Evolution of decision-making and learning under fluctuating social environments

The capacity to learn to associate sensory perceptions with appropriate motor actions underlies the success of many animal species, from insects to humans. The evolutionary significance of learning has long been a subject of interest for evolutionary biologists who emphasize the bene¬fit yielded by learning under changing environmental conditions, where it is required to flexibly switch from one behavior to another. However, two unsolved questions are particularly impor¬tant for improving our knowledge of the evolutionary advantages provided by learning, and are addressed in the present work. First, because it is possible to learn the wrong behavior when a task is too complex, the learning rules and their underlying psychological characteristics that generate truly adaptive behavior must be identified with greater precision, and must be linked to the specific ecological problems faced by each species. A framework for predicting behavior from the definition of a learning rule is developed here. Learning rules capture cognitive features such as the tendency to explore, or the ability to infer rewards associated to unchosen actions. It is shown that these features interact in a non-intuitive way to generate adaptive behavior in social interactions where individuals affect each other's fitness. Such behavioral predictions are used in an evolutionary model to demonstrate that, surprisingly, simple trial-and-error learn¬ing is not always outcompeted by more computationally demanding inference-based learning, when population members interact in pairwise social interactions. A second question in the evolution of learning is its link with and relative advantage compared to other simpler forms of phenotypic plasticity. After providing a conceptual clarification on the distinction between genetically determined vs. learned responses to environmental stimuli, a new factor in the evo¬lution of learning is proposed: environmental complexity. A simple mathematical model shows that a measure of environmental complexity, the number of possible stimuli in one's environ¬ment, is critical for the evolution of learning. In conclusion, this work opens roads for modeling interactions between evolving species and their environment in order to predict how natural se¬lection shapes animals' cognitive abilities. - La capacité d'apprendre à associer des sensations perceptives à des actions motrices appropriées est sous-jacente au succès évolutif de nombreuses espèces, depuis les insectes jusqu'aux êtres hu¬mains. L'importance évolutive de l'apprentissage est depuis longtemps un sujet d'intérêt pour les biologistes de l'évolution, et ces derniers mettent l'accent sur le bénéfice de l'apprentissage lorsque les conditions environnementales sont changeantes, car dans ce cas il est nécessaire de passer de manière flexible d'un comportement à l'autre. Cependant, deux questions non résolues sont importantes afin d'améliorer notre savoir quant aux avantages évolutifs procurés par l'apprentissage. Premièrement, puisqu'il est possible d'apprendre un comportement incorrect quand une tâche est trop complexe, les règles d'apprentissage qui permettent d'atteindre un com¬portement réellement adaptatif doivent être identifiées avec une plus grande précision, et doivent être mises en relation avec les problèmes écologiques spécifiques rencontrés par chaque espèce. Un cadre théorique ayant pour but de prédire le comportement à partir de la définition d'une règle d'apprentissage est développé ici. Il est démontré que les caractéristiques cognitives, telles que la tendance à explorer ou la capacité d'inférer les récompenses liées à des actions non ex¬périmentées, interagissent de manière non-intuitive dans les interactions sociales pour produire des comportements adaptatifs. Ces prédictions comportementales sont utilisées dans un modèle évolutif afin de démontrer que, de manière surprenante, l'apprentissage simple par essai-et-erreur n'est pas toujours battu par l'apprentissage basé sur l'inférence qui est pourtant plus exigeant en puissance de calcul, lorsque les membres d'une population interagissent socialement par pair. Une deuxième question quant à l'évolution de l'apprentissage concerne son lien et son avantage relatif vis-à-vis d'autres formes plus simples de plasticité phénotypique. Après avoir clarifié la distinction entre réponses aux stimuli génétiquement déterminées ou apprises, un nouveau fac¬teur favorisant l'évolution de l'apprentissage est proposé : la complexité environnementale. Un modèle mathématique permet de montrer qu'une mesure de la complexité environnementale - le nombre de stimuli rencontrés dans l'environnement - a un rôle fondamental pour l'évolution de l'apprentissage. En conclusion, ce travail ouvre de nombreuses perspectives quant à la mo¬délisation des interactions entre les espèces en évolution et leur environnement, dans le but de comprendre comment la sélection naturelle façonne les capacités cognitives des animaux.

Social Interaction Effects on Fertility: Intentions and Behaviors

The existing literature shows that social interactions in individuals' networks affect their reproductive attitudes and behaviors through three mechanisms: social influence, social learning, and social support. In this paper, we discuss to what extent the Theory of Planned Behavior (TPB), an individual based theorization of intentions and behavior used to model fertility, takes these social mechanisms into account. We argue that the TPB already integrates social influence and that it could easily accommodate the two other social network mechanisms. By doing so, the theory would be enriched in two respects. First, it will explain more completely how macro level changes eventually ends in micro level changes in behavioral intentions. Indeed, mechanisms of social influence may explain why changes in representations of parenthood and ideal family size can be slower than changes in socio-economic conditions and institutions. Social learning mechanisms should also be considered, since they are crucial to distinguish who adopts new behavioral beliefs and practices, when change at the macro level finally sinks in. Secondly, relationships are a capital of services that can complement institutional offering (informal child care) as well as a capital of knowledge which help individuals navigate in a complex institutional reality, providing a crucial element to explain heterogeneity in the successful realization of fertility intentions across individuals. We develop specific hypotheses concerning the effect of social interactions on fertility intentions and their realization to conclude with a critical review of the existing surveys suitable to test them and their limits.

Role of genetic and social factors in modulating the efficiency of division of labour in social insects

Summary : Division of labour is one of the most fascinating aspects of social insects. The efficient allocation of individuals to a multitude of different tasks requires a dynamic adjustment in response to the demands of a changing environment. A considerable number of theoretical models have focussed on identifying the mechanisms allowing colonies to perform efficient task allocation. The large majority of these models are built on the observation that individuals in a colony vary in their propensity (response threshold) to perform different tasks. Since individuals with a low threshold for a given task stimulus are more likely to perform that task than individuals with a high threshold, infra-colony variation in individual thresholds results in colony division of labour. These theoretical models suggest that variation in individual thresholds is affected by the within-colony genetic diversity. However, the models have not considered the genetic architecture underlying the individual response thresholds. This is important because a better understanding of division of labour requires determining how genotypic variation relates to differences in infra-colony response threshold distributions. In this thesis, we investigated the combined influence on task allocation efficiency of both, the within-colony genetic variability (stemming from variation in the number of matings by queens) and the number of genes underlying the response thresholds. We used an agent-based simulator to model a situation where workers in a colony had to perform either a regulatory task (where the amount of a given food item in the colony had to be maintained within predefined bounds) or a foraging task (where the quantity of a second type of food item collected had to be the highest possible). The performance of colonies was a function of workers being able to perform both tasks efficiently. To study the effect of within-colony genetic diversity, we compared the performance of colonies with queens mated with varying number of males. On the other hand, the influence of genetic architecture was investigated by varying the number of loci underlying the response threshold of the foraging and regulatory tasks. Artificial evolution was used to evolve the allelic values underlying the tasks thresholds. The results revealed that multiple matings always translated into higher colony performance, whatever the number of loci encoding the thresholds of the regulatory and foraging tasks. However, the beneficial effect of additional matings was particularly important when the genetic architecture of queens comprised one or few genes for the foraging task's threshold. By contrast, higher number of genes encoding the foraging task reduced colony performance with the detrimental effect being stronger when queens had mated with several males. Finally, the number of genes determining the threshold for the regulatory task only had a minor but incremental effect on colony performance. Overall, our numerical experiments indicate the importance of considering the effects of queen mating frequency, genetic architecture underlying task thresholds and the type of task performed when investigating the factors regulating the efficiency of division of labour in social insects. In this thesis we also investigate the task allocation efficiency of response threshold models and compare them with neural networks. While response threshold models are widely used amongst theoretical biologists interested in division of labour in social insects, our simulation reveals that they perform poorly compared to a neural network model. A major shortcoming of response thresholds is that they fail at one of the most crucial requirement of division of labour, the ability of individuals in a colony to efficiently switch between tasks under varying environmental conditions. Moreover, the intrinsic properties of the threshold models are that they lead to a large proportion of idle workers. Our results highlight these limitations of the response threshold models and provide an adequate substitute. Altogether, the experiments presented in this thesis provide novel contributions to the understanding of how division of labour in social insects is influenced by queen mating frequency and genetic architecture underlying worker task thresholds. Moreover, the thesis also provides a novel model of the mechanisms underlying worker task allocation that maybe more generally applicable than the widely used response threshold models. Resumé : La répartition du travail est l'un des aspects les plus fascinants des insectes vivant en société. Une allocation efficace de la multitude de différentes tâches entre individus demande un ajustement dynamique afin de répondre aux exigences d'un environnement en constant changement. Un nombre considérable de modèles théoriques se sont attachés à identifier les mécanismes permettant aux colonies d'effectuer une allocation efficace des tâches. La grande majorité des ces modèles sont basés sur le constat que les individus d'une même colonie diffèrent dans leur propension (inclination à répondre) à effectuer différentes tâches. Etant donné que les individus possédant un faible seuil de réponse à un stimulus associé à une tâche donnée sont plus disposés à effectuer cette dernière que les individus possédant un seuil élevé, les différences de seuils parmi les individus vivant au sein d'une même colonie mènent à une certaine répartition du travail. Ces modèles théoriques suggèrent que la variation des seuils des individus est affectée par la diversité génétique propre à la colonie. Cependant, ces modèles ne considèrent pas la structure génétique qui est à la base des seuils de réponse individuels. Ceci est très important car une meilleure compréhension de la répartition du travail requière de déterminer de quelle manière les variations génotypiques sont associées aux différentes distributions de seuils de réponse à l'intérieur d'une même colonie. Dans le cadre de cette thèse, nous étudions l'influence combinée de la variabilité génétique d'une colonie (qui prend son origine dans la variation du nombre d'accouplements des reines) avec le nombre de gènes supportant les seuils de réponse, vis-à-vis de la performance de l'allocation des tâches. Nous avons utilisé un simulateur basé sur des agents pour modéliser une situation où les travailleurs d'une colonie devaient accomplir une tâche de régulation (1a quantité d'une nourriture donnée doit être maintenue à l'intérieur d'un certain intervalle) ou une tâche de recherche de nourriture (la quantité d'une certaine nourriture doit être accumulée autant que possible). Dans ce contexte, 'efficacité des colonies tient en partie des travailleurs qui sont capable d'effectuer les deux tâches de manière efficace. Pour étudier l'effet de la diversité génétique d'une colonie, nous comparons l'efficacité des colonies possédant des reines qui s'accouplent avec un nombre variant de mâles. D'autre part, l'influence de la structure génétique a été étudiée en variant le nombre de loci à la base du seuil de réponse des deux tâches de régulation et de recherche de nourriture. Une évolution artificielle a été réalisée pour évoluer les valeurs alléliques qui sont à l'origine de ces seuils de réponse. Les résultats ont révélé que de nombreux accouplements se traduisaient toujours en une plus grande performance de la colonie, quelque soit le nombre de loci encodant les seuils des tâches de régulation et de recherche de nourriture. Cependant, les effets bénéfiques d'accouplements additionnels ont été particulièrement important lorsque la structure génétique des reines comprenait un ou quelques gènes pour le seuil de réponse pour la tâche de recherche de nourriture. D'autre part, un nombre plus élevé de gènes encodant la tâche de recherche de nourriture a diminué la performance de la colonie avec un effet nuisible d'autant plus fort lorsque les reines s'accouplent avec plusieurs mâles. Finalement, le nombre de gènes déterminant le seuil pour la tâche de régulation eu seulement un effet mineur mais incrémental sur la performance de la colonie. Pour conclure, nos expériences numériques révèlent l'importance de considérer les effets associés à la fréquence d'accouplement des reines, à la structure génétique qui est à l'origine des seuils de réponse pour les tâches ainsi qu'au type de tâche effectué au moment d'étudier les facteurs qui régulent l'efficacité de la répartition du travail chez les insectes vivant en communauté. Dans cette thèse, nous étudions l'efficacité de l'allocation des tâches des modèles prenant en compte des seuils de réponses, et les comparons à des réseaux de neurones. Alors que les modèles basés sur des seuils de réponse sont couramment utilisés parmi les biologistes intéressés par la répartition des tâches chez les insectes vivant en société, notre simulation montre qu'ils se révèlent peu efficace comparé à un modèle faisant usage de réseaux de neurones. Un point faible majeur des seuils de réponse est qu'ils échouent sur un point crucial nécessaire à la répartition des tâches, la capacité des individus d'une colonie à commuter efficacement entre des tâches soumises à des conditions environnementales changeantes. De plus, les propriétés intrinsèques des modèles basés sur l'utilisation de seuils conduisent à de larges populations de travailleurs inactifs. Nos résultats mettent en évidence les limites de ces modèles basés sur l'utilisation de seuils et fournissent un substitut adéquat. Ensemble, les expériences présentées dans cette thèse fournissent de nouvelles contributions pour comprendre comment la répartition du travail chez les insectes vivant en société est influencée par la fréquence d'accouplements des reines ainsi que par la structure génétique qui est à l'origine, pour un travailleur, du seuil de réponse pour une tâche. De plus, cette thèse fournit également un nouveau modèle décrivant les mécanismes qui sont à l'origine de l'allocation des tâches entre travailleurs, mécanismes qui peuvent être appliqué de manière plus générale que ceux couramment utilisés et basés sur des seuils de réponse.

Médecine sociale en 2013 : quand la précarité précède la pauvreté [Social medicine : does it still make sense in 2013?]

Social medicine is a medicine that seeks to understand the impact of socio-economic conditions on human health and diseases in order to improve the health of a society and its individuals. In this field of medicine, determining the socio-economic status of individuals is generally not sufficient to explain and/or understand the underlying mechanisms leading to social inequalities in health. Other factors must be considered such as environmental, psychosocial, behavioral and biological factors that, together, can lead to more or less permanent damages to the health of the individuals in a society. In a time where considerable progresses have been made in the field of the biomedicine, does the practice of social medicine in a primary care setting still make sense? La médecine sociale est une médecine qui cherche à comprendre l'impact des conditions socio-économiques sur la santé humaine et les maladies, dans la perspective d'améliorer l'état de santé d'une société et de ses individus. Dans ce domaine, la détermination du statut socio-économique des individus ne suffit généralement pas à elle seule pour expliquer et comprendre les mécanismes qui sous-tendent les inégalités sociales de santé. D'autres facteurs doivent être pris en considération, tels que les facteurs environnementaux, psychosociaux, comportementaux et biologiques, facteurs qui peuvent conduire de manière synergique à des atteintes plus ou moins durables de l'état de santé des individus d'une société. A une époque où les connaissances, les compétences et les moyens à disposition en biomédecine ont fait des progrès considérables, la pratique de la médecine sociale en cabinet a-t-elle encore sa place en 2013?

Social structure varies with elevation in an Alpine ant.

Insect societies vary greatly in social organization, yet the relative roles of ecological and genetic factors in driving this variation remain poorly understood. Identifying how social structure varies along environmental gradients can provide insights into the ecological conditions favouring alternative social organizations. Here, we investigate how queen number variation is distributed along elevation gradients within a socially polymorphic ant, the Alpine silver ant Formica selysi. We sampled low- and high-elevation populations in multiple Alpine valleys. We show that populations belonging to different drainage basins are genetically differentiated. In contrast, there is little genetic divergence between low- and high-elevation populations within the same drainage basin. Thus, elevation gradients in each of the drainage basins represent independent contrasts. Whatever the elevation, all well-sampled populations are socially polymorphic, containing both monogynous (= one queen) and polygynous (= multiple queen) colonies. However, the proportion of monogynous colonies per population increases at higher elevation, while the effective number of queens in polygynous colonies decreases, and this pattern is replicated in each drainage basin. The increased prevalence of colonies with a single queen at high elevation is correlated with summer and winter average temperature, but not with precipitation. The colder, unpredictable and patchy environment encountered at higher elevations may favour larger queens with the ability to disperse and establish incipient monogynous colonies independently, while the stable and continuous habitat in the lowlands may favour large, fast-growing polygynous colonies. By highlighting differences in the environmental conditions favouring monogynous or polygynous colonies, this study sheds light on the ecological factors influencing the distribution and maintenance of social polymorphism.

The ghost of social environments past: dominance relationships include current interactions and experience carried over from previous groups.

Dominance hierarchies pervade animal societies. Within a static social environment, in which group size and composition are unchanged, an individual's hierarchy rank results from intrinsic (e.g. body size) and extrinsic (e.g. previous experiences) factors. Little is known, however, about how dominance relationships are formed and maintained when group size and composition are dynamic. Using a fusion-fission protocol, we fused groups of previously isolated shore crabs (Carcinus maenas) into larger groups, and then restored groups to their original size and composition. Pre-fusion hierarchies formed independently of individuals' sizes, and were maintained within a static group via winner/loser effects. Post-fusion hierarchies differed from pre-fusion ones; losing fights during fusion led to a decline in an individual's rank between pre- and post-fusion conditions, while spending time being aggressive during fusion led to an improvement in rank. In post-fusion tanks, larger individuals achieved better ranks than smaller individuals. In conclusion, dominance hierarchies in crabs represent a complex combination of intrinsic and extrinsic factors, in which experiences from previous groups can carry over to affect current competitive interactions.

A multilevel approach to understanding circadian rhythmicity : social and sleep-dependent effects in ants and mice

Résumé françaisLa majorité des organismes vivants sont soumis à l'alternance du jour et de la nuit, conséquence de la rotation de la terre autour de son axe. Ils ont développé un système interne de mesure du temps, appelé horloge circadienne, leur permettant de s'adapter et de synchroniser leur comportement et leur physiologie aux cycles de lumière. Cette dernière est considérée comme étant le signal majeur entraînant l'horloge interne et. par conséquent, les rythmes journaliers d'éveil et de sommeil. Outre sa régulation circadienne, le sommeil est contrôlé par un processus homéostatique qui détermine son besoin. La contribution de ces deux processus dans le fonctionnement cellulaire du cerveau n'a pas encore été investiguée. La mesure de l'amplitude ainsi que de la prévalence des ondes delta de l'EEG (activité delta) constitue un index très fiable du besoin de sommeil. Il a été démontré que cette activité est génétiquement déterminée et associée à un locus de trait quantitatif situé sur le chromosome 13 de la souris.Grâce à des expériences de privation de sommeil et d'analyses de transcriptome du cerveau dans trois souches de souris présentant diverses réponses à la privation de sommeil, nous avons trouvé que Homerla, localisé dans la région d'intérêt du chromosome 13, est le meilleur marqueur du besoin de sommeil. Homerla est impliqué dans la récupération de l'hyperactivité neuronale induite par le glutamate, grâce à son effet tampon sur le calcium intracellulaire. Une fonction fondamentale du sommeil pourrait donc être de protéger le cerveau et de lui permettre de récupérer après une hyperactivité neuronale imposée par une veille prolongée.De plus, nous avons montré que 2032 transcrits sont exprimés rythmiqueraent dans le cerveau de la souris, parmi lesquels seulement 391 le restent après que les animaux aient été privés de sommeil à différents moments au cours des 24 heures. Cette observation montre clairement que la plupart des changements rythmiques au niveau du transcriptome dépendent du sommeil et non de l'horloge circadienne et souligne ainsi l'importance du sommeil dans la physiologie des mammifères.La plupart des expériences concernant les rythmes circadiens ont été réalisées sur des individus isolés en négligeant l'effet du contexte social sur les comportements circadiens. Les espèces sociales, telles que les fourmis, se caractérisent par une division du travail où une répartition des tâches s'effectue entre ses membres. De plus, certaines d'entre elles doivent être pratiquées en continu comme les soins au couvain tandis que d'autres requièrent une activité rythmique comme le fourragement. Ainsi la fourmi est un excellent modèle pour l'étude de 1 influence du contexte social sur les rythmes circadiens.A ces fins, nous avons décidé d'étudier les rythmes circadiens chez une espèce de fourmi Camponotus fellah et de caractériser au niveau moléculaire son horloge circadienne. Nous avons ainsi développé un système vidéo permettant de suivre l'activité locomotrice de tous les individus d'une colonie. Nos résultats montrent que, bien que la plupart des fourmis soient arythmiques à l'intérieur de la colonie, elles développent d'amples rythmes d'activité en isolation. De plus, ces rythmes disparaissent presque aussitôt que la fourmi est réintroduite dans la colonie. Cette rythmicité observée en isolation semble être générée par l'horloge circadienne car elle persiste en condition constante (obscurité totale). Nous avons ensuite regardé si cette apparente arythmie observée dans la colonie résultait d'un effet masquant des interactions sociales sur les rythmes circadiens d'activité. Nos résultats suggèrent que l'horloge interne est fonctionnelle dans la colonie mais que l'expression de ses rythmes au niveau comportemental est inhibée par les interactions sociales. Les analyses moléculaires du statut de l'horloge dans différents contextes sociaux sont actuellement en cours. Le contexte social semble donc un déterminant majeur du comportement circadien chez la fourmi.AbstractAlmost all living organisms on earth are subjected to the alternance of day and night re-sulting from the rotation of the earth around its axis. They have evolved with an internal timing system, termed the circadian clock, enabling them to adapt and synchronize their behavior and physiology to the daily changes in light and related environmental parame¬ters. Light is thought to be the major cue entraining the circadian clock and consequently the rhythms of rest/activity. In addition to its circadian dependent timing, sleep is reg¬ulated by a homeostatic process that determines its need. The contribution of these two processes in the cellular functioning of the brain has not yet been considered. A highly reliable index of the homeostatic process of sleep is the measure of the amplitude and prevalence of the EEG delta waves (delta activity). It has been shown that sleep need, measured by delta activity, is genetically determined and associated with a Quantitative Trait Locus (QTL) located on the mouse chromosome 13. By using sleep deprivation and brain transcriptome profiling in three inbred mouse strains showing different responses to sleep loss, we found that Homerla, localized within this QTL region is the best transcrip¬tional marker of sleep need. Interestingly Homerla is primarily involved in the recovery from glutamate-induced neuronal hyperactivity by its buffering effect on intracellular cal¬cium. A fundamental function of sleep may therefore reside in the protection and recovery of the brain from a neuronal hyperactivity imposed by prolonged wakefulness.Moreover, time course gene expression experiments showed that 2032 brain tran¬scripts present a rhythmic variation, but only 391 of those remain rhythmic when mice are sleep deprived at four time points around the clock. This finding clearly suggests that most changes in gene transcription over the day are sleep-wake dependent rather than clock dependent and underlines the importance of sleep in mammalian physiology.In the second part of this PhD, I was interested in the social influence on circadian behavior. Most experiments done in the circadian field have been performed on isolated individuals and have therefore ignored the effect of the social context on circadian behav-ior. Eusocial insect species such as ants are characterized by a division of labor: colony tasks are distributed among individuals, some of them requiring continuous activity such as nursing or rhythmic ones such as foraging. Thus ants represent a suitable model to study the influence of the social context on the circadian clock and its output rhythms.The aim of this part was to address the effect of social context on circadian rhythms in the ant species Camponotus fellah and to characterize its circadian clock at the molecu¬lar level. We therefore developed a video tracking system to follow the locomotor activity of all individuals in a colony. Our results show that most ants are arrhythmic within the colony, but develop, when subjected to social isolation, strong rhythms of activity that intriguingly disappear when individuals are reintroduced into the colony. The rhythmicity observed in isolated ants seems to be driven by the circadian clock as it persists under constant conditions (complete darkness). We then tested whether the apparent arrhyth- micity in the colony stemmed from a masking effect of social interactions on circadian rhythms. Indeed, we found that circadian clocks of ants in the colony are functional but their expression at the behavioral level is inhibited by social interactions. The molecular assessment of the circadian clock functional state in the different social context is still under investigation. Our results suggest that social context is a major determinant of circadian behavior in ants.

Effects of brood manipulation costs on optimal sex allocation in social hymenoptera.

In eusocial Hymenoptera, queens and workers are in conflict over optimal sex allocation. Sex ratio theory, while generating predictions on the extent of this conflict under a wide range of conditions, has largely neglected the fact that worker control of investment almost certainly requires the manipulation of brood sex ratio. This manipulation is likely to incur costs, for example, if workers eliminate male larvae or rear more females as sexuals rather than workers. In this article, we present a model of sex ratio evolution under worker control that incorporates costs of brood manipulation. We assume cost to be a continuous, increasing function of the magnitude of sex ratio manipulation. We demonstrate that costs counterselect sex ratio biasing, which leads to less female-biased population sex ratios than expected on the basis of relatedness asymmetry. Furthermore, differently shaped cost functions lead to different equilibria of manipulation at the colony level. While linear and accelerating cost functions generate monomorphic equilibria, decelerating costs lead to a process of evolutionary branching and hence split sex ratios.

Social evolution and defences against pathogens in ants

Pathogens represent a threat to all organisms, which generates a coevolutionary arms race. Social insects provide an interesting system to study host-pathogen interactions, because their defences depend on both the individual and collective responses, and involve genetic, physiological, behavioral and organizational mechanisms. In this thesis, I studied the evolutionary ecology of the resistance of ant queens and workers to natural fungal pathogens. Mechanisms that increase within-colony genetic diversity, like polyandry and polygyny, decrease relatedness among colony mates, which reduces the strength of selection for the evolution and maintenance of altruistic behavior. A leading hypothesis posits that intracolonial genetic diversity is adaptive because it reduces the risk of pathogen transmission. In chapter 1, I examine individual resistance in ant workers of Formica selysi, a species that shows natural variation in colony queen number. I discuss how this variation might be beneficial to resist natural fungal pathogens in groups. Overall my results indicate that there is genetic variation for fungal resistance in workers, a requirement for the 'genetic diversity for pathogen resistance' hypothesis. However I was not able to detect direct evidence that group diversity improves the survival of focal ants or reduces pathogen transmission. Thus, although the coexistence of multiple queens increases the within-colony variance in worker resistance, it remains unclear whether it protects ant colonies from pathogens and whether it is comparable to polyandry in other social insects. Traditionally, it was thought that the immune system of invertebrates lacked memory and specificity. In chapter 2, I investigate individual immunity in ant queens and show that they may be able to adjust their pathogen defences in response to their current environment by means of immune priming, which bears similarities with the adaptive immunity of vertebrates. However, my results indicate that the expression of immune priming in ant queens may be influenced by factors like mating status, mating conditions or host species. In addition, I showed that mating increases pathogen resistance in çhe two ant species that I studied (F. selysi and Lasius niger). This raises the question of how ant queens invest heavily in both maintenance and reproduction, which I discuss in the context of the evolution of social organization. In chapter 3,1 investigate if transgenerational priming against a fungal pathogen protects the queen progeny. I failed to detect this effect, and discuss why the detection of transgenerational immune priming in ants is a difficult task. Overall, this thesis illustrates some of the individual and collective mechanisms that likely played a role in allowing ants to become one of the most diverse and ecologically successful groups of organisms. -- Les pathogènes représentent une menace pour tous les organismes, ce qui a engendré l'évolution d'une course aux armements. Les insectes sociaux sont un système intéressant permettant d'étudier les interactions hôtes-pathogènes, car leurs défenses dépendent de réponses aussi bien individuelles que collectives, et impliquent des mécanismes génétiques, physiologiques, comportementaux et organisationnels. Dans cette thèse, j'ai étudié l'écologie évolutive de la résistance des reines et des ouvrières de fourmis exposées à des champignons pathogènes. Les facteurs augmentant la diversité génétique à l'intérieur de la colonie, comme la polyandrie et la polygynie, diminuent la parenté, ce qui réduit la pression de sélection pour l'évolution et la maintenance des comportements altruistes. Une hypothèse dominante stipule que la diversité génétique à l'intérieur de la colonie est adaptative car elle réduit le risque de transmission des pathogènes. Dans le chapitre 1, nous examinons la résistance individuelle à des pathogènes fongiques chez les ouvrières de Formica selysi, une espèce présentant une variation naturelle dans le nombre de reines par colonie. Nous discutons aussi de la possibilité que ces variations individuelles augmentent la capacité du groupe à résister à des champignons pathogènes. Dans l'ensemble, nos résultats indiquent une variation génétique dans la résistance aux champignons chez les ouvrières, un prérequis à l'hypothèse que la diversité génétique du groupe augmente la résistance aux pathogènes. Cependant, nous n'avons pas pu détecter une preuve directe que la diversité du groupe augmente la survie de fourmis focales ou réduise la transmission des pathogènes. Ainsi, bien que la coexistence de plusieurs reines augmente la variance dans la résistance des ouvrières à l'intérieur de la colonie, la question de savoir si cela protège les colonies de fourmis contre les pathogènes et si cela est comparable à la polyandrie chez d'autres insectes sociaux reste ouverte. Traditionnellement, il était admis que le système immunitaire des invertébrés ne possédait pas de mémoire et était non-spécifique. Dans le chapitre 2, nous avons étudié l'immunité individuelle chez des reines de fourmis. Nous avons montré que les reines pourraient être capables d'ajuster leurs défenses contre les pathogènes en réponse à leur environnement, grâce à une pré-activation du système immunitaire (« immune priming ») ressemblant à l'immunité adaptative des vertébrés. Cependant, nos résultats indiquent que cette pré-activation du système immunitaire chez les reines dépend du fait d'être accouplée ou non, des conditions d'accouplement, ou de l'espèce. De plus, nous avons montré que l'accouplement augmente la résistance aux pathogènes chez les deux espèces que nous avons étudié (F. selysi et Lasius niger). Ceci pose la question de la capacité des reines à investir fortement aussi bien dans la maintenance que dans la reproduction, ce que nous discutons dans le contexte de l'évolution de l'organisation sociale. Dans le chapitre 3, nous étudions si la pré-activation trans-générationelle du système immunitaire [« trans-generational immune priming ») protège la progéniture de la reine contre un champignon pathogène. Nous n'avons par réussi à détecter cet effet, et discutons des raisons pour lesquelles la détection de la pré-activation trans-générationelle du système immunitaire chez les fourmis est une tâche difficile. Dans l'ensemble, cette thèse illustre quelques-uns des mécanismes individuels et collectifs qui ont probablement contribué à la diversité et à l'important succès écologique des fourmis.

La recherche biomédicale en Suisse : espace social, discours et pratiques

Cette étude porte sur la recherche biomédicale en Suisse dans une perspective interprétative. Elle s'intéresse à l'usage que font les acteurs scientifiques et institutionnels de la catégorie «biomédical», à la signification qu'ils en donnent et aux processus de structuration de la recherche biomédicale autour de ces enjeux de catégorisation. Nous avons formulé l'hypothèse que le «biomédical» pouvait être considéré comme un label, à savoir une stratégie discursive de positionnement des acteurs, ou pouvait constituer un champ, à savoir un espace social de recherche fortement structuré. Pour pouvoir vérifier la validité de ces hypothèses, trois perspectives analytiques ont été retenues: topographie, discours et pratiques. Dans un premier temps, nous avons établi une topographie de la recherche biomédicale en repérant les acteurs (et leur appartenance disciplinaire) et les institutions qui s'associent au terme «biomédical», que ce soit pour décrire des institutions ou des projets de recherche. Les résultats de cette analyse offrent une première approximation d'un espace de la recherche en donnant une image d'un domaine peu unifié. Ainsi, l'usage de la catégorie «biomédical» dans les projets des chercheurs n'est pas le fait des seuls médecins et biologistes, mais également de représentants d'autres disciplines. La physique, la chimie et les sciences de l'ingénieur occupent ainsi également une place très importante dans cet espace de recherche. Puis, dans une perspective discursive, nous avons analysé le «biomédical» non seulement comme un label, mais également comme un objet-frontière permettant d'articuler différentes significations, de produire du sens là où des univers de recherche pourraient s'opposer, ou à coordonner des politiques qui ne l'étaient pas. L'analyse des différentes définitions du «biomédical» nous a confirmé l'existence d'un espace social marqué par une grande diversité disciplinaire, toutefois articulé autour d'un coeur médical et, plus particulièrement, d'une application médicale (potentielle ou actuelle). De plus, il ne semble pas y avoir de profondes luttes pour l'établissement de limites claires au «biomédical». Finalement, nous avons étudié les différentes activités de la production des savoirs (carrières, financement, collaboration, publication, etc.). Cette analyse a permis de comprendre que la diversité des définitions et des significations que les acteurs attribuent à la catégorie «biomédical» a aussi un ancrage dans la matérialité des réseaux sociotechniques dans lesquels les chercheurs s'inscrivent. Ces éléments confirment l'idée d'une fragmentation et d'une hétérogénéité de l'espace de la recherche biomédicale. En dépit de cette fragmentation, nous avons également montré que différentes mesures et instruments d'action publique visant à organiser et réguler les pratiques des chercheurs sont mis en oeuvre. Néanmoins et paradoxalement, la recherche biomédicale ne constitue pas pour autant un objet de politique scientifique abordé par les autorités politiques, en tous les cas pas sous l'angle de la catégorie «biomédical». Ces différents niveaux d'analyse ont permis d'arriver à la conclusion que la catégorie «biomédical» n'est pas suffisamment institutionnalisée et que le degré d'interaction entre l'ensemble des chercheurs qui en font usage est trop faible pour que l'on puisse considérer le «biomédical» comme un espace social fortement organisé et structuré, à savoir un champ de la recherche biomédicale. Cela est principalement lié au fait que les acteurs ne partagent pas les mêmes définitions de ce qu'est (ou devrait être) le «biomédical», que leurs pratiques de recherche s'inscrivent dans des univers relativement séparés, et que cette diversité ne donne pas lieu à de fortes luttes pour l'imposition d'une définition légitime ou de normes d'excellence scientifiques dominantes. Par contre, les analyses ont permis de confirmer la validité du «biomédical» comme label, puisque les acteurs se servent de cette catégorie pour valoriser leurs pratiques de recherche et se positionner, même si d'autres notions ont émergé ces dernières années («translationnel», «biotech», «medtech», médecine personnalisée, etc.). On peut, in fine, considérer le «biomédical» comme un probable langage commun («objet-frontière») reposant tant sur la scientificisation du médical que sur la médicalisation des sciences («de base» et «techniques »), visant à améliorer les conditions de possibilité d'un dialogue fructueux entre chercheurs fondamentaux et cliniciens.

Health risk behaviors in adolescents with chronic conditions

OBJECTIVE: The objective of this study was to compare the frequency of risk behaviors and to measure the extent of co-occurrence of these behaviors in chronically ill and healthy adolescents. METHODS: Data were drawn from the 2002 Swiss Multicenter Adolescent Survey on Health database, a nationally representative survey of 7548 adolescents in postmandatory school aged 16 to 20 years. There were 760 subjects who reported a chronic illness and/or a disability. The comparison group consisted of 6493 subjects who answered negatively to both questions. We defined 8 risk behaviors: daily smoking, alcohol misuse, current cannabis use, current use of any other illegal drug, early sexual debut, eating disorder, violent acts, and antisocial acts. We analyzed each behavior and the sum of behaviors, controlling for age, gender, academic track, parents' education level, depression, and health status. Results are given as adjusted odds ratios using the comparison group as the reference category. RESULTS: Youth with a chronic condition were more likely to smoke daily, to be current cannabis users, and to have performed violent or antisocial acts. Youth with a chronic condition were also more likely to report 3 or >or=4 risk behaviors. CONCLUSIONS: These results indicate that having a chronic condition carries additional risks for engaging in health risk behaviors and emphasize the importance of health risk screening and preventive counseling for young people in general and among those suffering from chronic conditions in particular.

The genetical theory of social behaviour.

We survey the population genetic basis of social evolution, using a logically consistent set of arguments to cover a wide range of biological scenarios. We start by reconsidering Hamilton's (Hamilton 1964 J. Theoret. Biol. 7, 1-16 (doi:10.1016/0022-5193(64)90038-4)) results for selection on a social trait under the assumptions of additive gene action, weak selection and constant environment and demography. This yields a prediction for the direction of allele frequency change in terms of phenotypic costs and benefits and genealogical concepts of relatedness, which holds for any frequency of the trait in the population, and provides the foundation for further developments and extensions. We then allow for any type of gene interaction within and between individuals, strong selection and fluctuating environments and demography, which may depend on the evolving trait itself. We reach three conclusions pertaining to selection on social behaviours under broad conditions. (i) Selection can be understood by focusing on a one-generation change in mean allele frequency, a computation which underpins the utility of reproductive value weights; (ii) in large populations under the assumptions of additive gene action and weak selection, this change is of constant sign for any allele frequency and is predicted by a phenotypic selection gradient; (iii) under the assumptions of trait substitution sequences, such phenotypic selection gradients suffice to characterize long-term multi-dimensional stochastic evolution, with almost no knowledge about the genetic details underlying the coevolving traits. Having such simple results about the effect of selection regardless of population structure and type of social interactions can help to delineate the common features of distinct biological processes. Finally, we clarify some persistent divergences within social evolution theory, with respect to exactness, synergies, maximization, dynamic sufficiency and the role of genetic arguments.

Polymorphic social organization in an ant.

Identifying species exhibiting variation in social organization is an important step towards explaining the genetic and environmental factors underlying social evolution. In most studied populations of the ant Leptothorax acervorum, reproduction is shared among queens in multiple queen colonies (polygyny). By contrast, reports from other populations, but based on weaker evidence, suggest a single queen may monopolize all reproduction in multiple queen colonies (functional monogyny). Here we identify a marked polymorphism in social organization in this species, by conclusively showing that functional monogyny is exhibited in a Spanish population, showing that the social organization is stable and not purely a consequence of daughter queens overwintering, that daughter queen re-adoption is frequent and queen turnover is low. Importantly, we show that polygynous and functionally monogynous populations are not genetically distinct from one another based on mtDNA and nDNA. This suggests a recent evolutionary divergence between social phenotypes. Finally, when functionally monogynous and polygynous colonies were kept under identical laboratory conditions, social organization did not change, suggesting a genetic basis for the polymorphism. We discuss the implications of these findings to the study of reproductive skew.

Are adolescents with chronic conditions particularly at risk for bullying?

OBJECTIVE: To compare the prevalence and intensity of victimization from bullying, and the characteristics of the victims of bullying, comparing adolescents with and without chronic conditions. DESIGN: School survey. SETTING: Post-mandatory schools. PARTICIPANTS: A total of 7005 students (48% females) aged 16-20 years, distributed into adolescents with chronic conditions (728, 50% females) and controls (6277, 48% females). Chronic condition was defined as having a chronic disease and/or a physical disability.OUTCOME MEASURES: Prevalence of bullying; intensity of bullying; and socio-demographic, bio-psychosocial, familial, school, and violence context characteristics of the victims of bullying. RESULTS: The prevalence of bullying in our sample was 13.85%. Adolescents with chronic conditions were more likely to be victims of bullying (Adjusted Odds Ratio [AOR] 1.53), and to be victims of two or three forms of bullying (AOR 1.92). Victims of bullying with chronic conditions were more likely than non-victims to be depressed (Relative Risk Ratio [RRR] 1.57), to have more physical symptoms (RRR 1.61), to have a poorer relationship with their parents (RRR 1.33), to have a poorer school climate (RRR 1.60), and to have been victims of sexual abuse (RRR 1.79) or other forms of violence (RRR 1.80). Although these characteristics apply to victims in general, in most cases they are less pronounced among victims without chronic conditions. CONCLUSIONS: Chronic conditions seem to be a risk factor for victimization from bullying. Therefore, as adolescents with chronic conditions are increasingly mainstreamed, schools should be encouraged to undertake preventive measures to avoid victimization of such adolescents.