben, ist das explizite Einbeziehen der Bias-verursachenden Faktoren in die Modelle, und meine Ergebnisse bieten hilfreiche Anhaltspunkte für die Auswahl relevanter Faktoren. Drittens schaffen meine Ergebnisse eine empirische Grundlage zur Überwachung von Fortschritten in der Verbesserung weltweiter Artverbreitungsinformationen. Schließlich schafft mein Identifizieren der global wichtigsten Informations-limitierenden Faktoren sowie das Unterscheiden verschiedener Informationsaspekte eine Grundlage dafür, um Aktivitäten zu identifizieren, die Datenmängel effektiv beheben können. Als wichtigste Aktivitäten empfehle ich unter anderem i) das Unterstützen von Bemühungen zur Datenmobilisierung in Institutionen, die in geographischer Nähe zu datenarmen Gebieten liegen, ii) das Fördern von Kooperation zwischen großen Schwellenländern und Data-Sharing-Netzwerken, iii) die Durchführung von neuen Biodiversitäts-Surveys im zentralen Afrika und südlichen Asien, um weitgehend veraltete Informationen zu aktualisieren, und iv) das Verschieben des Fokus von Datensammel- und Datenmobilisierungsbemühungen auf Asien sowie Arten mit begrenzten Verbreitungsarealen.

The impacts of floods on buildings in urban areas are increasing due to the intensification of extreme weather events, unplanned or uncontrolled settlements and the rising vulnerability of assets. There are some approaches available for assessing the flood damage to buildings and critical infrastructure. To this point, however, it is extremely difficult to adapt these methods widely, due to the lack of high resolution classification and characterisation approaches for built structures. To overcome this obstacle, this work presents: first, a conceptual framework for understanding the physical flood vulnerability and the physical flood susceptibility of buildings, second, a methodological framework for the combination of methods and tools for a large-scale and high-resolution analysis and third, the testing of the methodology in three pilot sites with different development conditions. The conceptual framework narrows down an understanding of flood vulnerability, physical flood vulnerability and physical flood susceptibility and its relation to social and economic vulnerabilities. It describes the key features causing the physical flood susceptibility of buildings as a component of the vulnerability. The methodological framework comprises three modules: (i) methods for setting up a building topology, (ii) methods for assessing the susceptibility of representative buildings of each building type and (iii) the integration of the two modules with technological tools. The first module on the building typology is based on a classification of remote sensing data and GIS analysis involving seven building parameters, which appeared to be relevant for a classification of buildings regarding potential flood impacts. The outcome is a building taxonomic approach. A subsequent identification of representative buildings is based on statistical analyses and membership functions. The second module on the building susceptibility for representative buildings bears on the derivation of depth-physical impact functions. It relates the principal building components, including their heights, dimensions and materials, to the damage from different water levels. The material’s susceptibility is estimated based on international studies on the resistance of building materials and a fuzzy expert analysis. Then depth-physical impact functions are calculated referring to the principal components of the buildings which can be affected by different water levels. Hereby, depth-physical impact functions are seen as a means for the interrelation between the water level and the physical impacts. The third module provides the tools for implementing the methodology. This tool compresses the architecture for feeding the required data on the buildings with their relations to the building typology and the building-type specific depth-physical impact function supporting the automatic process. The methodology is tested in three flood plains pilot sites: (i) in the settlement of the Barrio Sur in Magangué and (ii) in the settlement of La Peña in Cicuco located on the flood plain of Magdalena River, Colombia and (iii) in a settlement of the city of Dresden, located on the Elbe River, Germany. The testing of the methodology covers the description of data availability and accuracy, the steps for deriving the depth-physical impact functions of representative buildings and the final display of the spatial distribution of the physical flood susceptibility. The discussion analyses what are the contributions of this work evaluating the findings of the methodology’s testing with the dissertation goals. The conclusions of the work show the contributions and limitations of the research in terms of methodological and empirical advancements and the general applicability in flood risk management. / In vielen Städten nehmen die Auswirkungen von Hochwasser auf Gebäude aufgrund immer extremerer Wetterereignisse, unkontrollierbarer Siedlungsbauten und der steigenden Vulnerabilität von Besitztümern stetig zu. Es existieren zwar bereits Ansätze zur Beurteilung von Wasserschäden an Gebäuden und Infrastrukturknotenpunkten. Doch ist es bisher schwierig, diese Methoden großräumig anzuwenden, da es an einer präzisen Klassifizierung und Charakterisierung von Gebäuden und anderen baulichen Anlagen fehlt. Zu diesem Zweck sollen in dieser Arbeit erstens ein Konzept für ein genaueres Verständnis der physischen Vulnerabilität von Gebäuden gegenüber Hochwasser dargelegt, zweitens ein methodisches Verfahren zur Kombination der bestehenden Methoden und Hilfsmittel mit dem Ziel einer großräumigen und hochauflösenden Analyse erarbeitet und drittens diese Methode an drei Pilotstandorten mit unterschiedlichem Ausbauzustand erprobt werden. Die Rahmenbedingungen des Konzepts grenzen die Begriffe der Vulnerabilität, der physischen Vulnerabilität und der physischen Anfälligkeit gegenüber Hochwasser ein und erörtern deren Beziehung zur sozialen und ökonomischen Vulnerabilität. Es werden die Merkmale der physischen Anfälligkeit von Gebäuden gegenüber Hochwasser als Bestandteil der Vulnerabilität definiert. Das methodische Verfahren umfasst drei Module: (i) Methoden zur Erstellung einer Gebäudetypologie, (ii) Methoden zur Bewertung der Anfälligkeit repräsentativer Gebäude jedes Gebäudetyps und (iii) die Kombination der beiden Module mit Hilfe technologischer Hilfsmittel. Das erste Modul zur Gebäudetypologie basiert auf der Klassifizierung von Fernerkundungsdaten und GIS-Analysen anhand von sieben Gebäudeparametern, die sich für die Klassifizierung von Gebäuden bezüglich ihres Risikopotenzials bei Hochwasser als wichtig erweisen. Daraus ergibt sich ein Ansatz zur Gebäudeklassifizierung. Die anschließende Ermittlung repräsentativer Gebäude beruht auf statistischen Analysen und Zugehörigkeitsfunktionen. Das zweite Modul zur Anfälligkeit repräsentativer Gebäude beruht auf der Ableitung von Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung. Es setzt die relevanten Gebäudemerkmale, darunter Höhe, Maße und Materialien, in Beziehung zum erwartbaren Schaden bei unterschiedlichen Wasserständen. Die Materialanfälligkeit wird aufgrund internationaler Studien zur Festigkeit von Baustoffen sowie durch Anwendung eines Fuzzy-Logic-Expertensystems eingeschätzt. Anschließend werden Wasserstand-Schaden-Funktionen unter Einbeziehung der Hauptgebäudekomponenten berechnet, die durch unterschiedliche Wasserstände in Mitleidenschaft gezogen werden können. Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung dienen hier dazu, den jeweiligen Wasserstand und die physischen Auswirkung in Beziehung zueinander zu setzen. Das dritte Modul stellt die zur Umsetzung der Methoden notwendigen Hilfsmittel vor. Zur Unterstützung des automatisierten Verfahrens dienen Hilfsmittel, die die Gebäudetypologie mit der Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung für Gebäude in Hochwassergebieten kombinieren. Die Methoden wurden anschließend in drei hochwassergefährdeten Pilotstandorten getestet: (i) in den Siedlungsgebieten von Barrio Sur in Magangué und (ii) von La Pena in Cicuco, zwei Überschwemmungsgebiete des Magdalenas in Kolumbien, und (iii) im Stadtgebiet von Dresden, das an der Elbe liegt. Das Testverfahren umfasst die Beschreibung der Datenverfügbarkeit und genauigkeit, die einzelnen Schritte zur Analyse der. Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung repräsentativer Gebäude sowie die Darstellung der räumlichen Verteilung der physischen Anfälligkeit für Hochwasser. In der Diskussion wird der Beitrag dieser Arbeit zur Beurteilung der Erkenntnisse der getesteten Methoden anhand der Ziele dieser Dissertation analysiert. Die Folgerungen beleuchten abschließend die Fortschritte und auch Grenzen der Forschung hinsichtlich methodischer und empirischer Entwicklungen sowie deren allgemeine Anwendbarkeit im Bereich des Hochwasserschutzes. / El impacto de las inundaciones sobre los edificios en zonas urbanas es cada vez mayor debido a la intensificación de los fenómenos meteorológicos extremos, asentamientos no controlados o no planificados y su creciente vulnerabilidad. Hay métodos disponibles para evaluar los daños por inundación en edificios e infraestructuras críticas. Sin embargo, es muy difícil implementar estos métodos sistemáticamente en grandes áreas debido a la falta de clasificación y caracterización de estructuras construidas en resoluciones detalladas. Para superar este obstáculo, este trabajo se enfoca, en primer lugar, en desarrollar un marco conceptual para comprender la vulnerabilidad y susceptibilidad física de edificios por inudaciones, en segundo lugar, en desarrollar un marco metodológico para la combinación de los métodos y herramientas para una análisis de alta resolución y en tercer lugar, la prueba de la metodología en tres sitios experimentales, con distintas condiciones de desarrollo. El marco conceptual se enfoca en comprender la vulnerabilidad y susceptibility de las edificaciones frente a inundaciones, y su relación con la vulnerabilidad social y económica. En él se describen las principales características físicas de la susceptibilidad de edificicaiones como un componente de la vulnerabilidad. El marco metodológico consta de tres módulos: (i) métodos para la derivación de topología de construcciones, (ii) métodos para evaluar la susceptibilidad de edificios representativos y (iii) la integración de los dos módulos a través herramientas tecnológicas. El primer módulo de topología de construcciones se basa en una clasificación de datos de sensoramiento rémoto y procesamiento SIG para la extracción de siete parámetros de las edficaciones. Este módulo parece ser aplicable para una clasificación de los edificios en relación con los posibles impactos de las inundaciones. El resultado es una taxonomía de las edificaciones y una posterior identificación de edificios representativos que se basa en análisis estadísticos y funciones de pertenencia. El segundo módulo consiste en el análisis de susceptibilidad de las construcciones representativas a través de funciones de profundidad del impacto físico. Las cuales relacionan los principales componentes de la construcción, incluyendo sus alturas, dimensiones y materiales con los impactos físicos a diferentes niveles de agua. La susceptibilidad del material se calcula con base a estudios internacionales sobre la resistencia de los materiales y un análisis a través de sistemas expertos difusos. Aquí, las funciones de profundidad de impacto físico son considerados como un medio para la interrelación entre el nivel del agua y los impactos físicos. El tercer módulo proporciona las herramientas necesarias para la aplicación de la metodología. Estas herramientas tecnológicas consisten en la arquitectura para la alimentación de los datos relacionados a la tipología de construcciones con las funciones de profundidad del impacto físico apoyado en procesos automáticos. La metodología es probada en tres sitios piloto: (i) en el Barrio Sur en Magangué y (ii) en la barrio de La Peña en Cicuco situado en la llanura inundable del Río Magdalena, Colombia y (iii) en barrio Kleinzschachwitz de la ciudad de Dresden, situado a orillas del río Elba, en Alemania. Las pruebas de la metodología abarca la descripción de la disponibilidad de los datos y la precisión, los pasos a seguir para obtener las funciones profundidad de impacto físico de edificios representativos y la presentación final de la distribución espacial de la susceptibilidad física frente inundaciones El discusión analiza las aportaciones de este trabajo y evalua los resultados de la metodología con relación a los objetivos. Las conclusiones del trabajo, muestran los aportes y limitaciones de la investigación en términos de avances metodológicos y empíricos y la aplicabilidad general de gestión del riesgo de inundaciones.