Partial melting of basic dykes in the contact aureoles of two shallow-level, gabbro-pyroxenite intrusions, Fuerteventura

THESIS ABSTRACT Low-pressure anatexis of basic dykes gave rise to unusual, zebra-like migmatites, in the contact metamorphic aureoles of two layered gabbro-pyroxenite intrusions, PXl and PX2, in the root zone of an ocean island, Fuerteventura Basal Complex (Canary Islands). This thesis focuses on the understanding of processes attributing to the partial melting and formation of these migmatites, characterised by a dense network of closely spaced, millimetre-wide leucocratic segregations with perfectly preserved igneous textures. The presence of fluids are required to decrease the solidus of basic igneous lithologies, to allow partial melting in such aloes-pressure (1-2 kb) environment. An oxygen isotope study was thus carried out on dykes inside and beyond the PX2 aureole, in order to decipher the nature and origin of such fluids. Low or negative δ18O values were obtained for whole rocks and mineral-separates, decreasing towards the contact, with the intrusion itself retaining fairly high values. This trend has been attributed to the advection of meteoric water during magma emplacement, with increasing fluid/rock ratios (higher dyke intensities towards the intrusion acting as fluid-pathways) and higher temperatures promoting increasing exchange during recrystallisation. A comparison of whole rock and mineral major- and trace- element data allowed the redistribution of elements .between different mineral phases and generations, during contact metamorphism and partial melting to be assessed. Certain trace-elements, e.g. Zr, Hf, Y, and REEs, were internally redistributed during contact metamorphic recrystallisation, causing- the enrichment of neocrystallised diopsides compared to relict phenocrysts. This has been assigned to the liberation of trace elements on the breakdown of primary minerals, kaersutite and sphene, on entering the thermal aureole. Major and trace element compositions of minerals in migmatite melanosomes and leucosomes are almost identical, pointing to a syn- or post- solidus reequilibration on cooling of the migmatite terrain. The mineralogical, textural and geochemical evolution of dykes in a contact metamorphic aureole, is recorded around an apophysis of the PX1 intrusion, where there is evidence of incipient partial melting. Hydrothermal mineral pseudomorphs in the outer parts of the aureole are progressively replaced by dry mineral assemblages, with increasingly recrystallised diopside and evidence of partial melting -the extent of which varies from one lithology to another. The appearance of more mafic lithologies towards the intrusion, with lower whole rock SiO2 and mobile element abundances, e.g. Rb, Cs, K, has been explained by the migration and accumulation of feldspathic material into leucosomes outside the samples. A micro-structural study of leucosomes and leucocratic pods, with the aid of high-resolution X-ray computed micro-tomography (HRXµCT), allowing the visualization and quantification of shapes and orientations, was carried out in order to better understand the processes of melt segregation in the PX1 aureole. Leucocratic pods, representing former amygdales, are considered as natural strain ellipsoids. Their short axes are oriented perpendicular to leucosome planes, which sub-parallel the intrusive contact. Leucosomes thus effectively represent foliation planes. This implies that the direction of maximum shortening, during migmatisation, was perpendicular to the orientation of leucosomes, contradicting earlier models that suggest leucosomes represent tension veins. RESUME DE LA THESE Un phénomène rare de fusion partielle de filons basiques à basse pression a été étudié dans les auréoles de contact de deux intrusions litées de gabbro-pyroxénite, PX1 et PX2, localisées dans le soubassement de l'île volcanique de Fuerteventura aux Canaries. Cette anatexie a engendré des migmatites finement zébrées d'aspect très inhabituel, dont les processus de formation ont été étudiés dans le présent travail. Ces roches sont caractérisées par un réseau dense de veinules leucocrates d'épaisseur millimétrique, dont les textures ignées sont parfaitement préservées. La fusion partielle de roches basiques à basse pression (1-2 kbar) requiert la présence d'eau afin d'abaisser le solidus du système à des températures géologiquement réalistes. Une étude comparative des isotopes de l'oxygène a ainsi été menée sur des filons respectivement affectés et non affectés par le métamorphisme de contact, afin de confirmer la présence de ces fluides, de déterminer l'importance de leur interaction avec les roches et leur origine. Des valeurs de δ180 basses ou négatives ont été mesurées sur roche totale et minéraux séparés, décroissantes en direction du contact, alors que l'intrusion elle-même a conservé des valeurs élevées. Ce gradient a été attribué à l'advection d'eau météorique durant la mise en place du magma, les températures les plus élevées favorisant d'autant plus la circulation des fluides et les échanges isotopiques durant la recristallisation des roches. Cette recristallisation engendré une redistribution chimique complète des éléments entre les différentes générations de minéraux résultant du métamorphisme de contact et de l'anatexie, mise en évidence par microanalyse. Certains éléments traces comme Zr, Hf, Y et les REE ont été concentrés dans le diopside néoformé consécutivement à la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments comme la kaersutite ou le sphène. Les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux des mélanosomes et leucosomes des migmatites sont pratiquement identiques, indiquant une rééquilibration syn- à postsolidus lors du refroidissement de l'auréole de contact. La transformation progressive des filons basiques au niveau de leur minéralogie, textures et composition chimique a pu être observée en détail à l'approche du contact d'une apophyse de l'intrusion PX1. La paragenèse magmatique initiale n'est jamais préservée, les faciès les plus distants du contact étant constitués d'un assemblage pseudomorphique hydrothermal. Ce dernier est progressivement remplacé par des assemblages anhydres incluant du diopside néoformé, puis apparaissent les premiers signes de fusion partielle, dont l'importance varie fortement d'une lithologie à l'autre. L'apparition de faciès plus basiques en direction du contact, avec des teneurs réduites en SiO2 et en éléments incompatibles tels Rb, Cs, K, a été attribuée à l'échappement de leucosomes feldspathiques hors du système. Une étude microstructurale de la distribution spatiale du matériel leucocrate au sein des migmatites par microtomographie X de haute résolution (HRXµCT) a été menée pour mieux comprendre les processus de ségrégation des liquides dans l'auréole de PX1. De petites entités ovoïdes, représentant d'anciennes structures amygdalaires au sein des filons, ont été considérées comme des ellipsoïdes marqueurs de la déformation finie. Leur petit axe est orienté perpendiculairement aux plans définis par les leucosomes, eux-mêmes subparallèles au contact intrusif. Les leucosomes matérialisent donc des plans de clivage. Ainsi, la direction de raccourcissement maximum durant la fusion partielle était perpendiculaire à l'orientation des leucosomes, contrairement à ce qui a été dit dans de précédentes publications, qui suggéraient que les leucosomes représentaient des veines de tension. RESUME DE LA THESE (POUR LE GRAND PUBLIC) L'observation directe du soubassement d'une île volcanique est une occasion rare, accessible dans le «complexe de base » de l'île canarienne de Fuerteventura. Ce dernier a enregistré divers phénomènes magmatiques, métamorphiques et de fusion partielle induits par l'intrusion répétée de magmas alimentant des appareils volcaniques sus jacents, sous forme de petits plutons, essaims de filons et complexes annulaires de gabbros alcalins, pyroxénites, syénites et carbonatites. Dans ce contexte de flux de chaleur élevé, des filons basiques ont subi une fusion partielle au contact de deux intrusions de gabbro-pyroxénite, un phénomène extrêmement rare à une profondeur aussi réduite, estimée à quelque 3-6 km. Les produits de cette fusion partielle sont des liquides très riches en feldspath, concentrés en un réseau dense de veinules blanches (leucosomes) au sein du matériau résiduel sombre non fondu (mélanosome) pour former ce qu'on appelle des migmatites. Outre les aspects pétrologiques liés à la formation de ces migmatites, l'intérêt majeur du phénomène réside dans le fait qu'il puisse représenter la source des magmas évolués parfois observés sur les îles océaniques. A des pressions aussi faibles que dans le soubassement de Fuerteventura (1-2 Kbar), la présence de fluides abondants est nécessaire pour abaisser la température de début de fusion des roches (solidus) à des valeurs géologiquement réalistes. Des expériences ont montré que même en présence de plusieurs %-poids d'eau, une température de 1000°C était encore nécessaire pour obtenir une proportion de liquide équivalente à celle observée sur le terrain, soit 25%. Or les magmas alcalins des îles océaniques, bien qu'hydratés, n'en contiennent de loin pas autant, ce qui implique une source d'eau externe. Une étude isotopique de l'oxygène a été entreprise afin de tester cette hypothèse. Les valeurs obtenues en 5180 sont basses ou négatives et indiquent l'influence d'eau d'origine météorique. Cette eau de pluie se serait infiltrée le long des filons depuis la surface du volcan et les aurait complètement hydrothermalisés en profondeur (situation encore visible à l'extérieur de l'auréole de contact), leur permettant ainsi de stocker l'eau nécessaire à leur fusion partielle ultérieure. L'interaction entre eau de pluie et filons a été d'autant plus importante que ces derniers étaient proches du contact avec l'intrusion, ce qui suggère que la circulation de ces eaux et leur interaction avec les roches a été favorisée par la chaleur fournie par l'intrusion elle-même. Un autre aspect de ce travail s'est focalisé sur la redistribution des éléments traces au sein des minéraux des filons basiques durant le métamorphisme de contact et la fusion partielle. Ainsi, le pyroxène de seconde génération est-il sensiblement enrichi en traces telles Zr, Hf, Y et les terres rares, par rapport au pyroxène magmatique originel, en relation avec la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments tels le sphène et la kaersutite. Cependant, les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux recristallisés des migmatites sont pratiquement les mêmes dans les leucosomes et les mélanosomes, suggérant une rééquilibration chimique complète durant le refroidissement de ces lithologies. Si certaines migmatites se sont comportées en système chimiquement fermé (hormis l'eau météorique), d'autres filons ont manifestement perdu une partie de leurs leucosomes, ainsi qu'en témoigne leur composition progressivement appauvrie en silice et autres éléments incompatibles mobiles, tels K et Rb à l'approche du contact de l'intrusion. Parallèlement à cette évolution chimique, les paragenèses hydrothermales distantes du contact sont progressivement remplacées par des paragenèses anhydres, puis par l'apparition des premiers leucosomes, tandis que les textures magmatiques initiales sont complètement effacées au profit d'une combinaison de textures magmatique dans les leucosomes et en mosaïque dans les mélanosomes. Enfin, la distribution spatiale des liquides de fusion partielle a été étudiée par microtomographie X de haute résolution, dans des filons contenant des entités ovoïdes leucocrates, sans doute d'anciennes amygdales à zéolites. Ces dernières ont été considérées comme des ellipsoïdes de la déformation finie. L'orientation de leur petit axe, perpendiculaire au plan défini par les veinules de leucosomes, indique que ces derniers représentent des plans de clivage perpendiculaires à la direction de raccourcissement maximum. Ainsi, la ségrégation des liquides de fusion partielle se serait faite dans les plans de compression et non dans des plans de dilatation, contrairement à ce que laisserait penser le sens commun.

Scale-dependent adaptive evolution and morphological convergence to climatic niche in Californian eriogonoids (Polygonaceae)

Aim Macroevolutionary patterns and processes change substantially depending on levels of taxonomic and ecological organization, and the resolution of environmental and spatial variability. In comparative methods, the resolution of environmental and spatial variability often defines the number of selective regimes used to test whether phenotypic characteristics are adaptively correlated with the environment. Here, we examine how investigator choice of the number of selective regimes, determined by varying the resolution of among-species variability in the species climatic niche (hereafter called ecological scale'), influences trait morphological diversification among Eriogonoideae species. We assess whether adaptive or neutral processes drive the evolution of several morphological traits in these species. Location South-western North America. Methods We applied a phylogenetic framework of three evolutionary models to four morphological traits and the climatic niches of Eriogonoideae (in the buckwheat family, Polygonaceae). We tested whether morphological traits evolve in relation to climate by adaptive or neutral process, and whether the resulting patterns of morphological variability are conserved or convergent across the clade. We inspected adaptive models of evolution under different levels of resolution of among-species variability of the climatic niche. Results We show that morphological traits and climate niches of Eriogonoideae species are not phylogenetically conserved. Further, adaptive evolution of phenotypic traits is specific to climatic niche occupancy across this clade. Finally, the likely evolutionary process and the level of detectable niche conservatism change depending on the resolution of environmental variability of the climatic niche. Main conclusions Our study demonstrates the need to consider both the resolution of environmental variability and alternative evolutionary models to understand the morphological diversification that accompanies divergent adaptive evolution of lineages to climatic conditions.

The Oman exotics : a key to the understanding of the Neotethyan geodynamic evolution

The study of the exotic blocks of the Hawasina Nappes (Sultanate of Oman) leads to give apposit data that allow us to propose a new paleogeographic evolution of the Oman margin in time and space. A revised classification of exotic blocks into different paleogeographical units is presented. Two newly introduced stratigraphic groups, the Ramaq Group (Ordovician to Triassic) and the Al Buda'ah Group (upper Permian to Jurassic) are interpreted as tilted blocks related to the Oman continental margin. The Kawr Group (middle Triassic to Cretaceous) is redefined and interpreted as an atoll-type seamount. The paleogeography and paleoenvironments of these units are integrated into a new scheme of the Neotethyan rifting history. Brecciae and olisto¬liths of the Hawasina series are interpreted to have originated from tectonic movements affecting the Oman margin and the Neotethyan ocean floor. The breccias of late Permian age were generated by the extension processes affecting the margin, and by the creation of the Neotethyan oceanic floor. The breccias of mid-late Triassic age coincide in time with the collision of the Cimmerian continents with Eurasia. In constrast, the breccias of late Jurassic and Cretaceous age are interpreted as resulting to the creation of a new oceanic crust (Semail) off the Oman margin

The evolution of helping and harming on graphs: the return of the inclusive fitness effect.

Evolutionary graph theory has been proposed as providing new fundamental rules for the evolution of co-operation and altruism. But how do these results relate to those of inclusive fitness theory? Here, we carry out a retrospective analysis of the models for the evolution of helping on graphs of Ohtsuki et al. [Nature (2006) 441, 502] and Ohtsuki & Nowak [Proc. R. Soc. Lond. Ser. B Biol. Sci (2006) 273, 2249]. We show that it is possible to translate evolutionary graph theory models into classical kin selection models without disturbing at all the mathematics describing the net effect of selection on helping. Model analysis further demonstrates that costly helping evolves on graphs through limited dispersal and overlapping generations. These two factors are well known to promote relatedness between interacting individuals in spatially structured populations. By allowing more than one individual to live at each node of the graph and by allowing interactions to vary with the distance between nodes, our inclusive fitness model allows us to consider a wider range of biological scenarios leading to the evolution of both helping and harming behaviours on graphs.

Evaluation of an online, case-based interactive approach to teaching pathophysiology

Rapport de synthèse : L'article qui fait l'objet de ma thèse évalue une nouvelle approche pédagogique pour l'apprentissage de certains chapitres de physiopathologie. Le dispositif pédagogique se base sur l'alternance d'apprentissage ex-cathedra et de l'utilisation d'un site web comprenant des vignettes cliniques. Lors de la consultation de ces-dernières, l'étudiant est invité à demander des examens de laboratoire dont il pourrait justifier la pertinence selon le cas clinique étudié. La nouveauté du procédé réside dans le fait que, préalablement à son cours ex-cathedra, l'enseignant peut consulter les statistiques de demandes de laboratoire et ainsi orienter son cours selon les éléments mal compris par les étudiants. A la suite du cours ex-cathedra, les étudiants peuvent consulter sur internet la vignette clinique complète avec des explications. A l'issue de tout le cours, une évaluation auprès des étudiants a été conduite. Le procédé a été mis en place durant deux années consécutives et l'article en discute notamment les résultats. Nous avons pu conclure que cette méthode innovatrice d'enseignement amène les étudiants à mieux se préparer pour les cours ex-cathedra tout en permettant à l'enseignant d'identifier plus précisément quelles thématiques étaient difficiles pour les étudiants et donc d'ajuster au mieux son cours. Mon travail de thèse a consisté à créer ce dispositif d'apprentissage, à créer l'application web des vignettes cliniques et à l'implanter durant deux années consécutives. J'ai ensuite analysé les données des évaluations et écrit l'article que j'ai présenté à la revue 'Medical Teacher'. Après quelques corrections et précisions demandées par le comité de lecture, l'article a été accepté et publié. Ce travail a débouché sur une seconde version de l'application web qui est actuellement utilisée lors du module 3.1 de 3è année à l'Ecole de Médecine à Lausanne. Summary : Since the early days of sexual selection, our understanding of the selective forces acting on males and females during reproduction has increased remarkably. However, despite a long tradition of experimental and theoretical work in this field and relentless effort, numerous questions remain unanswered and many results are conflicting. Moreover, the interface between sexual selection and conservation biology has to date received little attention, despite existing evidence for its importance. In the present thesis, I first used an empirical approach to test various sexual selection hypotheses in a population of whitefish of central Switzerland. This precise population is characterized by a high prevalence of gonadal alterations in males. In particular, I challenged the hypothesis that whitefish males displaying peculiar gonadal features are of lower genetic quality than other seemingly normal males. Additionally, I also worked on identifying important determinant of sperm behavior. During a second theoretical part of my work, which is part of a larger project on the evolution of female mate preferences in harvested fish populations, I developed an individual-based simulation model to estimate how different mate discrimination costs affect the demographical behavior of fish populations and the evolutionary trajectories of female mate preferences. This latter work provided me with some insight on a recently published article addressing the importance of sexual selection for harvesting-induced evolution. I built upon this insight in a short perspective paper. In parallel, I let some methodological questions drive my thoughts, and wrote an essay about possible synergies between the biological, the philosophical and the statistical approach to biological questions.

The evolution of gene expression levels in mammalian organs.

Changes in gene expression are thought to underlie many of the phenotypic differences between species. However, large-scale analyses of gene expression evolution were until recently prevented by technological limitations. Here we report the sequencing of polyadenylated RNA from six organs across ten species that represent all major mammalian lineages (placentals, marsupials and monotremes) and birds (the evolutionary outgroup), with the goal of understanding the dynamics of mammalian transcriptome evolution. We show that the rate of gene expression evolution varies among organs, lineages and chromosomes, owing to differences in selective pressures: transcriptome change was slow in nervous tissues and rapid in testes, slower in rodents than in apes and monotremes, and rapid for the X chromosome right after its formation. Although gene expression evolution in mammals was strongly shaped by purifying selection, we identify numerous potentially selectively driven expression switches, which occurred at different rates across lineages and tissues and which probably contributed to the specific organ biology of various mammals.

Independent evolution of hypervariable regions of HIV-1 gp120: V4 as a swarm of N-Linked glycosylation variants

In this study we have characterized intra-patient length polymorphism in V4 by cloning and sequencing a C2-C4 fragment from HIV plasma RNA in patients at different stages of HIV disease. Clonal analysis of clade B, G, and CRF02 isolates during early infection shows extensive intra-patient V4 variability, due to the presence of indel-associated polymorphism. Indels, coupled to amino acid substitution events, affect the number and distribution of potential N-glycosylation sites, resulting in the coexistence, within the same patient, of V4 subsets, each characterized by different sizes, amino acid sequences, and potential N-glycosylation patterns. In contrast, V3 appears to be relatively homogeneous, with similar V3 associated to significantly different V4 within the same clinical specimen. Based on these data, we propose that during early chronic infection V4 is present as a highly divergent quasispecies, enabling the virus to adopt different conformational structures according to immune constrains and other selective pressures

Analyses of six homologous proteins of Protochlamydia amoebophila UWE25 encoded by large GC-rich genes (lgr): a model of evolution and concatenation of leucine-rich repeats.

BACKGROUND: Along the chromosome of the obligate intracellular bacteria Protochlamydia amoebophila UWE25, we recently described a genomic island Pam100G. It contains a tra unit likely involved in conjugative DNA transfer and lgrE, a 5.6-kb gene similar to five others of P. amoebophila: lgrA to lgrD, lgrF. We describe here the structure, regulation and evolution of these proteins termed LGRs since encoded by "Large G+C-Rich" genes. RESULTS: No homologs to the whole protein sequence of LGRs were found in other organisms. Phylogenetic analyses suggest that serial duplications producing the six LGRs occurred relatively recently and nucleotide usage analyses show that lgrB, lgrE and lgrF were relocated on the chromosome. The C-terminal part of LGRs is homologous to Leucine-Rich Repeats domains (LRRs). Defined by a cumulative alignment score, the 5 to 18 concatenated octacosapeptidic (28-meric) LRRs of LGRs present all a predicted alpha-helix conformation. Their closest homologs are the 28-residue RI-like LRRs of mammalian NODs and the 24-meres of some Ralstonia and Legionella proteins. Interestingly, lgrE, which is present on Pam100G like the tra operon, exhibits Pfam domains related to DNA metabolism. CONCLUSION: Comparison of the LRRs, enable us to propose a parsimonious evolutionary scenario of these domains driven by adjacent concatenations of LRRs. Our model established on bacterial LRRs can be challenged in eucaryotic proteins carrying less conserved LRRs, such as NOD proteins and Toll-like receptors.

The evolution of punishment through reputation.

Punishment of non-cooperators has been observed to promote cooperation. Such punishment is an evolutionary puzzle because it is costly to the punisher while beneficial to others, for example, through increased social cohesion. Recent studies have concluded that punishing strategies usually pay less than some non-punishing strategies. These findings suggest that punishment could not have directly evolved to promote cooperation. However, while it is well established that reputation plays a key role in human cooperation, the simple threat from a reputation of being a punisher may not have been sufficiently explored yet in order to explain the evolution of costly punishment. Here, we first show analytically that punishment can lead to long-term benefits if it influences one's reputation and thereby makes the punisher more likely to receive help in future interactions. Then, in computer simulations, we incorporate up to 40 more complex strategies that use different kinds of reputations (e.g. from generous actions), or strategies that not only include punitive behaviours directed towards defectors but also towards cooperators for example. Our findings demonstrate that punishment can directly evolve through a simple reputation system. We conclude that reputation is crucial for the evolution of punishment by making a punisher more likely to receive help in future interactions, and that experiments investigating the beneficial effects of punishment in humans should include reputation as an explicit feature.

Initial Results on the Composition of Fingerprints and its Evolution as a Function of Time by GC/MS Analysis

Determining the time since deposition of fingermarks may prove necessary to assess their relevance to criminal investigations. The crucial factor is the initial composition of fingermarks, because it represents the starting point of any aging model. This study mainly aimed to characterize the initial composition of fingerprints, which show a high variability between donors (inter-variability), but also to investigate the variations among fingerprints from the same donor (intra-variability). Solutions to reduce this initial variability using squalene and cholesterol as target compounds are proposed and should be further investigated. The influence of substrates was also evaluated, and the initial composition was observed to be larger on porous surface than nonporous surfaces. Preliminary aging of fingerprints over 30 days was finally studied on a porous and a nonporous substrate to evaluate the potential for dating of fingermarks. Squalene was observed to decrease in a faster rate on a nonporous substrate.

Diabète et insuffisance rénate terminate. Evolution en huit ans dans le canton de Vaud [Diabetes and end stage renal disease. Eight year progression in the Canton de Vaud, Switzerland].

Diabetic nephropathy is the first cause of endstage renal disease. The demographic expansion, the increase in the incidence of diabetes and the prolonged survival rates explain the steep increase observed these last 30 years. In the United States, improved treatment has brought to a decline in the incidence of end-stage renal disease in the diabetic population since the mid nineties. We examined the change in prevalence of diabetics on dialysis from 2001 and 2009 in the Canton de Vaud, Switzerland. The prevalence of diabetics on dialysis increased from 18% to 31% in dialysis centers and increased from 1.1/1000 to 1.9/1000 in the diabetic population. These are strong indicators that efforts are needed to improve the renal outcome of patients with diabetic nephropathy.