• Energy Research
• 13. Climate action close
• 3. Good health close
• CA close
• FR close
• PLoS ONE close

Climate change affects the phenology of many species. As temperature and precipitation are thought to control autumn color change in temperate deciduous trees, it is possible that climate change might also affect the phenology of autumn colors. Using long-term data for eight tree species in a New England hardwood forest, we show that the timing and cumulative amount of autumn color are correlated with variation in temperature and precipitation at specific times of the year. A phenological model driven by accumulated cold degree-days and photoperiod reproduces most of the interspecific and interannual variability in the timing of autumn colors. We use this process-oriented model to predict changes in the phenology of autumn colors to 2099, showing that, while responses vary among species, climate change under standard IPCC projections will lead to an overall increase in the amount of autumn colors for most species.

L'agriculture subsaharienne a été identifiée comme vulnérable au changement climatique en cours. L'adaptation de l'agriculture a été suggérée comme un moyen de maintenir la productivité. Une meilleure connaissance de la diversité intra-spécifique des variétés est une condition préalable à la bonne gestion de cette adaptation. Parmi les cultures, les racines et les tubercules jouent un rôle important dans la sécurité alimentaire et la croissance économique des populations les plus vulnérables d'Afrique. Ici, nous nous concentrons sur la patate douce. La patate douce (Ipomoea batatas) a été domestiquée en Amérique centrale et en Amérique du Sud et a ensuite été introduite en Afrique et est maintenant cultivée dans toute l'Afrique tropicale. Nous avons évalué sa diversité en Afrique de l'Ouest en échantillonnant une région s'étendant de la zone côtière du Togo à la région septentrionale sahélienne du Sénégal qui représente une gamme de conditions climatiques. À l'aide de 12 marqueurs microsatellites, nous avons évalué 132 variétés le long de ce gradient. Des données phénotypiques issues d'essais sur le terrain menés en trois saisons ont également été obtenues. La diversité génétique en Afrique de l'Ouest s'est avérée inférieure de 18 % à celle des États-Unis. La diversité génétique en Afrique de l'Ouest est structurée en cinq groupes, certains groupes se trouvant dans des zones climatiques très spécifiques, par exemple sous un climat tropical humide ou sous un climat sahélien. Nous avons également observé des groupes génétiques qui se produisent dans un plus large éventail de climats. Les groupes génétiques ont également été associés à la différenciation morphologique, principalement la forme des feuilles et la couleur de la tige ou de la racine. Cette structure particulière de la diversité le long d'un gradient climatique avec association à la variabilité phénotypique peut être utilisée pour des stratégies de conservation. S'il s'avère qu'une telle structure est associée à une adaptation climatique spécifique, elle permettra également de développer des stratégies pour adapter l'agriculture aux variations climatiques en cours en Afrique de l'Ouest. La agricultura subsahariana ha sido identificada como vulnerable al cambio climático en curso. Se ha sugerido la adaptación de la agricultura como una forma de mantener la productividad. Un mejor conocimiento de la diversidad intraespecífica de variedades es un requisito previo para el manejo exitoso de dicha adaptación. Entre los cultivos, la raíz y los tubérculos desempeñan un papel importante en la seguridad alimentaria y el crecimiento económico de las poblaciones más vulnerables de África. Aquí, nos centramos en la batata. La batata (Ipomoea batatas) se domesticó en América Central y del Sur y más tarde se introdujo en África y ahora se cultiva en toda el África tropical. Evaluamos su diversidad en África Occidental mediante el muestreo de una región que se extiende desde la zona costera de Togo hasta la región septentrional del Sahel en Senegal y que representa una variedad de condiciones climáticas. Utilizando 12 marcadores de microsatélites, evaluamos 132 variedades a lo largo de este gradiente. También se obtuvieron datos fenotípicos de ensayos de campo realizados en tres temporadas. Se encontró que la diversidad genética en África Occidental era un 18% menor que en América. La diversidad genética en África Occidental se estructura en cinco grupos, y algunos grupos se encuentran en áreas climáticas muy específicas, por ejemplo, en un clima tropical húmedo o en un clima saheliano. También observamos grupos genéticos que se producen en una gama más amplia de climas. Los grupos genéticos también se asociaron con la diferenciación morfológica, principalmente la forma de las hojas y el color del tallo o raíz. Esta estructura particular de diversidad a lo largo de un gradiente climático con asociación a la variabilidad fenotípica se puede utilizar para estrategias de conservación. Si se demuestra que dicha estructura está asociada con una adaptación climática específica, también permitirá desarrollar estrategias para adaptar la agricultura a la variación climática en curso en África Occidental. Sub-Saharan agriculture has been identified as vulnerable to ongoing climate change. Adaptation of agriculture has been suggested as a way to maintain productivity. Better knowledge of intra-specific diversity of varieties is prerequisites for the successful management of such adaptation. Among crops, root and tubers play important roles in food security and economic growth for the most vulnerable populations in Africa. Here, we focus on the sweet potato. The Sweet potato (Ipomoea batatas) was domesticated in Central and South America and was later introduced into Africa and is now cultivated throughout tropical Africa. We evaluated its diversity in West Africa by sampling a region extending from the coastal area of Togo to the northern Sahelian region of Senegal that represents a range of climatic conditions. Using 12 microsatellite markers, we evaluated 132 varieties along this gradient. Phenotypic data from field trials conducted in three seasons was also obtained. Genetic diversity in West Africa was found to be 18% lower than in America. Genetic diversity in West Africa is structured into five groups, with some groups found in very specific climatic areas, e.g. under a tropical humid climate, or under a Sahelian climate. We also observed genetic groups that occur in a wider range of climates. The genetic groups were also associated with morphological differentiation, mainly the shape of the leaves and the color of the stem or root. This particular structure of diversity along a climatic gradient with association to phenotypic variability can be used for conservation strategies. If such structure is proved to be associated with specific climatic adaptation, it will also allow developing strategies to adapt agriculture to ongoing climate variation in West Africa. تم تحديد الزراعة في جنوب الصحراء على أنها عرضة لتغير المناخ المستمر. تم اقتراح تكييف الزراعة كوسيلة للحفاظ على الإنتاجية. إن المعرفة الأفضل بتنوع الأصناف داخل الأنواع هو شرط أساسي للإدارة الناجحة لهذا التكيف. من بين المحاصيل، تلعب الجذور والدرنات أدوارًا مهمة في الأمن الغذائي والنمو الاقتصادي للفئات السكانية الأكثر ضعفًا في أفريقيا. هنا، نركز على البطاطا الحلوة. تم تدجين البطاطا الحلوة (إيبومويا باتاتاس) في أمريكا الوسطى والجنوبية وتم إدخالها لاحقًا إلى إفريقيا ويتم زراعتها الآن في جميع أنحاء إفريقيا الاستوائية. قمنا بتقييم تنوعها في غرب إفريقيا من خلال أخذ عينات من منطقة تمتد من المنطقة الساحلية لتوغو إلى منطقة الساحل الشمالي للسنغال التي تمثل مجموعة من الظروف المناخية. باستخدام 12 علامة للأقمار الصناعية الصغيرة، قمنا بتقييم 132 نوعًا على طول هذا التدرج. كما تم الحصول على بيانات النمط الظاهري من التجارب الميدانية التي أجريت في ثلاثة مواسم. وجد أن التنوع الوراثي في غرب إفريقيا أقل بنسبة 18 ٪ منه في أمريكا. ينقسم التنوع الوراثي في غرب أفريقيا إلى خمس مجموعات، حيث توجد بعض المجموعات في مناطق مناخية محددة للغاية، على سبيل المثال في ظل مناخ استوائي رطب، أو في ظل مناخ الساحل. لاحظنا أيضًا المجموعات الوراثية التي تحدث في مجموعة واسعة من المناخات. ارتبطت المجموعات الوراثية أيضًا بالتمايز المورفولوجي، بشكل أساسي شكل الأوراق ولون الجذع أو الجذر. يمكن استخدام هذا الهيكل الخاص للتنوع على طول التدرج المناخي مع الارتباط بالتغير الظاهري لاستراتيجيات الحفظ. إذا ثبت أن هذا الهيكل مرتبط بتكيف مناخي محدد، فسيسمح أيضًا بتطوير استراتيجيات لتكييف الزراعة مع التقلبات المناخية المستمرة في غرب إفريقيا.

Harmful algal blooms threaten the water quality of many eutrophic and hypertrophic lakes and cause severe ecological and economic damage worldwide. Dense blooms often deplete the dissolved CO2 concentration and raise pH. Yet, quantitative prediction of the feedbacks between phytoplankton growth, CO2 drawdown and the inorganic carbon chemistry of aquatic ecosystems has received surprisingly little attention. Here, we develop a mathematical model to predict dynamic changes in dissolved inorganic carbon (DIC), pH and alkalinity during phytoplankton bloom development. We tested the model in chemostat experiments with the freshwater cyanobacterium Microcystis aeruginosa at different CO2 levels. The experiments showed that dense blooms sequestered large amounts of atmospheric CO2, not only by their own biomass production but also by inducing a high pH and alkalinity that enhanced the capacity for DIC storage in the system. We used the model to explore how phytoplankton blooms of eutrophic waters will respond to rising CO2 levels. The model predicts that (1) dense phytoplankton blooms in low- and moderately alkaline waters can deplete the dissolved CO2 concentration to limiting levels and raise the pH over a relatively wide range of atmospheric CO2 conditions, (2) rising atmospheric CO2 levels will enhance phytoplankton blooms in low- and moderately alkaline waters with high nutrient loads, and (3) above some threshold, rising atmospheric CO2 will alleviate phytoplankton blooms from carbon limitation, resulting in less intense CO2 depletion and a lesser increase in pH. Sensitivity analysis indicated that the model predictions were qualitatively robust. Quantitatively, the predictions were sensitive to variation in lake depth, DIC input and CO2 gas transfer across the air-water interface, but relatively robust to variation in the carbon uptake mechanisms of phytoplankton. In total, these findings warn that rising CO2 levels may result in a marked intensification of phytoplankton blooms in eutrophic and hypertrophic waters.

Accounting for climate change in invasive species risk assessments improves our understanding of potential future impacts and enhances our preparedness for the arrival of new non-native species. We combined traditional risk assessment for invasive species with habitat suitability modeling to assess risk to biodiversity based on climate change. We demonstrate our method by assessing the risk for 15 potentially new invasive plant species to Alberta, Canada, an area where climate change is expected to facilitate the poleward expansion of invasive species ranges. Of the 15 species assessed, the three terrestrial invasive plant species that could pose the greatest threat to Alberta's biodiversity are giant knotweed (Fallopia sachalinensis), tamarisk (Tamarix chinensis), and alkali swainsonpea (Sphaerophysa salsula). We characterise giant knotweed as 'extremely invasive', with 21 times the suitable habitat between baseline and future projected climate. Tamarisk is 'extremely invasive' with a 64% increase in suitable habitat, and alkali swainsonpea is 'highly invasive' with a 21% increase in suitable habitat. Our methodology can be used to predict and prioritise potentially new invasive species for their impact on biodiversity in the context of climate change.

The Tonle Sap Lake (TSL) is a flood-pulse system. It is the largest natural lake in South-East Asia and constitutes one of the largest fisheries over the world, supporting the livelihood of million peoples. Nonetheless, the Mekong River Basin is changing rapidly due to accelerating water infrastructure development (hydropower, irrigation, flood control, and water supply) and climate change, bringing considerable modifications to the annual flood-pulse of the TSL. Such modifications are expected to have strong impacts on fish biodiversity and abundance. This paper aims to characterize the spatio-temporal variations of fish taxonomic composition and to highlights the underlying determinants of these variations. For this purpose, we used data collected from a community catch monitoring program conducted at six sites during 141 weeks, covering two full hydrological cycles. For each week, we estimated beta diversity as the total variance of the site-by-species community matrix and partitioned it into Local Contribution to Beta Diversity (LCBD) and Species Contribution to Beta Diversity (SCBD). We then performed multiple linear regressions to determine whether species richness, species abundances and water level explained the temporal variation in the contribution of site and species to beta diversity. Our results indicate strong temporal variation of beta diversity due to differential contributions of sites and species to the spatial variation of fish taxonomic composition. We further found that the direction, the shape and the relative effect of species richness, abundances and water level on temporal variation in LCBD and SCBD values greatly varied among sites, thus suggesting spatial variation in the processes leading to temporal variation in community composition. Overall, our results suggest that fish taxonomic composition is not homogeneously distributed over space and time and is likely to be impacted in the future if the flood-pulse dynamic of the system is altered by human activities.

Antestiopsis thunbergii (Gmelin 1790) est un ravageur majeur du café Arabica en Afrique. L'insecte préfère le café aux plus hautes altitudes, contrairement à d'autres ravageurs majeurs. Les objectifs de cette étude étaient de décrire la relation entre les populations d'A. thunbergii et l'altitude, d'élucider cette relation en utilisant nos connaissances de la biologie thermique des ravageurs et de prédire la distribution des ravageurs sous le réchauffement climatique. La densité de population d'Antestiopsis thunbergii a été évaluée dans 24 plantations de café situées le long d'un transect délimité par un gradient d'altitude compris entre 1000 et 1700 m asl, sur le mont. Kilimandjaro, Tanzanie. La densité a été évaluée pour trois saisons climatiques différentes, la saison sèche fraîche en juin 2014 et 2015, la courte saison des pluies en octobre 2014 et la saison sèche chaude en janvier 2015. La distribution des ravageurs a été prédite sur le même transect à l'aide de trois indices de risque : l'indice de risque d'établissement (ERI), l'indice de génération (GI) et l'indice d'activité (AI). Ces indices ont été calculés à l'aide de paramètres de la table de survie simulés obtenus à partir de modèles de développement dépendant de la température et de données de température provenant 1) d'enregistrements sur le terrain à l'aide d'enregistreurs de données déployés sur le transect et 2) de prédictions pour l'année 2055 extraites de la base de données AFRICLIM. La densité de population observée était la plus élevée pendant la saison sèche fraîche et augmentait significativement avec l'augmentation de l'altitude. Pour la température actuelle, l'ERI a augmenté avec une augmentation de l'altitude et a donc été distribué de manière similaire aux populations observées, contrairement aux autres indices. Ce résultat suggère que la sensibilité au stade immature aux températures extrêmes était un facteur clé de la répartition de la population affectée par l'altitude. À l'avenir, la distribution des indices de risque à l'échelle mondiale a indiqué une diminution du risque à basse altitude et une augmentation du risque aux plus hautes altitudes. Sur la base de ces résultats, nous avons conclu avec des recommandations pour atténuer le risque d'infestation par A. thunbergii. El insecto antestia, Antestiopsis thunbergii (Gmelin 1790) es una plaga importante del café Arábica en África. El insecto prefiere el café en las alturas más altas, a diferencia de otras plagas importantes. Los objetivos de este estudio fueron describir la relación entre las poblaciones de A. thunbergii y la elevación, dilucidar esta relación utilizando nuestro conocimiento de la biología térmica de las plagas y predecir la distribución de las plagas bajo el calentamiento climático. La densidad de población de Antestiopsis thunbergii se evaluó en 24 fincas de café ubicadas a lo largo de un transecto delimitado a través de un gradiente de elevación en el rango de 1000-1700 m s.n.m., en el monte Kilimanjaro, Tanzania. La densidad se evaluó para tres estaciones climáticas diferentes, la estación seca fría en junio de 2014 y 2015, la estación lluviosa corta en octubre de 2014 y la estación seca cálida en enero de 2015. La distribución de Pest se predijo sobre el mismo transecto utilizando tres índices de riesgo: el índice de riesgo de establecimiento (ERI), el índice de generación (GI) y el índice de actividad (AI). Estos índices se calcularon utilizando parámetros de la tabla de vida simulada obtenidos de modelos de desarrollo dependientes de la temperatura y datos de temperatura de 1) registros de campo utilizando registradores de datos desplegados en el transecto y 2) predicciones para el año 2055 extraídas de la base de datos AFRICLIM. La densidad de población observada fue la más alta durante la estación seca fresca y aumentó significativamente con el aumento de la altitud. Para la temperatura actual, el ERI aumentó con un aumento en la elevación y, por lo tanto, se distribuyó de manera similar a las poblaciones observadas, a diferencia de los otros índices. Este resultado sugiere que la susceptibilidad de la etapa inmadura a temperaturas extremas fue un factor clave de la distribución de la población afectada por la altitud. En el futuro, la distribución de los índices de riesgo a nivel mundial indicó una disminución del riesgo a baja altitud y un aumento del riesgo a las alturas más altas. Con base en estos resultados, concluimos con recomendaciones para mitigar el riesgo de infestación por A. thunbergii. The antestia bug, Antestiopsis thunbergii (Gmelin 1790) is a major pest of Arabica coffee in Africa. The bug prefers coffee at the highest elevations, contrary to other major pests. The objectives of this study were to describe the relationship between A. thunbergii populations and elevation, to elucidate this relationship using our knowledge of the pest thermal biology and to predict the pest distribution under climate warming. Antestiopsis thunbergii population density was assessed in 24 coffee farms located along a transect delimited across an elevation gradient in the range 1000-1700 m asl, on Mt. Kilimanjaro, Tanzania. Density was assessed for three different climatic seasons, the cool dry season in June 2014 and 2015, the short rainy season in October 2014 and the warm dry season in January 2015. The pest distribution was predicted over the same transect using three risk indices: the establishment risk index (ERI), the generation index (GI) and the activity index (AI). These indices were computed using simulated life table parameters obtained from temperature-dependent development models and temperature data from 1) field records using data loggers deployed over the transect and 2) predictions for year 2055 extracted from AFRICLIM database. The observed population density was the highest during the cool dry season and increased significantly with increasing elevation. For current temperature, the ERI increased with an increase in elevation and was therefore distributed similarly to observed populations, contrary to the other indices. This result suggests that immature stage susceptibility to extreme temperatures was a key factor of population distribution as impacted by elevation. In the future, distribution of the risk indices globally indicated a decrease of the risk at low elevation and an increase of the risk at the highest elevations. Based on these results, we concluded with recommendations to mitigate the risk of A. thunbergii infestation. حشرة أنتيستيا، Antestiopsis thunbergii (Gmelin 1790) هي آفة رئيسية من قهوة أرابيكا في أفريقيا. يفضل الحشرة القهوة على أعلى المرتفعات، على عكس الآفات الرئيسية الأخرى. كانت أهداف هذه الدراسة هي وصف العلاقة بين مجموعات A. thunbergii والارتفاع، لتوضيح هذه العلاقة باستخدام معرفتنا ببيولوجيا الآفات الحرارية والتنبؤ بتوزيع الآفات في ظل الاحترار المناخي. تم تقييم الكثافة السكانية لـ Antestiopsis thunbergii في 24 مزرعة بن تقع على طول مقطع عرضي محدد عبر تدرج الارتفاع في نطاق 1000-1700 متر، على جبل. كليمنجارو، تنزانيا. تم تقييم الكثافة لثلاثة مواسم مناخية مختلفة، وموسم الجفاف البارد في يونيو 2014 و 2015، وموسم الأمطار القصير في أكتوبر 2014 وموسم الجفاف الدافئ في يناير 2015. تم التنبؤ بتوزيع الآفات على نفس المقطع باستخدام ثلاثة مؤشرات للمخاطر: مؤشر مخاطر المؤسسة (ERI) ومؤشر التوليد (GI) ومؤشر النشاط (AI). تم حساب هذه المؤشرات باستخدام معلمات جدول الحياة المحاكاة التي تم الحصول عليها من نماذج التطوير المعتمدة على درجة الحرارة وبيانات درجة الحرارة من 1) السجلات الميدانية باستخدام مسجلات البيانات المنتشرة عبر المقطع و 2) التنبؤات لعام 2055 المستخرجة من قاعدة بيانات AFRICLIM. كانت الكثافة السكانية المرصودة هي الأعلى خلال موسم الجفاف البارد وزادت بشكل كبير مع زيادة الارتفاع. بالنسبة لدرجة الحرارة الحالية، زاد مؤشر الاستبدال الانتقائي مع زيادة في الارتفاع وبالتالي تم توزيعه بشكل مشابه للمجموعات المرصودة، على عكس المؤشرات الأخرى. تشير هذه النتيجة إلى أن قابلية المرحلة غير الناضجة لدرجات الحرارة القصوى كانت عاملاً رئيسياً في توزيع السكان حيث تأثر بالارتفاع. في المستقبل، أشار توزيع مؤشرات المخاطر على مستوى العالم إلى انخفاض المخاطر عند الارتفاعات المنخفضة وزيادة المخاطر عند أعلى الارتفاعات. وبناءً على هذه النتائج، خلصنا إلى توصيات للتخفيف من خطر الإصابة بمرض A. thunbergii.