UPThèses

Wolbachia est une bactérie Gram(-) intracellulaire modifiant la reproduction de nombreux arthropodes. Chez l'isopode Armadillidium vulgare, la souche wVulC entraîne la féminisation des mâles. Nous avons caractérisé deux opérons vir s'exprimant dans tous les tissus hôtes et codant un système de sécrétion de type IV (T4SS) pouvant permettre d'exporter des effecteurs bactériens vers le cytoplasme de l'hôte. La comparaison des séquences et de l'organisation des gènes de 37 souches de Wolbachia a révélé la forte conservation des deux opérons vir suggérant l'importance du T4SS dans la biologie de la bactérie. Nous avons également identifié, dans le génome en cours de séquençage de wVulC, 66 gènes codant des protéines à domaines ankyrines. Ces motifs forment des sites d'interactions protéine-protéine chez les eucaryotes et sont supposés être impliqués chez Wolbachia dans l'interaction avec des protéines de l'hôte. Nous avons montré qu'une des trois copies du gène pk2 de wVulC, n'est exprimée que chez des souches féminisantes mais chez aucune des 3 souches induisant l'incompatibilité cytoplasmique chez les isopodes terrestres. Ce produit du gène pk2 pourrait être impliqué dans la féminisation de l'hôte. Toutefois, nous avons réalisé des tests d'interaction par double-hybride en levures et par la méthode CRAfT (Crerecombinase Reporter Assay for Translocation) entre les protéines du T4SS et cinq protéines à domaines ankyrines dont Pk2 afin de savoir si ces dernières étaient sécrétées par ce système. Les résultats montrent qu'aucun des cinq produits de gènes ank testés n'est sécrété par la bactérie mais se révèlent encourageants pour identifier les effecteurs de Wolbachia.

L'ADN mitochondrial (ADNmt) des animaux est généralement constitué de molécules circulaires monomériques de ~16 kb. Cependant, parmi les rares exceptions qui ont été décrites, deux espèces d'Oniscidea Armadillidium vulgare et Porcellionides pruinosus (Crustacés Isopodes terrestres) présentent un ADNmt atypique composé de molécules monomériques linéaires de ~14 kb associées à des dimères circulaires et palindromiques de ~28 kb. Afin de connaître plus en détail sa structure, l'ADNmt atypique d'A. vulgare a été séquencé. Il contient bien les 13 gènes codants pour des protéines et les deux sous unités ribosomales généralement présents dans l'ADNmt des Métazoaires, mais en revanche il ne présente pas l'ensemble des 22 ARN de transferts (ARNt) attendus. De plus, une étonnante hétéroplasmie générant un ARNt alloaccepteur pour les acides aminés Alanine et Valine (ARNtAla/Val) a été découverte. Cette hétéroplasmie est un exemple unique chez les Eucaryotes par la présence de deux gènes différents sur le même locus mitochondrial. De façon surprenante, cette hétéroplasmie a également été observée chez de nombreuses autres espèces d'Oniscidea qui possèdent aussi un génome mitochondrial atypique. Il semble donc que l'apparition de cet ADNmt atypique chez les Isopodes ait permis l'apparition de l'ARNtAla/Val, et que les forces évolutives permettant le maintien de ces deux gènes essentiels à la traduction mitochondriale soient impliquées dans la conservation de cette structure atypique.

La température est un paramètre clé qui façonne de nombreuses adaptations physiologiques, morphologiques et comportementales des animaux. Chez les ectothermes, la thermorégulation est majoritairement comportementale et résulte d'un compromis entre les bénéfices et les coûts associés. Généralement, l'augmentation de la température corporelle améliore les performances et permet d'optimiser des processus tels que la digestion, la croissance ou la reproduction. Cependant, la thermorégulation comporte aussi des coûts (dépense énergétique, risque de prédation, allocation du temps). De plus, les orientations thermiques peuvent avoir de profondes implications sur les budgets énergétiques, le comportement et à terme, les dynamiques de population d'ectothermes. Ces mécanismes ont pu être abordés chez des organismes à démographie rapide comme les insectes, mais ont été peu explorés chez les vertébrés ectothermes terrestres (reptiles et amphibiens). Au cours de cette thèse, nous avons examiné un couple d'espèces de serpents en coexistence : la couleuvre verte et jaune Hierophis viridiflavus et la couleuvre d'Esculape Zamenis longissimus. Nous avons mis en évidence un fort contraste d'adaptation thermique entre ces espèces. L'étude intégrée de leur physiologie, leur comportement et leur démographie a permis de révéler les liens existant entre les différents niveaux, de l'individu à la population, et comment ces liens forment de véritables syndromes adaptatifs. Les résultats obtenus soulignent comment les adaptations thermiques affectent les réponses démographiques par l'intermédiaire de processus physiologiques, mais également l'influence des conditions environnementales (fluctuations thermiques, ressources trophiques, structure de l'habitat) sur l'efficacité relative de stratégies contrastées.

Peu de données sont actuellement disponibles sur les effets de l'âge sur les performances physiologiques et comportementales des animaux sauvages. Compte tenu de sa nature multifactorielle, il est délicat d'explorer les corrélats physiologiques et comportementaux de la sénescence en conditions naturelles sans mener une approche multidisciplinaire. Cette thèse de terrain constitue le premier travail multidisciplinaire abordant la question cruciale du vieillissement en conditions naturelles. Notre but est d'analyser simultanément les effets de l'âge sur la physiologie, les comportements de recherche alimentaire et le succès reproducteur chez deux 'modèles d'étude' du vieillissement : le Grand Albatros Diomedea exulans (2-48 ans ; île subantarctique de Crozet) et le Pétrel des Neiges Pagodroma nivea (7-46 ans ; Terre Adélie, Antarctique). Nous avons conduit des études transversales pour décrire les patrons de variation avec l'âge du comportement de recherche alimentaire, de la performance de reproduction et de nombreux marqueurs phénotypiques (associés au vieillissement chez l'Homme ou les animaux de laboratoire), tels que l'immunité, le stress oxydant, les défenses antioxydantes, les taux basaux de d'hormones, la réponse hormonale au stress et la réponse cardiaque au stress. Chez le Grand Albatros, nous avons détecté un effet de l'âge sur le comportement de recherche alimentaire, la réponse au stress et le succès reproducteur, mais pas sur les marqueurs basaux de l'immunité, du stress oxydant ou des taux hormonaux. Les vieux Albatros mâles ont des aires de pêche différentes de celles des mâles plus jeunes, sont moins actifs à la surface de l'eau, parcourent de plus grandes distances, et reviennent de mer avec des taux relatifs d'hormone de stress plus élevés que les jeunes. En revanche, aucun effet de l'âge été détecté sur la physiologie ou le comportement des femelles, suggérant que les patrons de variations avec l'âge sont propres à chaque sexe, comme chez l'Homme ou les animaux de laboratoire. En outre, l'examen des albatros non reproducteurs suggère que c'est en situation de contrainte que les patrons de variation avec l'âge des traits physiologiques s'expriment. Chez le Pétrel des neiges, aucun effet de l'âge n'a été détecté sur la réponse immunitaire humorale, sur l'augmentation des taux d'hormone de stress pendant la réponse immunitaire, sur la croissance ou la réponse au stress des poussins, suggérant qu'il est difficile de mettre en évidence des corrélats physiologiques de la sénescence chez cette espèce longévive. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent que (i) les niveaux de maintenance somatique restent élevés jusque dans la fin de vie chez les oiseaux longévifs, contrairement aux espèces peu longévives ; (ii) les traits phénotypiques associés aux comportements alimentaires pourraient être des facteurs proximaux du vieillissement en conditions naturelles ; (iii) le sexe est un paramètre majeur de la détermination des patrons de variation avec l'âge en conditions naturelles.

L'éducation à l'environnement est indispensable pour pallier l'érosion de la biodiversité. Les médias et l'école ont une place importante dans la sensibilisation du public, mais ils diffusent presque exclusivement des images et des messages basés sur une biodiversité spectaculaire, exotique et lointaine (ours polaire, baleinzs...). L'éducation scolaire a donc un rôle important pour étendre la connaissance des enfants vers une gamme étendue d'organismes. Grâce à des questionnaires écrits diffusés dans dix pays en Europe (7), Afrique (1), et Asie (2), nous avons sondé chez des écoliers (âgés de 7 à 14 ans) leur perception des animaux. Le constat est alarmant : les enfants sont déconnectés de leur environnement local. Miroirs des médias, les enfants ont une vision restreinte de la biodiversité à protéger, limitée à quelques animaux qu'ils ont vu sur des écrans de TV ou d'ordinateur. Mais l'enquête réalisée sur la perception des serpents pour les enfants montre que ceux-ci ont une aversion modérée et que la plupart expriment leur envie de les protéger, ce qui est très encourageant. Nous avons emmené près de 600 élèves découvrir sur le terrain les espèces locales de serpents. Grâce à l'activation du canal affectif, la grande majorité des enfants sont prêts à protéger préférentiellement les serpents, au même titre que les pandas. L'ensemble de ces résultats montre tout d'abord une nette défaillance du système éducatif qui favorise l'information dogmatique et virtuelle au détriment des sorties de terrain et des expériences concrètes avec la nature. Celles-ci sont pourtant essentielles pour connecter les enfants avec l'environnement local et favoriser des comportement positifs nécessaires à la préservation de la biodiversité. Pour faire des progrès et étendre l'intérêt des enfants pour un maximum d'espèces, il est essentiel de travailler avec des espèces soit disant impopulaires telles que les serpents, que les enfants adoptent très vite.

Breeding at the right time is a key-component of fitness, and requires flexible responses to environmental conditions and physiological state. However, the proximate mechanisms underlying this pattern remain poorly understood. This doctoral research aims to explore the hormonal mechanisms that mediate the onset of egg-laying in two polar seabirds, the blacklegged kittiwake and the snow petrel. First of all, a food-related stress during the pre-laying period allowed us to associate a late-breeding year with high levels of corticosterone (stress hormone) and with low levels of LH (luteinizing hormone that triggers reproduction). Moreover, an experimentally delayed breeding promoted an accentuated stress response, a decline of parental effort, and a high reproductive failure. Descriptive and experimental approaches supported the role of corticosterone in the individual adjustment of egg-laying dates and in the non-breeding decision, through the inhibition of LH release. However, this functional action of corticosterone differed between sex and between species. At last, we investigated the effects of age (7-45 years old) and senescence on the dynamics of corticosterone and LH, since very young and very old birds did not breed or bred late in the season. We discussed the possible hormonal orchestration of reproductive henology, as an interaction between environmental stress and individual state, in the theoretical framework of evolutionary strategies.

Les Procellariiformes sont des oiseaux marins présentant des caractéristiques les rendant particulièrement attractifs pour la recherche. Ces oiseaux constituent le groupe d'oiseaux marins le plus diversifié et probablement le plus menacé, 44.7% des espèces de Procellariiformes étant classées Vulnérables ou En Danger d'Extinction par l'UICN. Comme d'autres oiseaux marins, les Procellariiformes constituent des modèles fascinants pour l'étude des patrons de différentiation des populations et des espèces puisqu'étant confrontés à l'action de forces évolutives opposées : d'un côté leur extrême mobilité leur permet de disperser très loin, ce qui est supposé permettre et augmenter le flux de gènes entre populations et donc atténuer la différentiation des populations ; de l'autre côté, étant extrêmement philopatriques ils reviennent généralement se reproduire dans leur colonie de naissance, une caractéristique censée promouvoir la différentiation des populations. Ajoutées au fait qu'ils vivent dans l'océan, ces caractéristiques les rendent particulièrement intéressants pour étudier les processus de différentiation en l'absence de barrières physiques aux flux de gènes. Par ailleurs, la taxonomie et les relations phylogénétiques chez les Procellariiformes sont complexes et mal établies, entre autres en raison de l'action opposée des forces évolutives citées précédemment. Les limites d'espèces et la taxonomie de cet ordre ont donc continuellement changé au fil des années. Au cours des 20 dernières années, les développements observés dans le domaine de la biologie moléculaire ont fournis des outils de plus en plus puissants pour élucider certaines incertitudes phylogénétiques, comprendre les patrons phylogéographiques observés et avoir une meilleure compréhension des processus promouvant la différentiation des populations chez ces oiseaux. Ces outils permettent aussi de mieux comprendre la structuration des populations et les relations entre ces dernières ce qui peut grandement aider à la définition des actions de conservation entreprises pour ces organismes et à leur ordre de priorité. Dans cette thèse, à l'aide d'outils de biologie moléculaire, j'ai étudié les relations phylogénétiques et la phylogéographie de plusieurs taxons de la famille des Procellariidae, la plus riche en espèce chez les Procellariiformes. Cette étude à portée sur deux niveaux taxonomiques : premièrement, au niveau générique, cette étude décrit les relations phylogénétiques du genre Pseudobulweria, probablement le genre d'oiseaux marins le plus menacé au monde ; deuxièmement, au niveau du taxon et des populations l'accent a été porté sur les ptérodromes de Macaronésie et sur le pétrel de Gould, en particulier concernant les relations entre ses sous-espèces australiennes et néo-calédoniennes. L'utilisation d'analyses multilocus pour chacune de ces investigations a permis d'améliorer notre compréhension et connaissances des ces taxons : chez Pseudobulweria la construction d'un " arbre d'espèce " a permis de définir les relations phylogénétiques au sein du genre et de résoudre la question du statut taxonomique du pétrel de Beck ; chez les ptérodromes de Macaronésie, j'ai montré que la séparation des trois taxons est beaucoup plus récente que précédemment estimée et que ces populations doivent être considérées comme des Unités Evolutives Significatives ; chez le pétrel de Gould, cette étude a montré que les deux sous espèces ne sont pas différenciées génétiquement et que ces deux lignées ne sont pas séparées. L'ensemble de ces résultats obtenus par l'utilisation de plusieurs gènes nucléaires en plus de gènes mitochondriaux souligne l'importance de ce type d'approche pour l'étude des patrons phylogénétiques et phylogéographiques pour les comprendre dans toute leur complexité.

La symbiose constitue une force évolutive majeure permettant entre autre l'adaptation et la réponse des hôtes aux agents pathogènes. Chez le crustacé isopode Armadillidium vulgare, la présence de Wolbachia altère l'immunocompétence de son hôte en diminuant le taux d'hémocytes circulants (THC) et en augmentant la septicémie naturelle. La présence de Wolbachia dans les hémocytes et les organes hématopoïétiques a soulevé de nombreuses questions quant aux conséquences que cela entraîne sur le fonctionnement du système immunitaire et sur l'immunocompétence d'A. vulgare. Nous avons donc étudié l'impact de cette symbiose sur les hémocytes, l'immunocompétence et l'expression de gènes de l'immunité. Ainsi Wolbachia est présente dans plus d'un tiers des hémocytes et sa présence diminue la proportion d'hémocytes granulaires circulants chez les animaux âgés d'un an, sans affecter le THC à cet âge. L'activité phénoloxydase diminue avec l'âge et le statut symbiotique. En revanche, la présence de Wolbachia semble protéger les hémocytes de l'apoptose et augmenter l'immunocompétence d'A. vulgare lors d'une infection par Listeria ivanovii. Enfin, la quantification de l'expression des gènes de l'immunité a révélé une tendance à la sous-expression au niveau de l'animal entier et des ovaires mais à la sur-expression dans les tissus immunitaires. La présence de Wolbachia modifie donc les caractéristiques du système immunitaire aux niveaux cellulaire et humoral, ainsi que l'immunocompétence d'A. vulgare. L'étude de nouveaux paramètres permettra d'établir si la présence de Wolbachia constitue réellement un avantage pour son hôte ou si au contraire la bactérie présente un coût parasitaire...

Comment peut-on étudier des organismes aux moeurs cryptiques ? Quand l'observation directe d'animaux sauvages est compromise, des approches indirectes, comme celle des isotopes stables, qui visent à tracer le flux de molécules dans les chaînes alimentaires deviennent attractives. Ce travail de thèse s'est donc intéressé à l'utilisation des isotopes stables pour dévoiler l'écologie alimentaire d'un prédateur de l'océan austral : l'éléphant de mer (Mirounga leonina). Ce phoque passe moins d'un cinquième de sa vie à terre et dépend entièrement du milieu marin pour son alimentation. Prenant avantage de l'existence d'un gradient latitudinal naturel en isotopes stable du carbone, nous nous sommes efforcés de relier au moyen d'outils statistiques adaptés, localité d'alimentation et valeur sélective chez cette espèce à reproduction sur capital. Nous avons privilégié une approche bayésienne. Les données isotopiques concordent avec les résultats d'études télémétriques, les éléphants de mer utilisent deux zones principales pour s'alimenter : la zone polaire frontale et une zone aux abords du continent antarctique. Les valeurs en carbone issues d'échantillons sanguins et analysées au moyen de modèles statistiques dit de mélange suggèrent que les femelles s'alimentant en zone antarctique parviennent à sevrer un jeune de meilleure qualité. Chez les mâles, l'analyse des isotopes du carbone issus de stries dentaires au moyen d'un modèle statistique couplant données longitudinales et survie, révèle quant-à elle une corrélation entre fidelité à une stratégie d'alimentation et longévité, un paramètre clé de l'histoire de vie chez cette espèce.

Les organismes sont soumis aux fluctuations de l'environnement et les stades précoces (vie embryonnaire) sont particulièrement sensibles aux perturbations qui peuvent modifier les trajectoires développementales. La sensibilité thermique des embryons est une caractéristique générale chez les vertébrés et aurait constitué une force sélective majeure dans l'évolution des soins parentaux (hypothèse de Farmer, 2000). Par ailleurs, le développement embryonnaire est un processus complexe et les influences environnementales peuvent avoir des effets très différents selon la période d'exposition. Pourtant cette variabilité est insuffisamment prise en compte en écologie évolutive et dans l'étude des soins parentaux. L'environnement maternel peut constituer une interface entre l'environnement extérieur et les embryons. La régulation des conditions thermique du développement est très répandue chez les vertébrés. Si les ectothermes produisent une chaleur métabolique négligeable, ils ont développé une diversité de stratégies comportementales et physiologiques pour protéger les embryons des variations thermiques. Les soins parentaux prénataux sont associés à un changement du comportement maternel avec une augmentation des activités de thermorégulation, ainsi qu'à de profondes modifications énergétiques et physiologiques. Nous avons examiné l'importance de la régulation maternelle des conditions prénatales chez deux espèces de serpents aux modes de reproduction contrastés, une ovipare (python de Children, A childreni) et une vivipare (la vipère aspic, V aspis). L'originalité de ce travail repose sur la prise en compte du caractère dynamique de la sensibilité embryonnaire...