Advanced mapping of environmental data: Geostatistics, Machine Learning and Bayesian Maximum Entropy

This book combines geostatistics and global mapping systems to present an up-to-the-minute study of environmental data. Featuring numerous case studies, the reference covers model dependent (geostatistics) and data driven (machine learning algorithms) analysis techniques such as risk mapping, conditional stochastic simulations, descriptions of spatial uncertainty and variability, artificial neural networks (ANN) for spatial data, Bayesian maximum entropy (BME), and more.

Dibenzofuran degradation by Sphingomonas wittichii RW1 under environmental stresses

Sphingomonas wittichii is a gram-negative Alpha-proteobacterium, capable of degrading xenobiotic compounds such as dibenzofuran (DBF), dibenzo-p-dioxin, carbazole, 2-hydroxybiphenyl or nitro diphenyl ether herbicides. The metabolism of strain RW1 has been the subject of previous studies and a number of genes involved in DBF degradation have been characterized. It is known that RW1 posseses a unique initial DBF dioxygenase (encoded by the dxnAl gene) that catalyzes the first step in the degradation pathway. None of the organisms known to be able to degrade DBF have a similar dioxygenase, the closest match being the DBF dioxygenase from Rhodococcus sp. with an overall amino acid similarity of 45%. Genes participating in the conversion of the metabolite salicylate via the ortho-cleavage pathway to TCA cycle intermediates were identified as well. Apart from this scarce information, however, there is a lack of global knowledge on the genes that are involved in DBF degradation by strain RW1 and the influence of environmental stresses on DBF-dependent global gene expression. A global analysis is necessary, because it may help to better understand the behaviour of the strain under field conditions and suggest improvements for the current bioaugmentation practice. Chapter 2 describes the results of whole-genome analysis to characterize the genes involved in DBF degradation by RW1. Micro-array analysis allowed us to detect differences in gene transcription when strain RW1 was exposed to DBF. This was complemented by ultra-high throughput sequencing of mutants no longer capable of growing on salicylate and DBF. Some of the genes of the ortho-cleavage pathway were induced 2 to 4 times in the presence of DBF, as well as the initial DBF dioxygenase. However two gene clusters, named 4925 and 5102 were induced up to 19 times in response to DBF induction. The cluster 4925 is putatively participating in a meta-cleavage pathway while the cluster 5102 might be part of a gentisate pathway. The three pathways, ortho-cleavage, meta-cleavage and gentisate pathway seem to be active in parallel when strain RW1 is exposed to DBF, presenting evidence for a redundancy of genes for DBF degradation in the genome of RW1. Chapter 3 focuses on exploiting genetic tools to construct bioreporters representative for DBF degradation in RW1. A set of basic tools for genetic manipulation in Sphingomonas wittichii RW1 was tested and optimized. Both plasmids and mini-transposons were evaluated for their ability to be maintained in RW1 with or without antibiotic selection pressure, and for their ability to lead to fluorescent protein expression in strain RW1 from a constitutive promoter. Putative promoter regions of three of the previously found DBF-induced genes (Swit_4925, Swit_5102 and Swit_4897-dxnAl) were then used to construct eg/^-bioreporters in RW1. Chapter 4 describes the use of the constructed RW1-based bioreporter strains for examining the expression of the DBF degradation pathway genes under microcosm conditions. The bioreporter strains were first exposed to different carbon sources in liquid culture to calibrate the egfp induction. Contrary to our expectations from micro-array analysis only the construct with the promoter from gene cluster 4925 responded to DBF, whereas the other two constructs did not show specific induction with DBF. The response from the bioreporters was subsequently tested for sensitivity to water stress, given that this could have an important impact in soils. Exposure to liquid cultures with decreasing water potential, achieved by NaCl or PEG addition to the growth media, showed that eGFP expression in RW1 from the promoter regions 4925 and 5102 was not directly influenced by water stress, but only through an overall reduction in growth rate. In contrast, expression of eGFP from the dxnAl or an uspA promoter was also directly dependent on the extent of water stress. The RW1 with the 4925 construct was subsequently used in soil microcosms to evaluate DBF bioavailability to the cells in presence or absence of native microbiota or other contaminated material. We found that RW1 could grow on DBF added to soil, but bioreporter expression suggested that competition with native microbiota for DBF intermediates may limit its ability to proliferate to a maximum. Chapter 5 describes the results from the experiments carried out to more specifically detect genes of RW1 that might be implicated in water stress resistance. Hereto we created transposon mutagenesis libraries in RW1, either with a classical mini-Tn5 or with a variant that would express egfp when the transposon would insert in a gene induced under water stress. Classical mutant libraries were screened by replica plating under high and low water stress conditions (achieved by adding NaCl to the agar medium). In addition, we screened for smaller microcolonies formed by mutants in agarose beads that could be analized with flow cytometry. A number of mutants impaired to grow on NaCl-supplemented media were recovered and the transposon insertion sites sequenced. In a second procedure we screened by flow cytometry for mutants with a higher eGFP production after exposure to growth medium with higher NaCl concentrations. Mutants from both libraries rarely overlapped. Discovered gene functions of the transposon insertions pointed to compatible solute synthesis (glutamate and proline), cell membrane synthesis and modification of cell membrane composition. The results obtained in the present study give us a more complete picture of the mechanisms of DBF degradation by S. wittichii RW1, how it reacts to different DBF availability and how the DBF catabolic activity may be affected by the conditions found in contaminated environments. - Sphingomonas wittichii est une alpha-protéobactérie gram-négative, capable de dégrader des composés xénobiotiques tels que le dibenzofurane (DBF), la dibenzo-p-dioxine, le carbazole, le 2-hydroxybiphényle ou les herbicides dérivés du nitro-diphényléther. Le métabolisme de la souche RW1 a fait l'objet d'études antérieures et un certain nombre de gènes impliqués dans la dégradation du DBF ont été caractérisés. Il est connu que RW1 possède une unique dioxygénase DBF initiale (codée par le gène dxnAl) qui catalyse la première étape de la voie de dégradation. Aucun des organismes connus pour être capables de dégrader le DBF n'a de dioxygénase similaire. L'enzyme la plus proche étant la DBF dioxygénase de Rhodococcus sp. avec 45% d'acides aminés conservés. Les gènes qui participent à la transformation du salicylate en métabolites intermédiaires du cycle de Krebs par la voie ort/io-cleavage ont aussi été identifiés. Outre ces informations lacunaires, il y a un manque de connaissances sur l'ensemble des gènes impliqués dans la dégradation du DBF par la souche RW1 ainsi que l'effet des stress environnementaux sur l'expression génétique globale, en présence du DBF. Une analyse globale est nécessaire, car elle peut aider à mieux comprendre le comportement de la souche dans les conditions de terrain et de proposer des améliorations pour l'utilisation de la bio-augmentation comme technique de bio-remédiation. Le chapitre 2 décrit les résultats de l'analyse du génome pour caractériser les gènes impliqués dans la dégradation du DBF par RW1. Une analyse de micro-arrays nous a permis de détecter des différences dans la transcription des gènes lorsque la souche RW1 a été exposée au DBF. L'analyse a été complétée par le criblage à ultra-haut débit de mutants qui n'étaient plus capables de croître avec le salicylate ou le DBF comme seule source de carbone. Certains des gènes de la voie ortho-cleavage, dont la DBF dioxygénase initiale, ont xî été induits 2 à 4 fois, en présence du DBF. Cependant, deux groupes de gènes, nommés 4925 et 5102 ont été induits jusqu'à 19 fois en réponse au DBF. Le cluster 4925 participe probablement dans une voie de meta-cleavage tandis que le cluster 5102 pourrait faire partie d'une voie du gentisate. Les trois voies, ortho-cleavage, meta-cleavage et la voie du gentisate semblent être activées en parallèle lorsque la souche RW1 est exposée au DBF, ce qui représente une redondance de voies pour la dégradation du DBF dans le génome de RW1. Le chapitre 3 se concentre sur l'exploitation des outils génétiques pour la construction de biorapporteurs de la dégradation du DBF par RW1. Un ensemble d'outils de base pour la manipulation génétique dans Sphingomonas wittichii RW1 a été testé et optimisé. Deux plasmides et mini-transposons ont été évalués pour leur capacité à être maintenu dans RW1 avec ou sans pression de sélection par des antibiotiques, et pour leur capacité à exprimer la protéine fluorescente verte (eGFP) dans la souche RW1. Les trois promoteurs des gènes Swit_4925, Swit_5102 et Swit_4897 (dxnAl), induits en réponse au DBF, ont ensuite été utilisés pour construire des biorapporteurs dans RW1. Le chapitre 4 décrit l'utilisation des souches biorapportrices construites pour l'analyse de l'expression des gènes de la voie de dégradation du DBF dans des microcosmes avec différents types de sols. Les souches biorapportrices ont d'abord été exposées à différentes sources de carbone en cultures liquides afin de calibrer l'induction de la eGFP. La construction avec le promoteur du gène 4925 a permis une réponse au DBF. Mais contrairement à nos attentes, basées sur les résultats de l'analyse des micro-arrays, les deux autres constructions n'ont pas montré d'induction spécifique au DBF. La réponse des biorapporteurs a ensuite été testée pour la sensibilité au stress hydrique, étant donné que cela pourrait avoir un impact important dans les microcosmes. La diminution du potentiel hydrique en culture liquide est obtenue par addition de NaCl ou de PEG au milieu de croissance. Nous avons montré que l'expression de la eGFP contrôlée par les promoteurs 4925 et 5102 n'était pas directement influencée par le stress hydrique, mais seulement par une réduction globale des taux de croissance. En revanche, l'expression de la eGFP dépendante des promoteurs dxnAl et uspA était aussi directement dépendante de l'ampleur du stress hydrique. La souche avec la construction 4925 a été utilisée par la suite dans des microcosmes avec différents types de sols pour évaluer la biodisponibilité du DBF en présence ou absence des microbes indigènes et d'autres composés contaminants. Nous avons constaté que RW1 pouvait se développer si le DBF a été ajouté au sol, mais l'expression de la eGFP par le biorapporteur suggère que la compétition avec la microbiota indigène pour les métabolites intermédiaires du DBF peut limiter sa capacité à proliférer de manière optimale. Le chapitre 5 décrit les résultats des expériences réalisées afin de détecter spécifiquement les gènes de RW1 qui pourraient être impliquées dans la résistance au stress hydrique. Ici on a crée des bibliothèques de mutants de RW1 par transposon, soit avec un mini-Tn5 classique ou avec une variante qui exprime la eGFP lorsque le transposon s'insère dans un gène induit par le stress hydrique. Les bibliothèques de mutants ont été criblées par la méthode classique de repiquage sur boîtes, dans des conditions de stress hydrique élevé (obtenu par l'addition de NaCl dans les boîtes). En outre, nous avons criblé des micro¬colonies dans des billes d'agarose qui ont pu être analysées par cytométrie de flux. Un certain nombre de mutants déficients à croître sur des milieux supplémentés avec du NaCl ont été isolés et les sites d'insertion du transposon séquencés. Dans une deuxième procédure nous avons criblé par cytométrie de flux des mutants avec une production de eGFP supérieure, après exposition à un milieu de croissance avec une concentration élevée de NaCl. Les mutants obtenus dans les deux bibliothèques n'étaient pas similaires. Les fonctions des gènes où se trouvent les insertions de transposons sont impliqués dans la synthèse de solutés compatibles (glutamate et de la proline), dans la synthèse de la membrane cellulaire et dans la modification de la composition de la membrane cellulaire. Les résultats obtenus dans la présente étude nous donnent une image plus complète des mécanismes de dégradation du DBF par S. wittichii RW1, comment cette souche réagit à la disponibilité du DBF et comment l'activité catabolique peut être affectée par les conditions rencontrées dans des environnements contaminés.

H-2D ligand expression by Ly49A+ natural killer (NK) cells precludes ligand uptake from environmental cells: implications for NK cell function.

To study the adaptation of natural killer (NK) cells to their major histocompatibility complex (MHC) class I environment we have established a novel mouse model with mosaic expression of H-2D(d) using a Cre/loxP system. In these mice, we noticed that NK cells expressing the inhibitory receptor for D(d), Ly49A, were specifically underrepresented among cells with low D(d) levels. That was due to the acquisition of D(d) molecules by the Ly49A+ NK cells that have lost their D(d) transgene. The uptake of H-2D molecules via the Ly49A receptor was restricted to strong ligands of Ly49A. Surprisingly, when Ly49A+ NK cells were D(d+), uptake of the alternative ligand D(k) was not detectable. Similarly, one anti-Ly49A mAb (A1) bound inefficiently when Ly49A was expressed on D(d+) NK cells. Concomitantly, functional assays demonstrated a reduced capacity of Ly49A to inhibit H-2(b)D(d) as compared with H-2(b) NK cells, rendering Ly49A+ NK cells in D(d+) mice particularly reactive. Minor reductions of D(d) levels and/or increases of activating ligands on environmental cells may thus suffice to abrogate Ly49A-mediated NK cell inhibition. The mechanistic explanation for all these phenomena is likely the partial masking of Ly49A by D(d) on the same cell via a lateral binding site in the H-2D(d) molecule.

Climate-based empirical models show biased predictions of butterfly communities along environmental gradients

A better understanding of the factors that mould ecological community structure is required to accurately predict community composition and to anticipate threats to ecosystems due to global changes. We tested how well stacked climate-based species distribution models (S-SDMs) could predict butterfly communities in a mountain region. It has been suggested that climate is the main force driving butterfly distribution and community structure in mountain environments, and that, as a consequence, climate-based S-SDMs should yield unbiased predictions. In contrast to this expectation, at lower altitudes, climate-based S-SDMs overpredicted butterfly species richness at sites with low plant species richness and underpredicted species richness at sites with high plant species richness. According to two indices of composition accuracy, the Sorensen index and a matching coefficient considering both absences and presences, S-SDMs were more accurate in plant-rich grasslands. Butterflies display strong and often specialised trophic interactions with plants. At lower altitudes, where land use is more intense, considering climate alone without accounting for land use influences on grassland plant richness leads to erroneous predictions of butterfly presences and absences. In contrast, at higher altitudes, where climate is the main force filtering communities, there were fewer differences between observed and predicted butterfly richness. At high altitudes, even if stochastic processes decrease the accuracy of predictions of presence, climate-based S-SDMs are able to better filter out butterfly species that are unable to cope with severe climatic conditions, providing more accurate predictions of absences. Our results suggest that predictions should account for plants in disturbed habitats at lower altitudes but that stochastic processes and heterogeneity at high altitudes may limit prediction success of climate-based S-SDMs.

La gestion des services environnementaux: entre règles et régulation négociée. Six études de cas de services forestiers pour la production d'eau potable dans trois pays

Cette thèse est construite en quatre parties : trois annexes qui présentent six études de cas (env. 800 pages), précédées par une analyse transversale, plus synthétique (env. 150 pages), dont traite ce résumé. Chaque annexe contient une synthèse détaillée des études de cas. Cette thèse aborde la « gestion des ressources naturelles » en affirmant d'emblée que l'appellation est inappropriée, car ce ne sont pas les ressources qui sont gérées, mais leurs usages. Il s'agit donc d'identifier et d'analyser ce qui influence les comportements humains en lien avec la ressource. Cette affirmation fonde la perspective des sciences sociales sur la gestion des ressources naturelles, dans laquelle s'inscrit cette thèse. L'approche néo-institutionnaliste considère que les usages sont influencés par des institutions, qui sont elles-mêmes influencées par les usagers. Ces institutions sont des constructions humaines qui composent le contexte institutionnel dans lequel les acteurs décident de leurs usages (abattre un arbre, prélever de l'eau, etc.). Les usages des ressources ne sont donc jamais libres et il s'agit de comprendre comment ces règles du jeu influencent les pratiques. Elles sont nombreuses, interdépendantes et forment la trame sur laquelle se décident les usages. Pour saisir cette complexité, l'auteur applique le cadre d'analyse des régimes institutionnels des ressources (RIR) qui se limite à l'analyse de deux types de droits d'usages : ceux issues des règles de la propriété (titres de propriété, servitudes, etc.) et ceux issus des politiques publiques (lois, ordonnances, etc.). Le RIR permet d'identifier un « régime institutionnel », spécifique à la ressource étudiée, dont les évolutions peuvent être comparées dans le temps ou entre plusieurs lieux. Dans cette recherche, ce cadre d'analyse a été appliqué au même objet - la gestion forestière dans les zones de captage d'eau souterraine destinée au réseau public - dans trois pays : en France, en Suisse et en Indonésie. Trois années de recherche de terrain ont permis à l'auteur de s'intéresser non seulement aux règles prédéterminées (la réglementation), mais aussi aux règles effectivement activées sur le terrain (la régulation) par les acteurs rencontrés. Les études de cas montrent que les règles prévues sont inégalement activées et que les acteurs privilégient parfois la négociation directe pour résoudre leurs rivalités d'usages, à la place d'invoquer leurs droits acquis. Ce constat conduit l'auteur à proposer un élargissement de la focale du RIR, qui constitue le coeur de sa thèse. On ne s'intéresse plus seulement à ce qui « est » régulé, mais aussi à ce qui ne l'« est pas » et qui échappe à l'application classique du RIR. Ce renversement de perspective est crucial pour comprendre les usages concrets des ressources dans les régimes peu intégrés, où les pratiques s'expliquent davantage par la marge de manoeuvre laissée aux acteurs que par les règles prédéterminées. Cette relecture, testée avec succès dans cette thèse, permet d'intégrer la marge de manoeuvre à l'analyse au moyen du RIR. Elle se concrétise par l'identification des lacunes et incohérences dans les régimes institutionnels étudiés. Le champ d'application du RIR s'en trouve élargi et sa vulgarisation pour des non-spécialistes est facilitée, notamment pour les environnementalistes. La complémentarité entre les approches s'en trouve renforcée. Les résultats montrent deux choses : premièrement les acteurs disposent toujours d'une marge de manoeuvre pour négocier des régulations ponctuelles, qui sont autant d'alternatives à l'application des règles prévues. Deuxièmement, la conclusion d'accords issus de la négociation bi-/multilatérale dépend directement de la marge de manoeuvre laissée par le contexte institutionnel. Ceci explique pourquoi la négociation entre les propriétaires forestiers et les exploitants de captages s'imposent en Indonésie, est envisageable en France, mais n'aboutit pas en Suisse. Les nombreuses tentatives infructueuses de mise en oeuvre de solutions négociées, notamment sous forme de paiements pour services environnementaux (PSE), trouvent ici une explication. - This thesis (written in French) is built in four parts: three annexes that present six case studies (approx. 800 pages), preceded by a transverse, more conceptual analysis (approx. 150 pages), which this summary is about. Each annexe contains a detailed summary of the case studies. 'Natural resource management' is an inappropriate designation because it is not the resources that are managed but the uses made of them, therefore this thesis addresses the identification and analysis of the influences on human behaviour in relation to the resource. This statement roots the social sciences perspective on the management of natural resources, in which this thesis fits. A neoinstitutionalist approach considers that the uses are influenced by institutions, which are themselves influenced by users. These institutions are human constructions that form the institutional context in which the actors decide on the use of resources (felling a tree, collecting water, etc.). Thus, the uses of resources are never independent from institutional influences and it becomes necessary to understand how these rules of the game affect practices. They are numerous, interrelated and form the basis for the uses of resources. To understand this complexity, the author applies the institutional regime resource framework (IRR) which limits the analysis to two types of use rights: those resulting from the property rights (deeds, easements, etc.) and those from public policies (laws, ordinances, etc.). The IRR identifies an 'institutional regime', specific to the resource, from which developments can be compared over time or between several places. In this research, this analytical framework has been applied to the same topic - forest management in the recharging areas of groundwater piped for public supply - in three countries: France, Switzerland and Indonesia. Three years of field research allow the author to look not only at predetermined rules (rules), but also at regulations that are actually activated on the ground (rules-in-use). The case studies show that the predetermined rules are unevenly applied and that sometimes actors favour direct negotiation to resolve their rivalry of uses, instead of invoking their vested rights. From this observation the author proposes an enlargement of the IRR's scope, forming the core of his thesis. The interest covers not only what 'is' regulated, but what 'is not' and so is beyond the classical application of the IRR. This shift in perspective is crucial to understand the concrete uses of resources in poorly integrated regimes, where practices are explained by the margin of manoeuvre left to the actors rather than predetermined rules. This reinterpretation, tested successfully in this research, allows the margin of manoeuvre to be integrated in the analysis using the IRR and is made concrete by the identification of gaps and inconsistencies in the investigated institutional context. The new interpretation of the IRR in this thesis complements and enhances its classical application. In particular, its use and understanding by non-specialists, especially environmentalists, is facilitated. The results show two things: first the actors always have leeway to negotiate ad hoc regulations, which are alternatives to the application of the predefined rules. Second, the conclusion of bi/multilateral negotiated agreements depends directly on the leeway left by the institutional context. This explains why the negotiation between forest owners and operators of water catchments is needed in Indonesia, is possible in France, but does not succeed in Switzerland. This offers an explanation for many unsuccessful attempts to implement negotiated solutions, notably payments for environmental services (PES).

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.

Pale and dark reddish melanic tawny owls differentially regulate the level of blood circulating POMC prohormone in relation to environmental conditions.

Knowledge of the hormonal pathway controlling genotype-specific norms of reaction would shed light on the ecological factors to which each genotype is adapted. Environmentally mediated changes in the sign and magnitude of covariations between heritable melanin-based colouration and fitness components are frequent, revealing that extreme melanin-based phenotypes can display different physiological states depending on the environment. Yet, the hormonal mechanism underlying this phenomenon is poorly understood. One novel hypothesis proposes that these covariations stem from pleiotropic effects of the melanocortin system. Melanocortins are post-translationally modified bioactive peptides derived from the POMC prohormone that are involved in melanogenesis, anti-inflammation, energy homeostasis and stress responses. Thus, differential regulation of fitness components in relation to environmental factors by pale and dark melanic individuals may be due to colour-specific regulation of the POMC prohormone. Accordingly, we found that the degree of reddish melanic colouration was negatively correlated with blood circulating levels of the POMC prohormone in female tawny owls (Strix aluco) rearing a brood for which the size was experimentally reduced, but not when enlarged, and in females located in rich but not in poor territories. Our findings support the hypothesis that the widespread links between melanin-based colouration and fitness components may be mediated, at least in part, by the melanocortin system.

NanoImpactNet - Stakeholders' knowledge needs for research on the health and environmental impact of nanomaterials

NanoImpactNet (NIN) is a multidisciplinary European Commission funded network on the environmental, health and safety (EHS) impact of nanomaterials. The 24 founding scientific institutes are leading European research groups active in the fields of nanosafety, nanorisk assessment and nanotoxicology. This 4−year project is the new focal point for information exchange within the research community. Contact with other stakeholders is vital and their needs are being surveyed. NIN is communicating with 100s of stakeholders: businesses; internet platforms; industry associations; regulators; policy makers; national ministries; international agencies; standard−setting bodies and NGOs concerned by labour rights, EHS or animal welfare. To improve this communication, internet research, a questionnaire distributed via partners and targeted phone calls were used to identify stakeholders' interests and needs. Knowledge gaps and the necessity for further data mentioned by representatives of all stakeholder groups in the targeted phone calls concerned: potential toxic and safety hazards of nanomaterials throughout their lifecycles; fate and persistence of nanoparticles in humans, animals and the environment; risks associated to nanoparticle exposure; participation in the preparation of nomenclature, standards, methodologies, protocols and benchmarks; development of best practice guidelines; voluntary schemes on responsibility; databases of materials, research topics and themes. Findings show that stakeholders and NIN researchers share very similar knowledge needs, and that open communication and free movement of knowledge will benefit both researchers and industry. Consequently NIN will encourage stakeholders to be active members. These survey findings will be used to improve NIN's communication tools to further build on interdisciplinary relationships towards a healthy future with nanotechnology.

Host specialist clownfishes are environmental niche generalists.

Why generalist and specialist species coexist in nature is a question that has interested evolutionary biologists for a long time. While the coexistence of specialists and generalists exploiting resources on a single ecological dimension has been theoretically and empirically explored, biological systems with multiple resource dimensions (e.g. trophic, ecological) are less well understood. Yet, such systems may provide an alternative to the classical theory of stable evolutionary coexistence of generalist and specialist species on a single resource dimension. We explore such systems and the potential trade-offs between different resource dimensions in clownfishes. All species of this iconic clade are obligate mutualists with sea anemones yet show interspecific variation in anemone host specificity. Moreover, clownfishes developed variable environmental specialization across their distribution. In this study, we test for the existence of a relationship between host-specificity (number of anemones associated with a clownfish species) and environmental-specificity (expressed as the size of the ecological niche breadth across climatic gradients). We find a negative correlation between host range and environmental specificities in temperature, salinity and pH, probably indicating a trade-off between both types of specialization forcing species to specialize only in a single direction. Trade-offs in a multi-dimensional resource space could be a novel way of explaining the coexistence of generalist and specialists.