Avian erythrocytes have functional mitochondria, opening novel perspectives for birds as animal models in the study of ageing.

BACKGROUND: In contrast to mammalian erythrocytes, which have lost their nucleus and mitochondria during maturation, the erythrocytes of almost all other vertebrate species are nucleated throughout their lifespan. Little research has been done however to test for the presence and functionality of mitochondria in these cells, especially for birds. Here, we investigated those two points in erythrocytes of one common avian model: the zebra finch (Taeniopygia guttata). RESULTS: Transmission electron microscopy showed the presence of mitochondria in erythrocytes of this small passerine bird, especially after removal of haemoglobin interferences. High-resolution respirometry revealed increased or decreased rates of oxygen consumption by erythrocytes in response to the addition of respiratory chain substrates or inhibitors, respectively. Fluorometric assays confirmed the production of mitochondrial superoxide by avian erythrocytes. Interestingly, measurements of plasmatic oxidative markers indicated lower oxidative stress in blood of the zebra finch compared to a size-matched mammalian model, the mouse. CONCLUSIONS: Altogether, those findings demonstrate that avian erythrocytes possess functional mitochondria in terms of respiratory activities and reactive oxygen species (ROS) production. Interestingly, since blood oxidative stress was lower for our avian model compared to a size-matched mammalian, our results also challenge the idea that mitochondrial ROS production could have been one actor leading to this loss during the course of evolution. Opportunities to assess mitochondrial functioning in avian erythrocytes open new perspectives in the use of birds as models for longitudinal studies of ageing via lifelong blood sampling of the same subjects.

Biometal muscle to restore atrial transport function in a permanent atrial fibrillation animal model: a potential tool in the treatment of end-stage heart failure.

BACKGROUND: Half of the patients with end-stage heart failure suffer from persistent atrial fibrillation (AF). Atrial kick (AK) accounts for 10-15% of the ejection fraction. A device restoring AK should significantly improve cardiac output (CO) and possibly delay ventricular assist device (VAD) implantation. This study has been designed to assess the mechanical effects of a motorless pump on the right chambers of the heart in an animal model. METHODS: Atripump is a dome-shaped biometal actuator electrically driven by a pacemaker-like control unit. In eight sheep, the device was sutured onto the right atrium (RA). AF was simulated with rapid atrial pacing. RA ejection fraction (EF) was assessed with intracardiac ultrasound (ICUS) in baseline, AF and assisted-AF status. In two animals, the pump was left in place for 4 weeks and then explanted. Histology examination was carried out. The mean values for single measurement per animal with +/-SD were analysed. RESULTS: The contraction rate of the device was 60 per min. RA EF was 41% in baseline, 7% in AF and 21% in assisted-AF conditions. CO was 7+/-0.5 l min(-1) in baseline, 6.2+/-0.5 l min(-1) in AF and 6.7+/-0.5 l min(-1) in assisted-AF status (p<0.01). Histology of the atrium in the chronic group showed chronic tissue inflammation and no sign of tissue necrosis. CONCLUSIONS: The artificial muscle restores the AK and improves CO. In patients with end-stage cardiac failure and permanent AF, if implanted on both sides, it would improve CO and possibly delay or even avoid complex surgical treatment such as VAD implantation.

Communally breeding Bechstein's bats have a stable social system that is independent from the postglacial history and location of the populations.

Investigating macro-geographical genetic structures of animal populations is crucial to reconstruct population histories and to identify significant units for conservation. This approach may also provide information about the intraspecific flexibility of social systems. We investigated the history and current structure of a large number of populations in the communally breeding Bechstein's bat (Myotis bechsteinii). Our aim was to understand which factors shape the species' social system over a large ecological and geographical range. Using sequence data from one coding and one noncoding mitochondrial DNA region, we identified the Balkan Peninsula as the main and probably only glacial refugium of the species in Europe. Sequence data also suggest the presence of a cryptic taxon in the Caucasus and Anatolia. In a second step, we used seven autosomal and two mitochondrial microsatellite loci to compare population structures inside and outside of the Balkan glacial refugium. Central European and Balkan populations both were more strongly differentiated for mitochondrial DNA than for nuclear DNA, had higher genetic diversities and lower levels of relatedness at swarming (mating) sites than in maternity (breeding) colonies, and showed more differentiation between colonies than between swarming sites. All these suggest that populations are shaped by strong female philopatry, male dispersal, and outbreeding throughout their European range. We conclude that Bechstein's bats have a stable social system that is independent from the postglacial history and location of the populations. Our findings have implications for the understanding of the benefits of sociality in female Bechstein's bats and for the conservation of this endangered species.

Comparative population genomics in animals uncovers the determinants of genetic diversity.

Genetic diversity is the amount of variation observed between DNA sequences from distinct individuals of a given species. This pivotal concept of population genetics has implications for species health, domestication, management and conservation. Levels of genetic diversity seem to vary greatly in natural populations and species, but the determinants of this variation, and particularly the relative influences of species biology and ecology versus population history, are still largely mysterious. Here we show that the diversity of a species is predictable, and is determined in the first place by its ecological strategy. We investigated the genome-wide diversity of 76 non-model animal species by sequencing the transcriptome of two to ten individuals in each species. The distribution of genetic diversity between species revealed no detectable influence of geographic range or invasive status but was accurately predicted by key species traits related to parental investment: long-lived or low-fecundity species with brooding ability were genetically less diverse than short-lived or highly fecund ones. Our analysis demonstrates the influence of long-term life-history strategies on species response to short-term environmental perturbations, a result with immediate implications for conservation policies.

Pleiotropy in the melanocortin system, coloration and behavioural syndromes.

In vertebrates, melanin-based coloration is often associated with variation in physiological and behavioural traits. We propose that this association stems from pleiotropic effects of the genes regulating the synthesis of brown to black eumelanin. The most important regulators are the melanocortin 1 receptor and its ligands, the melanocortin agonists and the agouti-signalling protein antagonist. On the basis of the physiological and behavioural functions of the melanocortins, we predict five categories of traits correlated with melanin-based coloration. A review of the literature indeed reveals that, as predicted, darker wild vertebrates are more aggressive, sexually active and resistant to stress than lighter individuals. Pleiotropic effects of the melanocortins might thus account for the widespread covariance between melanin-based coloration and other phenotypic traits in vertebrates.

A contribution to taxonomy and ecology of shrews (Crocidura zimmermanni and C. suaveolens) from Crete and Turkey

Chromosomal and biochemical investigations of shrews from the genus Crocidura from Crete and Turkey show that C. russula monacha Thomas, 1906 and C. caneae Miller, 1909 are both members of the species C. suaveolens Pallas, 1811. C. russula zimmermanni Wettstein, 1953. The population of C. suaveolens in Crete, whose presence on the island dates from at least 3500 years b.p. is biochemically very similar to those of C. suaveolens from Turkey. The same set of electrophoretic data suggests that C. suaveolens from Cyprus became isolated from main land populations much earlier. C. zimmermanni shows closer phylogenetic relationships with C. leucodon and C. suaveolens, than with C. russula. endemic in Crete, C. zimmermanni is syntopic with C, suaveolens at medium and high altitudes, but has been eliminated by the latter in the fertile lowland plains.

Effects of sarcoptic mange on the behaviour of the red fox and influence on other fox-born zoonoses in Geneva, Switzerland

Résumé : Une épidémie de gale sarcoptique (Sarcoptes scabiei) touche le canton de Genève depuis 1996. Nous avons étudié l'impact de cette maladie sur différents caractères comportementaux du renard roux (Vulpes vulpes) : l'écologie alimentaire, les comportements spatiaux et l'activité, ainsi que les contacts sociaux. Nous avons également évalué si la gale pouvait influencer la composition et la transmission de la communauté helminthique intestinale du renard. En effet, cette espèce est l'hôte de parasites qui sont liés à des zoonoses importantes, en particulier le ténia échinocoque du renard (Echinococcus multilocularis) pour lequel Genève est considérée comme une zone de haute endémie. Durant 5 années, des carcasses de renards ont été récoltées sur l'ensemble du canton. Nous les avons disséquées et avons conservé différents échantillons pour des analyses ultérieures. Des données sur le poids, l'âge et le statut reproductif des femelles ont ainsi pu être obtenues. Les contenus stomacaux ont été analysés pour déterminer le régime alimentaire, les intestins pour collecter des helminthes, des échantillons de sang pour faire des sérologies et des échantillons de peau pour récupérer les sarcoptes. Des renards sauvages ont également été capturés et équipés de colliers émetteurs afin de déterminer leur activité et leur utilisation de l'espace. Finalement, nous avons réalisé des affûts sur des terriers et des observations nocturnes à l'aide d'un détecteur thermique afin d'étudier les contacts sociaux. Nous avons ensuite considéré tous ces aspects pour comparer les renards galeux aux individus sains. Trois catégories de gale ont été prises en compte selon l'importance de l'infection. L'épidémie a traversé le canton en 8 ans environ et elle a provoqué une forte diminution des populations de renard. Les animaux malades étaient caractérisés par un poids réduit, ils utilisaient des domaines vitaux réduits et présentaient un rythme d'activité irrégulier. En ce qui concerne le régime alimentaire, les renards galeux avaient souvent des estomacs vides ou contenant peu d'aliments d'origine animale. Cette réduction de l'alimentation ne semble pas seulement être liée à des capacités de prédation réduite, mais également à un désintérêt face à la nourriture. Tous les changements de comportement cités étaient plus marqués chez les animaux soumis à une forte infestation. Dix taxons d'helminthes ont été identifiés dans les intestins des renards analysés. Deux d'entre eux représentent un risque de santé publique: Echinococcus multilocularis et Toxocara carvis. Pour ces helminthes, nous n'avons pas identifié de différences de prévalence entre les renards galeux et les animaux sains, mais la charge parasitaire était significativement supérieure chez les individus galeux, en particulier ceux souffrant d'une infestation importante. Ceci est probablement lié à une susceptibilité accrue des individus qui présentent une condition physique amoindrie et des défenses immunitaire affaiblies. Selon nos résultats, nous pouvons conclure que la gale induit des changements comportementaux importants et que ces changements ont une influence potentielle sur la transmission de la gale elle-même, mais également sur la transmission du reste de la communauté parasitaire de l'hôte. Les individus qui souffrent d'une infestation importante sont susceptibles de provoquer une contamination de l'environnement accrue en ce qui concerne des helminthes pouvant provoquer des zoonoses. La gale apparaît être un facteur à ne pas négliger dans le cadre de la gestion de la faune sauvage, mais également en ce qui concerne des problématiques de santé publique. Summary An epidemic outbreak of sarcoptic mange (Sarcoptes scabiei) has struck the canton of Geneva since 1996. The impact of the disease on various behavioural traits of the main host, the red fox (Vulpes vulpes), was investigated: feeding ecology, spatial behaviour and activity, and social contacts. We also evaluated if mange might have an influence on the composition and transmission of the intestinal helminth community of foxes. Indeed, this species is host of parasites with potential zoonotic importance, particularly the fox tapeworm (Echinococcus multilocularis) for which Geneva is reported as endemic area. During 5 years, red fox carcasses have been collected throughout the canton. They were then dissected and various samples conserved for further analysis. Data on weight, age, and reproductive status of females were obtained. Stomach content were analysed for diet analysis, intestines to recover helminths, blood to proceed to ELISAs and skin samples to check for the presence of Sarcoptes mites. Further, wild foxes were captured and fitted with transmitters in order to determine their activity pattern and space use. Finally, we proceeded to direct observations at dens and using a thermal imaging sensor at night to gain information about social contacts. A comparison between healthy and mangy foxes was made for all these aspects. Three categories of mangy foxes were considered from moderately to severely infected. The epidemic wave crossed the canton in about 8 years and induced a significant reduction in fox densities. Mangy individuals appeared to have reduced body weights, to use more restricted home ranges and exhibited an irregular activity pattern. Regarding food, sick foxes often had empty stomachs and consumed less food items of animal origin. The reduction in food intake appeared to be linked not only to a reduced ability to hunt, but also to a reduced interest in food. The changes observed were particularly pronounced in individuals with severe infestation. Ten helminth taxa were recovered from the intestines on the analysed fox carcasses. Two of them have an importance with regard to human public health: Echinococcus multilocularis and Toxocara cams. The prevalence of these helminths did not differ between healthy and mangy foxes, however the worm burden was significantly higher in mangy foxes, particularly those with severe mange. This is probably linked to an increased susceptibility in individuals with a reduced body condition and weakened immune defences. From our observations, we can conclude that mange induces pronounced behavioural changes in the red fox, and that those changes influence the transmission risks of mange itself, but also of the rest of the parasite community of the host. Individuals with severe mange are for example likely to increase the environment contamination of free living stages of helminths with zoonotic importance. Mange appears thus to represent a factor not to be neglected for the management of wild species and for public health issues.

Environmental and biological controls on the geochemistry (δ18O, δ13C, Mg/Ca, and Sr/Ca) of living ostracods from Lake Geneva

ABSTRACT : Ostracods are benthic microcrustaceans enclosed in low-Mg calcite bivalves. Stable isotope compositions, Mg/Ca, and Sr/Ca ratios of ostracod fossil valves have proven useful to reconstruct past environmental conditions. Yet, several discrepancies persist and the influence of many factors remains unclear. It is the aim of this study to improve the use of ostracod valve geochemistry as palaeoenvironmental proxies by examining the extent of isotope fractionation and trace element partitioning during valve calcification. To achieve this, the environmental parameters (pH, temperature) and chemical composition of water (C-and O-isotope composition and calcium, magnesium, and strontium content) were measured at sites where living ostracods were sampled. The sampling was on a monthly basis over the course of one year at five different water depths (2, 5, 13, 33, and 70 m) in Lake Geneva, Switzerland. The one-year sampling enabled collection of environmental data for bottom and interstitial pore water. In littoral to sublittoral zones, C-isotope composition of DIC and the Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water are found to vary concomitantly with water temperature. This is due to the precipitation of calcite, which is induced by higher photosynthetic activity as temperature and/or solar radiation intensify in summer. In deeper zones, environmental parameters remain largely constant throughout the year. Variations of pH, DIC concentrations and C-isotope compositions in interstitial water result from aerobic as well as anaerobic respiration, calcite dissolution and methanogenesis. Bathymetric distribution, life cycles, and habitats were derived for 15 ostracod species and are predominantly related to water temperature and sediment texture. O-isotope compositions of ostracod valves in Lake Geneva reflect that of water and temperature. However, offsets of up to 3 permil are observed in comparison with proposed inorganic calcite precipitation equilibrium composition. Deprotonation of HCO3- and/or salt effect at crystallisation sites may explain the disequilibrium observed for O-isotopic compositions. C-isotope compositions of ostracod valves are not as well constrained and appear to be controlled by a complex interaction between habitat preferences and seasonal as well as spatial variations of the DIC isotope composition. For infaunal forms, C-isotope compositions reflect mainly the variation of DIC isotope composition in interstitial pore waters. For epifaunal forms, C-isotope compositions reflect the seasonal variation of DIC isotope compositions. C-isotope compositions of ostracod valves is at equilibrium with DIC except for a small number of species (L. inopinata, L. sanctipatricii and possibly C. ophtalmica, and I. beauchampi). Trace element uptake differs considerably from species to species. For most epifaunal forms, trace element content follows the seasonal cycle, recording temperature increases and/or variations of Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water. In contrast, infaunal forms are predominantly related to sediment pore water chemistry. RÉSUMÉ EN FRANÇAIS : Les ostracodes sont de petits crustacés benthiques qui possèdent une coquille faite de calcite à faible teneur en magnésium. La composition isotopique et les rapports Mg/Ca et Sr/Ca d'ostracodes fossiles ont été utilisés maintes fois avec succès pour effectuer des reconstructions paléoenvironnementales. Néanmoins, certains désaccords persistent sur l'interprétation de ces données. De plus, l'influence de certains facteurs pouvant biaiser le signal reste encore inconnue. Ainsi, le but de cette étude est de rendre plus performant l'emploi de la composition géochimique des ostracodes comme indicateur paléoenvironnemental. Pour réaliser cela, cinq sites situés dans le Léman à 2, 5, 13, 33 et 70 m de profondeur ont été choisis pour effectuer les échantillonnages. Chaque site a été visité une fois par mois durant une année. Les différents paramètres environnementaux (pH, température) ainsi que la composition géochimique de l'eau (composition isotopique de l'oxygène et du carbone ainsi que teneur en calcium, magnésium et strontium) ont été déterminés pour chaque campagne. Des ostracodes vivants ont été récoltés au cinq sites en même temps que les échantillons d'eau. Ce travail de terrain a permis de caractériser la géochimie de l'eau se trouvant juste au-dessus des sédiments ainsi que celle de l'eau se trouvant dans les interstices du sédiment. Dans les zones littorales à sublittorales, la composition isotopique du carbone inorganique dissout (CID) ainsi que les rapports Mg/Ca et Sr/Ca de l'eau varient linéairement avec la température. Ceci peut être expliqué par la précipitation de calcite qui est contrôlée par l'activité photosynthétique, variant elle même linéairement avec la température. Dans les zones plus profondes, les paramètres environnementaux restent relativement constants tout au long de l'année. Les variations du pH, de la concentration et de la composition isotopique du CID dans les sédiments résultent de la libération de carbone engendrée par la dégradation de la matière organique avec présence d'oxygène ou via réduction de nitrates et de sulfates, par la dissolution de carbonates, ainsi que par la méthanogenèse. La distribution bathymétrique, le cycle de vie ainsi que l'habitat de 15 espèces ont été déterminés. Ceux-ci sont principalement reliés à la température de l'eau et à la texture des sédiments. La composition isotopique de l'oxygène des valves d'ostracodes reflète celle de l'eau et la température qui régnait lors de la calcification. Néanmoins, des écarts pouvant aller jusqu'à 3 0/00 par rapport à l'équilibre théorique ont été obtenus. La déprotonation de HCO3 ou un 'effet de sel' pourrait être à l'origine du déséquilibre observé. La composition isotopique du carbone des valves d'ostracodes n'est pas aussi bien cernée. Celle-ci semble être principalement contrôlée par une interaction complexe entre l'habitat des ostracodes et les variations saisonnières et spatiales de la composition isotopique du CID. Pour les espèces endofaunes, la composition isotopique du carbone reflète principalement la variation de la composition isotopique du CID à l'intérieur des sédiments. Pour les formes épifaunes, c'est la variation saisonnière de la composition du CID qui contrôle celle de la coquille des ostracodes. En général, la composition isotopique du carbone des valves d'ostracodes est en équilibre avec celle de CID, hormis pour quelques rares espèces (L. inopinata, L. sanctipatricii et peut-être C. ophtalmica et I. beauchampi). L'incorporation des éléments traces diffère passablement d'une espèce à l'autre. Pour la plupart des espèces épifaunes, la teneur en éléments traces des coquilles reflète les variations saisonnières. Ces espèces semblent enregistrer les variations soit de la température soit des rapports Mg/Ca et Sr/Ca de l'eau. La teneur en élément traces des formes infaunales, au contraire, est principalement reliée à la chimie de l'eau interstitielle. RÉSUMÉ GRAND-PUBLIC : La connaissance de l'évolution du climat dans le futur est primordiale pour notre société, car elle permet de développer différentes stratégies pour faire face aux problèmes engendrés pas le changement climatique : stratégies environnementale, humanitaire, ou encore économique. Cette problématique est actuellement, à juste titre, sujet d'une vive préoccupation. La géologie peut-elle contribuer à l'effort communautaire entrepris? Naturellement, ce sont les climatologues qui sont sur le devant de la scène. Il n'empêche que ces derniers, pour pouvoir prédire l'avenir, doivent s'appuyer sur le passé. La géologie est alors d'un grand intérêt car c'est effectivement la seule science qui permette d'estimer les variations climatiques à grande échelle sur de longues périodes. Ainsi, voulant moi-même contribuer aux recherches menées dans ce domaine, je me suis tourné à la fin de mes études vers la paléoclimatologie, science qui a pour but de reconstruire le climat des temps anciens. Nous nous sommes rendu compte que l'évolution climatique de la région où nous habitons n'avait pas encore fait le sujet d'études approfondies. Il est pourtant important de connaître la variation locale des changements climatiques pour obtenir des modèles climatiques fiables. En conséquence, un vaste projet a vu le jour : reconstruire, à l'aide des sédiments du lac Léman, les variations paléoclimatiques et paléo-environnementales depuis le retrait du Glacier de Rhône, il y a environ 15'000 ans, jusqu'à nos jours. Pour ce genre de travail, la géochimie, qui est une forme de chimie, utilisée en science de la terre regroupant la chimie classique et la chimie isotopique, est une alliée particulièrement efficace. Elle permet en effet, via différentes mesures faites sur des archives géologiques (par exemple des fossiles ou des sédiments) d'obtenir des informations, souvent quantitatives, sur les conditions (le climat, la flore ou encore la bio productivité, etc...) qui régnaient il y a fort longtemps. Les coquilles d'ostracodes, qui sont de petits animaux vivant au fond des lacs, sont une des archives les plus prometteuses. Ces animaux sont des petits crustacés s'entourant d'une coquille calcaire qu'ils sécrètent eux-mêmes. A la mort de l'animal, la coquille est intégrée dans les sédiments et reste intacte à travers les âges. Des études ont montré qu'en analysant la géochimie de ces coquilles fossiles, il est possible de reconstruire les conditions environnementales qui régnaient à l'époque de vie de ces fossiles. Cette démarche nécessite qu'une condition bien précise soit remplie: la composition géochimique de la coquille doit enregistrer de manière fidèle la chimie de l'eau et/ou la température de l'eau présentes au moment de la sécrétion de la coquille. Le but spécifique de notre recherche a précisément été d'étudier la façon dont la chimie de l'eau ainsi que sa température sont enregistrées dans la coquillé des ostracodes. Une fois les relations entre ces divers paramètres dans l'étant actuel du système établies, il sera alors possible de les utiliser pour interpréter des données issues de coquilles fossiles. Pour ce faire, nous avons mesuré la température de l'eau de manière continue et récolté mensuellement des échantillons d'eau et des ostracodes vivants pendant une année. Cinq sites situés à 2, 5, 13, 33 et 70 mètres de profondeur ont été choisis pour effectuer ces échantillonnages dans le Léman. Le travail de terrain nous a amené à étudier la biologie de 15 espèces. Nous avons pu établir la profondeur à laquelle vivent ces animaux, leur période de développement ainsi que leur habitat respectifs. Ces résultats ont permis de mieux cerner la relation qu'il existe entre la chimie de l'eau, sa température et la composition géochimique des coquilles d'ostracodes. Nous avons ainsi pu confirmer que les coquilles d'ostracodes enregistrent de manière fidèle la composition chimique et isotopique de l'eau. De même, nous avons pu établir de manière plus précise l'effet de la température sur la géochimie des coquilles. Néanmoins, les relations trouvées entre ces trois éléments sont plus complexes pour certaines espèces, cette complexité étant souvent liée à un caractère spécifique de leur écologie. Nous avons mis en lumière certains effets qui biaisent les résultats et défini précisément les conditions dans lesquelles on peut s'attendre à avoir des difficultés dans leur interprétation. Maintenant que nous avons établi les relations entre le climat actuel et la composition géochimique des coquilles d'ostracodes actuels, nous pouvons, sur la base de ce modèle, reconstruire le climat depuis le retrait du Glacier du Rhône jusqu'à nos jours à l'aide d'ostracodes fossiles. Mais cela est une autre histoire et fera, je l'espère, le sujet de nos futures recherches.

Le statut éthique de l'animal dans une perpective anthroporelationnelle

(Résumé de l'ouvrage) Der Nutzen der Philosophie für das Leben wird oftmals in Frage gestellt. Kurt Weisshaupt hat verdeutlicht, dass Faszination für grosse theoretische Fragen und Praxisbezug Hand in Hand gehen können. "Gibt man zu, dass alles Reden von Ethik mit Wissenschaft nichts zu tun habe - weil Ethik selbst keine strenge Wissenschaft sei und die strengen Wissenschaften wertfrei verführen -, dann liefert man die Moral dem Belieben einzelner Subjekte aus. Man tut dann zwar so, als ob der Mensch in moralischer Hinsicht als autonomes (ein sich selber Gesetze gebendes) Wesen betrachtet werden müsse, bestreitet aber zugleich die Verbindlichkeit der so entstandenen Gesetze für andere."