Development and application of computational methodologies in qualitative modeling

La présente thèse s'intitule "Développent et Application des Méthodologies Computationnelles pour la Modélisation Qualitative". Elle comprend tous les différents projets que j'ai entrepris en tant que doctorante. Plutôt qu'une mise en oeuvre systématique d'un cadre défini a priori, cette thèse devrait être considérée comme une exploration des méthodes qui peuvent nous aider à déduire le plan de processus regulatoires et de signalisation. Cette exploration a été mue par des questions biologiques concrètes, plutôt que par des investigations théoriques. Bien que tous les projets aient inclus des systèmes divergents (réseaux régulateurs de gènes du cycle cellulaire, réseaux de signalisation de cellules pulmonaires) ainsi que des organismes (levure à fission, levure bourgeonnante, rat, humain), nos objectifs étaient complémentaires et cohérents. Le projet principal de la thèse est la modélisation du réseau de l'initiation de septation (SIN) du S.pombe. La cytokinèse dans la levure à fission est contrôlée par le SIN, un réseau signalant de protéines kinases qui utilise le corps à pôle-fuseau comme échafaudage. Afin de décrire le comportement qualitatif du système et prédire des comportements mutants inconnus, nous avons décidé d'adopter l'approche de la modélisation booléenne. Dans cette thèse, nous présentons la construction d'un modèle booléen étendu du SIN, comprenant la plupart des composantes et des régulateurs du SIN en tant que noeuds individuels et testable expérimentalement. Ce modèle utilise des niveaux d'activité du CDK comme noeuds de contrôle pour la simulation d'évènements du SIN à différents stades du cycle cellulaire. Ce modèle a été optimisé en utilisant des expériences d'un seul "knock-out" avec des effets phénotypiques connus comme set d'entraînement. Il a permis de prédire correctement un set d'évaluation de "knock-out" doubles. De plus, le modèle a fait des prédictions in silico qui ont été validées in vivo, permettant d'obtenir de nouvelles idées de la régulation et l'organisation hiérarchique du SIN. Un autre projet concernant le cycle cellulaire qui fait partie de cette thèse a été la construction d'un modèle qualitatif et minimal de la réciprocité des cyclines dans la S.cerevisiae. Les protéines Clb dans la levure bourgeonnante présentent une activation et une dégradation caractéristique et séquentielle durant le cycle cellulaire, qu'on appelle communément les vagues des Clbs. Cet évènement est coordonné avec la courbe d'activation inverse du Sic1, qui a un rôle inhibitoire dans le système. Pour l'identification des modèles qualitatifs minimaux qui peuvent expliquer ce phénomène, nous avons sélectionné des expériences bien définies et construit tous les modèles minimaux possibles qui, une fois simulés, reproduisent les résultats attendus. Les modèles ont été filtrés en utilisant des simulations ODE qualitatives et standardisées; seules celles qui reproduisaient le phénotype des vagues ont été gardées. L'ensemble des modèles minimaux peut être utilisé pour suggérer des relations regulatoires entre les molécules participant qui peuvent ensuite être testées expérimentalement. Enfin, durant mon doctorat, j'ai participé au SBV Improver Challenge. Le but était de déduire des réseaux spécifiques à des espèces (humain et rat) en utilisant des données de phosphoprotéines, d'expressions des gènes et des cytokines, ainsi qu'un réseau de référence, qui était mis à disposition comme donnée préalable. Notre solution pour ce concours a pris la troisième place. L'approche utilisée est expliquée en détail dans le dernier chapitre de la thèse. -- The present dissertation is entitled "Development and Application of Computational Methodologies in Qualitative Modeling". It encompasses the diverse projects that were undertaken during my time as a PhD student. Instead of a systematic implementation of a framework defined a priori, this thesis should be considered as an exploration of the methods that can help us infer the blueprint of regulatory and signaling processes. This exploration was driven by concrete biological questions, rather than theoretical investigation. Even though the projects involved divergent systems (gene regulatory networks of cell cycle, signaling networks in lung cells), as well as organisms (fission yeast, budding yeast, rat, human), our goals were complementary and coherent. The main project of the thesis is the modeling of the Septation Initiation Network (SIN) in S.pombe. Cytokinesis in fission yeast is controlled by the SIN, a protein kinase signaling network that uses the spindle pole body as scaffold. In order to describe the qualitative behavior of the system and predict unknown mutant behaviors we decided to adopt a Boolean modeling approach. In this thesis, we report the construction of an extended, Boolean model of the SIN, comprising most SIN components and regulators as individual, experimentally testable nodes. The model uses CDK activity levels as control nodes for the simulation of SIN related events in different stages of the cell cycle. The model was optimized using single knock-out experiments of known phenotypic effect as a training set, and was able to correctly predict a double knock-out test set. Moreover, the model has made in silico predictions that have been validated in vivo, providing new insights into the regulation and hierarchical organization of the SIN. Another cell cycle related project that is part of this thesis was to create a qualitative, minimal model of cyclin interplay in S.cerevisiae. CLB proteins in budding yeast present a characteristic, sequential activation and decay during the cell cycle, commonly referred to as Clb waves. This event is coordinated with the inverse activation curve of Sic1, which has an inhibitory role in the system. To generate minimal qualitative models that can explain this phenomenon, we selected well-defined experiments and constructed all possible minimal models that, when simulated, reproduce the expected results. The models were filtered using standardized qualitative ODE simulations; only the ones reproducing the wave-like phenotype were kept. The set of minimal models can be used to suggest regulatory relations among the participating molecules, which will subsequently be tested experimentally. Finally, during my PhD I participated in the SBV Improver Challenge. The goal was to infer species-specific (human and rat) networks, using phosphoprotein, gene expression and cytokine data and a reference network provided as prior knowledge. Our solution to the challenge was selected as in the final chapter of the thesis.

MicroRNAs in Ewing's Sarcoma

Les tumeurs de la famille du sarcome d'Ewing (ESFTs) sont les deuxièmes plus fréquentes formes de cancer de l'os chez l'enfant et l'adolescent. Le gène de fusion EWS-FLI1 est associé à 85-90% des ESFTs. Ce cancer a probablement pour origine des cellules souches mésenchymateuses (MSCs). Il a en effet été démontré que les MSCs pédiatriques (hpMSCs) sont particulièrement permissives pour le gène de fusion EWS-FLI1 et que celui-ci induit des gènes de cellules souches embryonnaires. Ceci génère une sous-population de cellules présentant des caractéristiques de cellules souches cancéreuses de sarcome d'Ewing (ESFT CSCs) in vitro. Ces cellules reprogrammées n'ont pas de potentiel tumorigénique et un certain nombre de microARN ne sont pas réprimés ou exprimés comme dans un sarcome d'Ewing primaire et sa sous-population de CSCs. Parmi ces microARN on trouve en particulier les membres de la famille let-7 qui jouent un rôle clé dans le contrôle de l'état de différenciation des cellules et régulent de nombreux oncogènes. De plus, leur répression serait capable de favoriser la tumorigénèse. Tous les membres de la famille des microARNs let-7 ont un régulateur commun, la protéine lin-28, qui exerce notamment son action en bloquant la maturation de ces microARNs. Dans ce travail, il s'agira d'évaluer si la co-expression de EWS-FLI1 et de lin-28 dans des hpMSCs permet de créer une sous-population de cellules présentant les caractéristiques de ESFT CSCs. Nous évaluerons l'effet de lin-28 sur les membres de la famille des let7 dans les hpMSCs et apprécierons le potentiel tumorigénique in vivo des hpMSCs exprimant EWS-FLI1 et lin-28. L'outil « Targetscan » est un logiciel qui permet de prédire les cibles des microARN en analysant leur séquence et en la comparant à l'ARN messager 3' non transcrit. Pour les microARN de la famille des let-7, cet outil identifie des gènes cibles potentiels qui jouent un rôle important dans le sarcome d'Ewing. Nous évaluerons si ces protéines sont en effet régulées de façon let-7 dépendante et les conséquences sur la pathogénèse des ESFTs.

Les "graffiti" sur céramique d'"Aventicum" (Avenches) : éléments de réflexion sur la population du "Caput Ciuitatis Heluetiorum"

Cette étude porte sur les 1829 graffiti sur céramique d'époque gallo-romaine retrouvés sur le site d'Avenches. Ils offrent de précieux repères pour estimer les effets de la romanisation et les persistances des traditions indigènes. Soumis à un examen attentif combinant les approches linguistique, iconographique, céramologique, spatiale et chronologique, ils nous renseignent sur certains domaines, comme les pratiques religieuses, les modes de consommation, les usages commerciaux et le système de mesure employé, mais également sur la composition de la société, via les tendances onomastiques. Les dessins et les graffiti indéterminés, qui sont difficiles ou impossibles à comprendre, permettent néanmoins de susciter la réflexion sur plusieurs questions, comme la valeur des symboles et de certains dessins, le sens des graffiti équivoques. Les informations épigraphiques, la restitution des inscriptions et l'étude de l'alphabet fournissent également des renseignements importants sur l'écriture, la langue, l'éducation et le degré d'alphabétisation de la population. Se rapportant à une autre catégorie de la population d'Avenches, celle des artisans, les quelques graffiti ante cocturam livrent quant à eux des informations concernant l'organisation sociale et l'histoire des artisans. Combiner les résultats obtenus dans différents domaines est primordial pour comprendre le phénomène des graffiti à Avenches durant l'époque romaine. Deux questions reviennent systématiquement dans chacun de nos chapitres : l'identité des auteurs des graffiti et la signification du message gravé. Cette dernière est parfois limpide ; plus souvent elle donne lieu à diverses interprétations. Mais qui sont les scripteurs ? Certaines couches de la société sont-elles à exclure ou à privilégier ? On sait que l'élite des helvètes avait obtenu très tôt la citoyenneté romaine, mais les utilisateurs des récipients appartenaient-ils à cette élite ? En principe, tout un chacun avait la possibilité d'inscrire son nom sur un récipient, qu'il fût de basse extraction ou qu'il se trouvât au somment de la hiérarchie sociale de la cité. Ce sont les circonstances qui conduisent un individu à graver son nom sur un récipient : pour éviter de le perdre, pour qu'on ne l'utilise pas, ou pour le reconnaître à l'occasion d'une célébration, dans un cadre communautaire. Vu la prédominance des noms latins indigènes et gaulois, les nombreux noms grecs et la rareté des noms italiens, faut-il déduire que les scripteurs appartenaient aux couches basses et moyennes de la population ? Ce serait faire fi des mises en garde et des précautions appliquées tout au long de l'étude. D'un point de vue terminologique, il apparaît que la formule « marque de propriété » est une appellation générique se rapportant à un geste bien précis, mais réalisé dans des circonstances très variables. Les auteurs des graffiti ne composent en tout cas pas un groupe homogène. Des femmes, des hommes et peut-être des enfants ont laissé leurs traces sur les récipients. Leur statut, leur condition sociale et leur origine ne sont pas aisés à identifier. L'origine des noms révèle des tendances sur la mode onomastique, tandis que la forme qu'ils revêtent en relation avec le statut de la ville nous conduit à d'intéressantes constatations diachroniques sur l'onomastique de la population d'Avenches. La présence des indications chiffrées et des abréviations codifiées est à mettre en relation avec les besoins domestiques, de la cuisine et de l'approvisionnement, avec le monde du commerce et de l'artisanat, pour la vente ou pour le contrôle de la production. La variété des écritures est probablement liée au support et au type de message inscrit, mais elle témoigne également d'une production épigraphique provenant d'un spectre relativement large de la population, qui se tourne vers cette pratique de l'écrit pour répondre à des besoins quotidiens.

Tracking the ghost of coevolution in specific plant-insect interactions : the case of the pollination system between the globeflower Trollius europaeus and seven european Chiastocheta flies

This study aims at understanding the evolutionary processes at work in specialized species interactions. Prom the macroevolutionary perspective, coevolution among specialized taxa was proposed to be one of the major processes generating biodiversity. We challenge this idea from the theoretical and practical perspective and through a literature review and show that the major hypotheses linking coevolutionary process with macroevolutionary patterns do not necessarily predict lineage co diversification and parallel speciation, limit¬ing the utility of the comparative phylogenenetic approach for investigating coevolution¬ary processes. We also point to the rarity of observed long-term coevolutionary dynamics among lineages and propose that coevolution rather occurs in shorter timescales, followed by ecological fitting. Prom the empirical point, we focus on the nursery pollination interaction between the European globeflower Trollius europaeus (Ranunculaceae) and its associated Chiastocheta flies (Anthomyiidae; Diptera) as a model system of evolution and maintenance of special¬ized interactions. The flies are obligate parasites of the seeds, but also pollinate the plant - it was thus proposed that both species are mutually dependent. Contrasting with the paradigm used for two decades of research on this system, we show that the female fitness component of the plant is similar in the populations with and without Chiastocheta. The plant is thus not exclusively dependent on the flies for reproduction. We discuss this result in the context of the factors responsible for the evolution of mutualistic systems. Understanding the evolution of a biological system requires understanding of its phylo- genetic context. Previous studies showed large mismatch between mtDNA phylogeny and morphological taxonomy in Chiastocheta. By using a large set of RAD-sequencing loci, we delineate the species limits that are congruent with morphology, and show that the discordance is best explained by the scenario of mitochondrial capture among fly species. Finally, we examine this system from a phylogeographic perspective, and identify the lack of congruence in spatial genetic structures of the plant and associated insects across their whole geographic range. The flies show lower numbers of spatial genetic groups than the plant, indicating that not all of the plant réfugia were shared by all the fly species or that the migration dynamics homogenized some of the groups. The incongruence in spatial genetic patterns indicates that fly migrations were largely independent from the genetic background of the plant, following rather a scenario of resource tracking, without the signature of coevolutionary process at this scale. Indeed, while the flies require the plant to survive climatic oscillations, the opposite is not true. Eventually, we show that there is no phylogenetic signal of spatial genetic structures, meaning that neither histories nor life- history traits are shared among closely related species and that species are characterized by unique trajectories of their genes. -- Cette étude vise à comprendre les processus évolutifs à l'oeuvre au sein d'interactions en¬tre espèces spécialisées. Du point de vue macroévolutif, la coévolution entre les taxons spécialisée a été considérée comme l'un des principaux processus générateur de biodiversité. Nous contestons cette idée du point de vue théorique et pratique à travers une revue de la littérature. Nous montrons que les hypothèses majeures reliant les processus coévolutifs avec les patterns de diversité au niveau macroévolutif ne prédisent pas nécessairement la co- diversification des lignées et leur spéciation parallèle, ce qui limite l'utilité de l'approche de phylogénie comparative pour étudier les processus coévolutifs . Nous rappelons également le peu d'exemples de dynamique coévolutive à long terme et proposons que la coévolution se produit plutôt dans des intervalles courts, suivis d'ajustements écologiques. Du point empirique, nous nous concentrons sur l'interaction de pollinisation entre le Trolle d'Europe Trollius europaeus (Ranunculaceae) et ses pollinisateurs associés, du genre Chiastocheta (Anthomyiidae; Diptera) en tant que système-modèle pour étudier l'évolution et le maintien des interactions spécialisées. Les mouches sont des parasites obligatoires des semences, mais pollinisent également la plante. Il a donc été proposé que les deux espèces soient mutuellement dépendantes. Contrastant avec le paradigme utilisé pendant deux décennies de recherche sur ce système, nous montrons, que la composante de fitness femelle de la plante est similaire dans les populations avec et sans Chiastocheta. La plante ne dépend donc pas exclusivement de son interaction avec les mouches pour la reproduction. Nous discutons de ce résultat dans le contexte des facteurs responsables de l'évolution des systèmes mutualistes. Comprendre l'évolution d'un système biologique nécessite la compréhension de son con- texte phylogénétique. Des études antérieures ont montré, chez Chiastocheta, de grandes disparités entre les phylogénies obtenues à partir d'ADN mitochondrial et la taxonomie basée sur les critères morphologiques. En utilisant un grand nombre de loci obtenus par RAD-sequencing, nous traçons les limites des espèces, qui concordent avec les car¬actéristiques morphologies, et montrons que la discordance s'explique en fait par un scénario de capture mitochondriale entre espèces de mouches. Enfin, nous examinons le système d'un point de vue phylogéographique, et identi¬fions les incohérences entre structurations génétiques spatiales de la plante et des insectes associés dans toute leur aire de distribution géographique. Les mouches présentent un nombre de groupes génétiques inférieur à la plante, indiquant que tous les refuges de la plante n'étaient pas partagés par toutes les espèces de mouches ou que les dynamiques migratoires ont homogénéisés certains des groupes chez les mouches. Les différences ob¬servées dans les patrons de structuration génétique spatiale indique que les migrations et dispersions des mouches ont été indépendantes du contexte génétique de la plante, et ces dernières ont été uniquement tributaires de la disponibilité des ressources, sans qu'il n'y ait de signature du processus de coévolution à cette échelle. En effet, tandis que les mouches ont besoin de la plante pour survivre aux oscillations climatiques, le contraire n'est pas exact. Finalement, nous montrons qu'il n'y a pas de signal phylogénétique des structurations génétiques spatiales chez les mouches, ce qui signifie que ni l'histoire, ni les traits d'histoire de vie ne sont partagés entre les espèces phylogénétiquement proches et que les espèces sont caractérisées par des trajectoires uniques de leurs gènes.

Assessing the use of very high resolution data to predict species distribution in a mountain environment

Nowadays, Species Distribution Models (SDMs) are a widely used tool. Using different statistical approaches these models reconstruct the realized niche of a species using presence data and a set of variables, often topoclimatic. There utilization range is quite large from understanding single species requirements, to the creation of nature reserve based on species hotspots, or modeling of climate change impact, etc... Most of the time these models are using variables at a resolution of 50km x 50km or 1 km x 1 km. However in some cases these models are used with resolutions below the kilometer scale and thus called high resolution models (100 m x 100 m or 25 m x 25 m). Quite recently a new kind of data has emerged enabling precision up to lm x lm and thus allowing very high resolution modeling. However these new variables are very costly and need an important amount of time to be processed. This is especially the case when these variables are used in complex calculation like models projections over large areas. Moreover the importance of very high resolution data in SDMs has not been assessed yet and is not well understood. Some basic knowledge on what drive species presence-absences is still missing. Indeed, it is not clear whether in mountain areas like the Alps coarse topoclimatic gradients are driving species distributions or if fine scale temperature or topography are more important or if their importance can be neglected when balance to competition or stochasticity. In this thesis I investigated the importance of very high resolution data (2-5m) in species distribution models using either very high resolution topographic, climatic or edaphic variables over a 2000m elevation gradient in the Western Swiss Alps. I also investigated more local responses of these variables for a subset of species living in this area at two precise elvation belts. During this thesis I showed that high resolution data necessitates very good datasets (species and variables for the models) to produce satisfactory results. Indeed, in mountain areas, temperature is the most important factor driving species distribution and needs to be modeled at very fine resolution instead of being interpolated over large surface to produce satisfactory results. Despite the instinctive idea that topographic should be very important at high resolution, results are mitigated. However looking at the importance of variables over a large gradient buffers the importance of the variables. Indeed topographic factors have been shown to be highly important at the subalpine level but their importance decrease at lower elevations. Wether at the mountane level edaphic and land use factors are more important high resolution topographic data is more imporatant at the subalpine level. Finally the biggest improvement in the models happens when edaphic variables are added. Indeed, adding soil variables is of high importance and variables like pH are overpassing the usual topographic variables in SDMs in term of importance in the models. To conclude high resolution is very important in modeling but necessitate very good datasets. Only increasing the resolution of the usual topoclimatic predictors is not sufficient and the use of edaphic predictors has been highlighted as fundamental to produce significantly better models. This is of primary importance, especially if these models are used to reconstruct communities or as basis for biodiversity assessments. -- Ces dernières années, l'utilisation des modèles de distribution d'espèces (SDMs) a continuellement augmenté. Ces modèles utilisent différents outils statistiques afin de reconstruire la niche réalisée d'une espèce à l'aide de variables, notamment climatiques ou topographiques, et de données de présence récoltées sur le terrain. Leur utilisation couvre de nombreux domaines allant de l'étude de l'écologie d'une espèce à la reconstruction de communautés ou à l'impact du réchauffement climatique. La plupart du temps, ces modèles utilisent des occur-rences issues des bases de données mondiales à une résolution plutôt large (1 km ou même 50 km). Certaines bases de données permettent cependant de travailler à haute résolution, par conséquent de descendre en dessous de l'échelle du kilomètre et de travailler avec des résolutions de 100 m x 100 m ou de 25 m x 25 m. Récemment, une nouvelle génération de données à très haute résolution est apparue et permet de travailler à l'échelle du mètre. Les variables qui peuvent être générées sur la base de ces nouvelles données sont cependant très coûteuses et nécessitent un temps conséquent quant à leur traitement. En effet, tout calcul statistique complexe, comme des projections de distribution d'espèces sur de larges surfaces, demande des calculateurs puissants et beaucoup de temps. De plus, les facteurs régissant la distribution des espèces à fine échelle sont encore mal connus et l'importance de variables à haute résolution comme la microtopographie ou la température dans les modèles n'est pas certaine. D'autres facteurs comme la compétition ou la stochasticité naturelle pourraient avoir une influence toute aussi forte. C'est dans ce contexte que se situe mon travail de thèse. J'ai cherché à comprendre l'importance de la haute résolution dans les modèles de distribution d'espèces, que ce soit pour la température, la microtopographie ou les variables édaphiques le long d'un important gradient d'altitude dans les Préalpes vaudoises. J'ai également cherché à comprendre l'impact local de certaines variables potentiellement négligées en raison d'effets confondants le long du gradient altitudinal. Durant cette thèse, j'ai pu monter que les variables à haute résolution, qu'elles soient liées à la température ou à la microtopographie, ne permettent qu'une amélioration substantielle des modèles. Afin de distinguer une amélioration conséquente, il est nécessaire de travailler avec des jeux de données plus importants, tant au niveau des espèces que des variables utilisées. Par exemple, les couches climatiques habituellement interpolées doivent être remplacées par des couches de température modélisées à haute résolution sur la base de données de terrain. Le fait de travailler le long d'un gradient de température de 2000m rend naturellement la température très importante au niveau des modèles. L'importance de la microtopographie est négligeable par rapport à la topographie à une résolution de 25m. Cependant, lorsque l'on regarde à une échelle plus locale, la haute résolution est une variable extrêmement importante dans le milieu subalpin. À l'étage montagnard par contre, les variables liées aux sols et à l'utilisation du sol sont très importantes. Finalement, les modèles de distribution d'espèces ont été particulièrement améliorés par l'addition de variables édaphiques, principalement le pH, dont l'importance supplante ou égale les variables topographique lors de leur ajout aux modèles de distribution d'espèces habituels.

GENETIC ARCHITECTURE, EVOLUTION AND MAINTENANCE OF A COLOR CLINE AT A CONTINENTAL SCALE

On a geological time scale the conditions on earth are very variable and biological patterns (for example the distributions of species) are very dynamic. Understanding large scale patterns of variation observed today thus requires a deep understanding of the historical factors that drove their evolution. In this thesis, we reevaluated the evolution and maintenance of a continental color cline observed in the European barn owl (Tyto alba) using population genetic tools. The colour cline spans from south-est Europe where most individual have pure white underparts to north and east Europe where most individuals have rufous-brown underparts. Our results globally showed that the old scenario, stipulating that the color cline evolved by secondary contact of two color morphs (white and rufous) that evolved in allopatry during the last ice age has to be revised. We collected samples of about 700 barn owls from the Western Palearctic to establish the first population genetic data set for this species. Individuals were genotyped at 22 microsatellites markers, at one mitochondrial gene, and at a candidate color gene. The color of each individuals was assessed and their sex determined by molecular methods. We first showed that the genetic variation in Western Europe is very limited compared to the heritable color variation. We found no evidences of different glacial lineages, and showed that selection must be involved in the maintenance of the color cline (chapter 1). Using computer simulations, we demonstrated that the post-glacial colonization of Europe occurred from the Iberian Peninsula and that the color cline could not have evolved by neutral demographic processes during this colonization (chapter 2). Finally we reevaluated the whole history of the establishment of the Western Palearctic variation of the barn owl (chapter 3): This study showed that all Western European barn owls descend from white barn owls phenotypes from the Middle East that colonized the Iberian Peninsula via North-Africa. Following the end of the last ice age (20'000 years ago), these white barn owls colonized Western Europe and under selection a novel rufous phenotype evolved (during or after the colonization). An important part of the color variation could be explained by a single mutation in the melanocortin-1-receptor (MC1R) gene that appeared during or after the colonization. The colonization of Europe reached until Greece, where the rufous birds encountered white ones (which reached Greece from the Middle East over the Bosporus) in a secondary contact zone. Our analyses show that white and rufous barn owls in Greece interbreed only to a limited extent. This suggests that barn owls are at the verge of becoming two species in Greece and demonstrates that European barn owls represent an incipient ring species around the Mediterranean. The revisited history of the establishment of the European barn owl color cline makes this model system remarkable for several aspects. It is a very clear example of strong local adaptation that can be achieved despite high gene flow (strong color and MC1R differentiation despite almost no neutral genetic differentiation). It also offers a wonderful model system to study the interactions between colonization processes and selection processes which have, for now, been remarkably understudied despite their potentially ubiquitous importance. Finally it represents a very interesting case in the speciation continuum and appeals for further studying the amount of gene flow that occurs between the color morphs in Greece. -- Sur l'échelle des temps géologiques, les conditions sur terre sont très variables et les patrons biologiques (telle que la distribution des espèces) sont très dynamiques. Si l'on veut comprendre des patrons que l'on peut observer à large échelle aujourd'hui, il est nécessaire de d'abord comprendre les facteurs historiques qui ont gouverné leur établissement. Dans cette thèse, nous allons réévaluer, grâce à des outils modernes de génétique des populations, l'évolution et la maintenance d'un cline de couleur continental observé chez l'effraie des clochers européenne (Tyto alba). Globalement, nos résultats montrent que le scenario accepté jusqu'à maintenant, qui stipule que le cline de couleur a évolué à partir du contact secondaire de deux morphes de couleur (blanches et rousses) ayant évolué en allopatrie durant les dernières glaciations, est à revoir. Afin de constituer le premier jeu de données de génétique des populations pour cette espèce, nous avons récolté des échantillons d'environ 700 effraies de l'ouest Paléarctique. Nous avons génotypé tous les individus à 22 loci microsatellites, sur un gène mitochondrial et sur un autre gène participant au déterminisme de la couleur. Nous avons aussi mesuré la couleur de tous les individus et déterminé leur sexe génétiquement. Nous avons tout d'abord pu montrer que la variation génétique neutre est négligeable en comparaison avec la variation héritable de couleur, qu'il n'existe qu'une seule lignée européenne et que de la sélection doit être impliquée dans le maintien du cline de couleur (chapitre 1). Grâce à des simulations informatiques, nous avons démontré que l'ensemble de l'Europe de l'ouest a été recolonisé depuis la Péninsule Ibérique après les dernières glaciations et que le cline de couleur ne peut pas avoir évolué par des processus neutre durant cette colonisation (chapitre 2). Finalement, nous avons réévalué l'ensemble de l'histoire postglaciaire de l'espèce dans l'ouest Paléarctique (chapitre 3): l'ensemble des effraies du Paléarctique descendent d'effraie claire du Moyen-Orient qui ont colonisé la péninsule ibérique en passant par l'Afrique du nord. Après la fin de la dernière glaciation (il y a 20'000 ans), ces effraies claires ont colonisé l'Europe de l'ouest et ont évolués par sélection le phénotype roux (durant ou après la colonisation). Une part importante de la variation de couleur peut être expliquée par une mutation sur le gène MC1R qui est apparue durant ou juste après la colonisation. Cette vague de colonisation s'est poursuivie jusqu'en Grèce où ces effraies rousses ont rencontré dans une zone de contact secondaire des effraies claires (qui sont remontées en Grèce depuis le Moyen-Orient via le Bosphore). Nos analyses montrent que le flux de gènes entre effraies blanches et rousses est limité en Grèce, ce qui suggère qu'elles sont en passe de former deux espèces et ce qui montre que les effraies constituent un exemple naissant de spéciation en anneaux autour de la Méditerranée. L'histoire revisitée des effraies des clochers de l'ouest Paléarctique en fait un système modèle remarquable pour plusieurs aspects. C'est un exemple très claire de forte adaptation locale maintenue malgré un fort flux de gènes (différenciation forte de couleur et sur le gène MC1R malgré presque aucune structure neutre). Il offre également un très bon système pour étudier l'interaction entre colonisation et sélection, un thème ayant été remarquablement peu étudié malgré son importance. Et il offre finalement un cas très intéressant dans le « continuum de spéciation » et il serait très intéressant d'étudier plus en détail l'importance du flux de gènes entre les morphes de couleur en Grèce.

Distribution des fourmis des bois et espèces apprentées (Hymenoptera, Formicidae, genre Formica) dans le canton de Vaud

This article shows the current distribution of seven ant species of the genus Formica (Hymenoptera, Formicidae, Formicinae) in the canton Waadt. Five species of wood ants (Formica subgenus Formica s.str.: F. rufa, F. polyctena, F. pratensis, F. lugubris et F. paralugubris) and two close species F (Formica) truncorum) et F. (Raptiformica) snaguinea) were investigated. The records originate from different surveys between 1996 and 2009 and offer the opportunity of an up to date overview of the species distribution.

Accumulation des carbohydrates chez les sexués de plusieurs espèces de fourmis en relation avec l'existence ou l'absence d'un vol nuptial

The dispersal strategy of ants generally makes use of a nuptial flight to bring together the sexes. The energy necessary to accomplish this flight comes from stored carbohydrates. However, in some species, one of the sexes does not fly and mating occurs in the nest. This is the case in Iridomyrmex humilis and Cataglyphis cursor, in which the virgin queens possess wings but not leave the natal nest. We show in this work that the winged females of these two species accumulate very little carbohydrate during the maturation period occuring between emergence and mating: expressed as a percentage of dry weight at the time of mating, the total carbohydrates reach only 3.2% in I. humilis and 2.1% in C. cursor. In contrast, the males of these species which fly, possess three to four times more carbohydrates (13.0% and 6.2%, respectively). These latter values are very similar to those found for both sexes of species employing nuptial flights, such several species of wood ants (Formica rufa, F. polyctena, F. lugubris ), Lasius (L. niger , L. flavus ) or Myrmica scabrinodis also studied here. It appears that the absence of the mating flight is associated with reduced levels of carbohydrates, specially glycogen

L'histoire naturelle au XVIe siècle : regards, lectures et discours sur la nature à travers l'exemple de La nature et diversité des poissons de Pierre Belon (1555)

Plan du travail Nous traiterons de cet aspect historique et contextuel dans la première partie. Les trois premiers chapitres décrivent les fondements antiques et médiévaux de la philosophie naturelle seiziémiste et évoquent l'influence du De animalibus d'Albert le Grand sur les médecins naturalistes. Nous en arriverons alors aux liens qui unissent ces derniers (chapitre IV) et aux conditions matérielles et intellectuelles qui entourent et parfois entravent la parution des ouvrages (chapitre V). Nous nous pencherons ensuite sur l'identité des lecteurs susceptibles d'être intéressés par les traités d'histoire naturelle. Ces lecteurs ont des attentes qui méritent aussi un examen quant à leur origine, car elles conditionnent pour une part variable, mais importante, le contenu des oeuvres (chapitre VI). Confrontés à des critiques, à des obstacles institutionnels parfois séculaires, les médecins naturalistes se défendent pour une part en reprenant les arguments de leurs prédécesseurs médiévaux. Mais nous les verrons mettre en place de nouvelles stratégies, en relation étroite avec le renouveau bien connu de la dialectique et de la rhétorique, qui trouve ses racines en Italie du nord à la fin du XVe siècle. Ce point sera développé dans la seconde partie, qui servira de transition essentielle dans notre exposé. C'est là que nous découvrirons que la rhétorique ne s'impose pas uniquement comme un rituel renouvelé de la dispute médiévale : elle n'entre pas seulement en jeu lorsqu'il s'agit de défendre ses intérêts contre des rivaux ou des adversaires académiques (chapitre VII). Les médecins naturalistes mettent au contraire au point des instruments au service d'un processus heuristique qui s'inspire des nouveaux canons de la rhétorique, dont Rudolph Agricola est un des théoriciens principaux (chapitre VIII). Ces observations nous amèneront à repréciser ce qu'il faut entendre par philosophie naturelle au XVIe siècle, notamment au travers de l'autorité de personnages comme Théodore Gaza (chapitre IX) et à définir les fondements généraux de l'histoire naturelle seiziémiste, en adoptant des points de vue divers : examen des tables des matières d'ouvrages, des réflexions des médecins naturalistes, avec à leur tête Conrad Gesner, ou encore étude de la pénétration de l'histoire naturelle dans quelques récits des voyageurs aux Amériques (chapitre X et XI). Arrivé à ce point de l'exposé, le lecteur aura constaté que la solidité de l'histoire naturelle seiziémiste tient à une stratégie discursive soigneusement élaborée. Le développement détaillé et l'application de ce nouveau processus, qui s'ancre au plus profond du discours descriptif de la nature, seront décrits dans la troisième partie. Nous commencerons par y rappeler quels sont les instruments antiques de la description des particulares, l'accident et la différence, que les médecins naturalistes adaptent à leurs exigences heuristiques (chapitre XII). Nous verrons le rôle de "nota", outil discursif méconnu, qui désigne les éléments décisifs ou arguments par lesquels les médecins naturalistes identifient les espèces décrites par les anciens en les confrontant aux espèces réelles (chapitre XIII). Une fois présenté l'instrument descriptif, se pose la question de son utilisation par les médecins naturalistes et de son évaluation par rapport au fonctionnement de la taxonomie moderne (chapitre XIV). La différence entre les deux regards sur la nature apparaîtra comme fondamentale : les médecins naturalistes assignent à leurs investigations des limites, inhérentes à l'origine sacrée de leur quête, qui relève de la philosophie, elle-même subordonnée à la théologie. Cela se percevra par exemple dans la description des animaux du Nouveau Monde. Les conséquences de cette constatation sont considérables : elles remettent en cause le statut du "savant" du XVIe siècle, qui ne saurait être assimilé à l'observateur extérieur tel que l'érige la science des Lumières. Belon et ses collègues se disent plutôt des "contemplateurs" et des interprètes, ce qui les rapprochent de la figure du poète, avec qui ils entretiennent des rapports ambivalents. C'est la relation même du médecin naturaliste au langage de la nature qui s'en trouve affectée : le savant n'a pas la maîtrise du discours, dans la mesure où les signes qu'il interprète et, dans une certaine mesure, ordonne, du latin : les noms d'espèces, entre autres dans les titres de notices descriptives, pour mieux cerner la relation entre la langue antique et la vernaculaire, ainsi que la notion de langue originelle chez les médecins naturalistes (chapitre XVIII). Les points communs qui émergeront de cette confrontation feront disparaître le clivage anachronique entre langue latine et langue vernaculaire, de même que l'hypothèse de l'insuffisance lexicale de la seconde, dont les médecins naturalistes auraient en vain voulu faire l'instrument de la science moderne (chapitre XIX). Le chapitre XX aura pour but d'établir le lien et l'adéquation entre les caractéristiques du discours descriptif ainsi mises en évidence et les fondements véritables de l'histoire naturelle seiziémiste.

Détermination spécifique d'individus vivants des deux espèces jumelles Sorex araneus et S. coronatus, par deux techniques biochimiques (Insectivora, Soricidae)

As the morphological determination of living individuals of the two sibling species S. araneus and S. coronatus is not possible, we have tested two biochemical methods to determine these shrews in ecological studies. After producing specific antibodies by rabbits, we performed an immunological test on 25 individuals. With this first method, a correct determination was achieved in 76% of the cases only. The second method proved very successful: a polyacrylamide gel electrophoresis showed a systematic difference for albumin (73 individuals analyzed). According to our experience, the necessary blood sampling (10-20 μl) seems harmless for the shrews