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.

Regulation of free corticosterone and CBG capacity under different environmental conditions in altricial nestlings.

The concentration of circulating glucocorticoids is regulated in response to environmental and endogenous conditions. Total circulating corticosterone, the main glucocorticoid in birds, consists of a fraction which is bound to corticosterone-binding globulins (CBG) and a free fraction. There is increasing evidence that the environment modulates free corticosterone levels through varying the concentration of CBG, but experimental evidence is lacking. To test the hypothesis that the regulation of chronic stress in response to endogenous and environmental conditions involves variation in both corticosterone release and CBG capacity, we performed an experiment with barn owl (Tyto alba) nestlings in two different years with pronounced differences in environmental conditions and in nestlings experimentally fed ad libitum. In half of the individuals we implanted a corticosterone-releasing pellet to artificially increase corticosterone levels and in the other half we implanted a placebo pellet. We then repeatedly collected blood samples to measure the change in total and free corticosterone levels as well as CBG capacity. The increase in circulating total corticosterone after artificial corticosterone administration varied with environmental conditions and with the food regime of the nestlings. The highest total corticosterone levels were found in nestlings growing up in poor environmental conditions and the lowest in ad libitum fed nestlings. CBG was highest in the year with poor environmental conditions, so that, contrary to total corticosterone, free corticosterone levels were low under poor environmental conditions. When nestlings were fed ad libitum total corticosterone, CBG and free corticosterone did not increase when administering corticosterone. These results suggest that depending on the individual history an animal experienced during development the HPA-axis is regulated differently.

Influence of environmental conditions on the distribution of Central Asian green toads with three ploidy levels.

We studied the distribution of Palearctic green toads (Bufo viridis subgroup), an anuran species group with three ploidy levels, inhabiting the Central Asian Amudarya River drainage. Various approaches (one-way, multivariate, components variance analyses and maximum entropy modelling) were used to estimate the effect of altitude, precipitation, temperature and land vegetation covers on the distribution of toads. It is usually assumed that polyploid species occur in regions with harsher climatic conditions (higher latitudes, elevations, etc.), but for the green toads complex, we revealed a more intricate situation. The diploid species (Bufo shaartusiensis and Bufo turanensis) inhabit the arid lowlands (from 44 to 789 m a.s.l.), while tetraploid Bufo pewzowi were recorded in mountainous regions (340-3492 m a.s.l.) with usually lower temperatures and higher precipitation rates than in the region inhabited by diploid species. The triploid species Bufo baturae was found in the Pamirs (Tajikistan) at the highest altitudes (2503-3859 m a.s.l.) under the harshest climatic conditions.

Geochemical compositions of marine fossils as proxies for reconstructing ancient environmental conditions.

A brief summary is given here about some of the geochemical methodologies that are often used to obtain information from fossils and sediments about the past environment. Such methods are frequently applied in our project in which the formation of Paleogene phosphate sequences in North Africa is investigated. These layers were deposited in shallow marine seas during a period of extreme warm climate with a high CO(2) concentration in the atmosphere. Some of the characteristics of this greenhouse interval are similar to the modern anthropogenic situation hence it is intensively investigated from several aspects by many scientists. Here the geochemical compositions of fossils deposited during this time are discussed, focusing on how the data are obtained and how they could be evaluated in terms of palaeo-environmental conditions.

The influence of environmental conditions on immune responses, morphology and recapture probability of nestling house martins (Delichon urbica)

Nestling birds produced later in the season are hypothesized to be of poor quality with a low probability of survival and recruitment. In a Spanish population of house martins (Delichon urbica), we first compared reproductive success, immune responses and morphological traits between the first and the second broods. Second, we investigated the effects of an ectoparasite treatment and breeding date on the recapture rate the following year. Due probably to a reverse situation in weather conditions during the experiment, with more rain during rearing of the first brood, nestlings reared during the second brood were in better condition and had stronger immune responses compared with nestlings from the first brood. Contrary to other findings on house martins, we found a similar recapture rate for chicks reared during the first and the second brood. Furthermore, ectoparasitic house martin bugs had no significant effect on the recapture rate. Recaptured birds had similar morphology but higher immunoglobulin levels when nestlings compared with non-recaptured birds. This result implies that a measure of immune function is a better predictor of survival than body condition per se.

Genetic and maternal contributions to offspring viability under different environmental conditions in various salmonids

Summary : Due to anthropogenic impacts and natural fluctuations, fish usually have to cope with constantly changing and often hostile environments. Whereas adult fish have various possibilities to counteract unfavourable environmental conditions, embryos have much fewer options. Besides by their developing immune system, they are protected by the egg envelopes and several immune substances provided by their mothers. In addition to this, they may also adjust their hatching timing in reaction to various risks. However, individuals may vary in their defensive potential. This variation may be either based on their genetics and/or on differential maternal investments and may be dependent on the experienced stress. Nevertheless, in fish, the impact of such parental contributions on embryo and/or juvenile viability is still poorly investigated. The main objective of this thesis was to investigate the importance of paternal (i.e. genetic) and maternal (i.e. genetic + egg investment) contributions to offspring viability under different environmental conditions and at different life stages. In order to investigate this, we used gametes of various salmonids for in vitro fertilisation experiments based on full-factorial breeding designs. The individual studies are summarised in the following chapters: In the first chapter, we tested the effectiveness of the embryonic immune system in Lake whitefish (Coregonus palaea). Namely, we investigated paternal and maternal contributions to the embryos' tolerance to different kinds of pathogen exposure. Additionally, we tested whether an early sub-léthal exposure has a positive or a negative effect on an embryo's susceptibility to later pathogen exposures with the same pathogen. We found that pre-challenged embryos were more susceptible to future challenges. Moreover, pathogen susceptibility was dependent on maternal investments and/or the embryos' own genetics, depending on the challenge level. Chapter 2 summarises a similar study with brown trout (Salmo trutta). In addition to the previously described investigations, we analysed if genetic effects on offspring viability are mediated either by parental MHC genotypes or relatedness based on neutral microsatellite markers, and we tested if males signal their genetic quality either by their body size or their melanin-based skin colouration. We found that embryo survival was lower at higher stress levels and dependent on the embryos' genetics. Addirionally, parents with similar and/or, very common MHC genotypes had higher offspring viabilities. Finally, darker males produced more viable offspring. In the first two chapters we investigated the embryos' defensive potential based on their immune system, i.e. their pathogen tolerance. In chapter 3 we investigate whether hatching timing of Lake whitefìsh (C. palaea) is dependent on parental contributions and/or on pathogen pressure, and whether there are parental-environmental interactions. We found that whitefish embryos hatch earlier under increasing pathogen pressure. Moreover, hatching timing was affected by embryo genetics and/or maternally provided resources, but the magnitude of the effect was dependent on the pathogen. pressure. We also found a significant paternal-environmental interaction, indicating that the hatching efficiency of a certain sib group is dependent on the pathogen environment. Chapter 4 describes an analogous study with brown trout (S. trutta), with similar findings. In the former chapters, we only looked at offspring performance during the embryonic period, and only under semi-natural conditions. In chapter 5 we now test the performance and viability of embryonic and juvenile brown trout (S. trutta) under natural conditions. To measure embryo viability, we put them in brood boxes, buried them in the gravel of a natural river, and analysed survival after several months. To investigate juvenile survival and performance, wé reared embryos under different stress levels in the laboratory and subsequently released the resulting hatchlings in to a closed river section. Juvenile size and survival was then determined one year later. Additionally, we investigated if sires differ in their genetic quality, determined by embryo and juvenile survival as well as juvenile size, and if they signal their quality by either body size or melanin-based body darkness. We found hat juvenile size was dependent on genetic effects and on maternal investment, whereas this was neither the case for embryo nor for juvenile survival. Additionally, we found that offspring of darker males grew larger, and larger juveniles had also an increased survival. Finally, we found acarry-over effect of the early non-lethal challenge: exposing embryos to higher stress levels resulted in smaller juveniles. To evaluate the long-term performance of differently treated groups, mark-recapture studies are inevitable. For this purpose, effective mass-marking techniques are essential. In chapter 6 we tested the suitability of the fluorescent pigment spray marking method for the mass marking of European graylings (Thymallus thymallus), with very promising results. Our in vitro fertilisation studies on whitefish may reveal new insights on potential genetic benefits of mate choice, but the mating system of whitefish under natural conditions is still poorly investigated. In order to study this, we installed underwater cameras at the spawning place of a Coregonus suidteri population, recorded the whole mating period and subsequently analysed the recordings. Confirmations of previous findings as well as exciting new observations are listed and discussed in chapter 7. Dus aux impacts anthropogéniques et aux fluctuations naturelles, les poissons doivent faire face à des environnements en perpétuel changement. Ces changements font que les poissons doivent s'adapter à de nouvelles situations, souvent hostiles pour eux. Les adultes ont différentes possibilités d'échapper à un environnement peu favorable, ce n'est par contre pas le cas des embryons. Les embryons sont protégés d'une part par leur système immunitaire en développement, d'autre part, par la coquille de l'eeuf et différentes substances immunitaires fournies par leur mère. De plus, ils sont capables d'influencer leur propre date d'éclosion en réponse à différents facteurs de stress. Malgré tout, les individus varient dans leur capacité à se défendre. Cette variation peut être basé sur des facteurs génétiques et/ou sur des facteurs maternels, et est dépendante du stress subi. Néanmoins, chez les poissons, l'impact de telles contributions parentales sur la survie d'embryons et/ou juvéniles est peu étudié. L'objectif principal de cette thèse a été d'approfondir les connaissances sur l'importance de la contribution paternelle (c.a.d. génétique) et maternelle (c.a.d. génétique + investissement dans l'oeuf) sur la survie des jeunes dans différentes conditions expérimentales et stades de vie. Pour faire ces analyses, nous avons utilisé des gamètes de divers salmonidés issus de croisements 'full-factorial'. Les différentes expériences sont résumées dans les chapitres suivants: Dans le premier chapitre, nous avons testé l'efficacité du système immunitaire des embryons chez les corégones (Coregonus palea). Plus précisément nous avons étudié la contribution paternelle et maternelle à la tolérance des embryons à différents niveaux de stress pathogène. Nous avons aussi testé, si une première exposition non létale à un pathogène avait un effet positif ou négatif sur la susceptibilité d'un embryon a une deuxième exposition au même pathogène. Nous avons trouvé que des embryons qui avaient été exposés une première fois étaient plus sensibles au pathogène par la suite. Mais aussi que la sensibilité au pathogène était dépendante de l'investissement de la mère et/ou des gènes de l'embryon, dépendamment du niveau de stress. Le deuxième chapitre résume une étude similaire avec des truites (Salmo truffa). Nous avons examiné, si la survie des jeunes variait sous différentes intensités de stress, et si la variance observée était due aux gènes des parents. Nous avons aussi analysé si les effets génétiques sur la survie des juvéniles étaient dus au MHC (Major Histocompatibility Complex) ou au degré de parenté des parents. De plus, nous avons analysé si les mâles signalaient leur qualité génétique par la taille du corps ou par leur coloration noire, due à la mélanine. On a trouvé que la survie des embryons était plus basse quand le niveau de stress était plus haut mais que la variation restait dépendante de la génétique des embryons. De plus, les parents avec des MHC similaires et/ou communs avaient des embryons avec une meilleure survie. Par contre, des parents avec un degré de parenté plus haut produisent des embryons avec une survie plus mauvaise. Finalement nous avons montré que les mâles plus foncés ont des embryons qui survivent mieux, mais que la taille des mâles n'a pas d'influence sur la survie de ces mêmes embryons. Dans les deux premiers chapitres, nous avons étudié le potentiel de défense des embryons basé sur leur système immunitaire, c.a.d. leur tolérance aux pathogènes. Dans le troisième chapitre, nous nous intéressons à la date d'éclosion des corégones (C. palea), pour voir si elle est influencée par les parents ou par la pression des pathogènes, et si il y a une interaction entre ces deux facteurs. Nous avons trouvé que les jeunes naissent plus rapidement lorsque la pression en pathogènes augmente. La date d'éclosion est influencée par la génétique des embryons et/ou l'investissement des parents, mais c'est la magnitude des effets qui est dépendante de la pression du pathogène. Nous avons aussi trouvé une interaction entre l'effet paternel et l'environnement, ce qui indique que la rapidité d'éclosion de certains croisements est dépendante des pathogènes dans l'environnement. Le chapitre 4 décrit une étude analogue avec de truites (S. truffa), avec des résultats sitzimilaires. Dans les précédents chapitres nous nous sommes uniquement concentrés sur les performances des jeunes durant leur stade embryonnaire, et seulement dans des conditions semi naturelles. Dans le chapitre 5 nous testons la performance et la viabilité des embryons et de juvéniles de truites (S. truffa) dans des conditions naturelles. Nous avons trouvé que la taille des juvéniles était dépendante d'effets génétiques et de l'investissement maternel, mais ceci n'était ni les cas pour les survie des embryons et des juvéniles. De plus, nous avons trouvé que les jeunes des mâles plus foncés devenaient plus grands et que les grands ont un meilleur taux de survie. Finalement nous avons trouvé un 'carry-over effect' d'une première exposition non létale à un pathogène: exposer des embryons à des plus hauts niveaux de stress donnait des juvéniles plus petits. Pour évaluer la performance à long terme de groupes traités dé manières différentes, une méthode de marquage-recapture est inévitable. Pour cette raison, des techniques de marquage en masse sont nécessaires. Dans le chapitre 6, nous avons testé l'efficacité de la technique `fluorescent pigment spray marking' pour le marquage en masse de l'Ombre commun (Thymallus thymallus), avec des résultats très prometteurs. Les études de fertilisations in vitro avec les corégones nous donnent une idée du potentiel bénéfice génétique que représente la sélection d'un bon partenaire, même si le système d'accouplement des corégones en milieu naturel reste peu connu. Pour combler cette lacune, nous avons installé des caméras sous-marines autour de la frayère d'une population de corégones (C. suidteri), nous avons enregistré toute la période de reproduction et nous avons analysé les données par la suite. Ainsi, nous avons été capables de confirmer bien des résultats trouvés précédemment, mais aussi de faire de nouvelles observations. Ces résultats sont reportés dans le septième chapitre, où elles sont comparées avec des observations antérieures.

Influence of the menstrual cycle on the sweating response measured by direct calorimetry in women exposed to warm environmental conditions.

The whole body sweating response was measured at rest in eight women during the follicular (F) and the luteal (L) phases of the menstrual cycle. Subjects were exposed for 30-min to neutral (N) environmental conditions [ambient temperature (Ta) 28 degrees C] and then for 90-min to warm (W) environmental conditions (Ta, 35 degrees C) in a direct calorimeter. At the end of the N exposure, tympanic temperature (Tty) was 0.18 (SEM 0.06) degrees C higher in the L than in the F phase (P less than 0.05), whereas mean skin temperature (Tsk) was unchanged. During W exposure, the time to the onset of sweating as well as the concomitant increase in body heat content were similar in both phases. At the onset of sweating, the tympanic threshold temperature (Tty,thresh) was higher in the L phase [37.18 (SEM 0.08) degrees C] than in the F phase [36.95 (SEM 0.07) degrees C; P less than 0.01]. The magnitude of the shift in Tty,thresh [0.23 (SEM 0.07) degrees C] was similar to the L-F difference in Tty observed at the end of the N exposure. The mean skin threshold temperature was not statistically different between the two phases. The slope of the relationship between sweating rate and Tty was similar in F and L. It was concluded that the internal set point temperature of resting women exposed to warm environmental conditions shifted to a higher value during the L phase compared to the F phase of the menstrual cycle; and that the magnitude of the shift corresponded to the difference in internal temperature observed in neutral environmental conditions between the two phases.

Risk of cardiovascular disease in a traditional African population with a high infectious load: a population-based study.

BACKGROUND: To test the inflammatory origin of cardiovascular disease, as opposed to its origin in western lifestyle. Population-based assessment of the prevalences of cardiovascular risk factors and cardiovascular disease in an inflammation-prone African population, including electrocardiography and ankle-arm index measurement. Comparison with known prevalences in American and European societies. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: Traditional population in rural Ghana, characterised by adverse environmental conditions and a high infectious load. Population-based sample of 924 individuals aged 50 years and older. Median values for cardiovascular risk factors, including waist circumference, BMI, blood pressure, and markers of glucose and lipid metabolism and inflammation. Prevalence of myocardial infarction detected by electrocardiography and prevalence of peripheral arterial disease detected by ankle-arm index. When compared to western societies, we found the Ghanaians to have more proinflammatory profiles and less cardiovascular risk factors, including obesity, dysglycaemia, dyslipidaemia, and hypertension. Prevalences of cardiovascular disease were also lower. Definite myocardial infarction was present in 1.2% (95%CI: 0.6 to 2.4%). Peripheral arterial disease was present in 2.8% (95%CI: 1.9 to 4.1%). CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Taken together, our data indicate that for the pathogenesis of cardiovascular disease inflammatory processes alone do not suffice and additional factors, probably lifestyle-related, are mandatory.

The role of microRNAs in the development of type 2 diabets

Pancreatic ß cells are highly specialized endocrine cells located within the islets of Langerhans in the pancreas. Their main role is to produce and secrete insulin, the hormone essential for the regulation of glucose homeostasis and body's metabolism. Diabetes mellitus develops when the amount of insulin released by ß cells is not sufficient to cover the metabolic demand. In type 1 diabetes (5-10% of diagnoses) insulin deficiency is caused by the autoimmune destruction of pancreatic ß cells. Type 2 diabetes (90% of diagnoses) results from a genetic predisposition and from the presence of adverse environmental conditions. The combination of these factors reduces insulin sensitivity of peripheral target tissues, causes impairment in ß-cell function and can lead to partial loss of ß cells. The development of novel therapeutic strategies for the treatment of diabetes necessitates the comprehension of the cellular processes involved in dysfunction and loss of ß cells. My thesis was focused on the involvement in the physiopathological processes leading to the development of diabetes of a class of small regulatory RNA molecules, called microRNAs (miRNAs) that post- transcriptionally regulate gene expression. Global miRNA profiling in pancreatic islets of two animal models of diabetes, the db/db mice and mice that were fed a high fat diet (HFD), characterized by obesity and insulin resistance, led us to identify two groups of miRNAs displaying expression changes under pre-diabetic and diabetic conditions. Among the miRNAs already upregulated in pre-diabetic db/db mice and HFD mice, miR- 132 was found to have beneficial effects on pancreatic ß cell function and survival. Indeed, mimicking the upregulation of miR-132 in primary pancreatic islet cells and ß-cell lines improved glucose- induced insulin secretion and favored survival of the cells upon exposure to pro-apoptotic stimuli such as palmitate and cytokines. MiR-132 was found to exert its action by enhancing the expression of MafA, a transcription factor essential for ß-cell function, survival and identity. On the other hand, up-regulation of miR-199a-5p and miR-199a-3p was detectable only in the islets of diabetic db/db mice and resulted in impaired insulin secretion and sensitization of the cells to apoptosis. MiR-199a- 5p was found to decrease insulin secretion by inducing the expression of granuphilin, a potent inhibitor of ß cell exocytosis. In contrast, miR-199a-3p was demonstrated to directly target and reduce the expression of two key ß-cell genes, mTOR and cMET, resulting in impaired ß-cell adaptation to metabolic demands and loss by apoptosis. Our findings suggest that miRNAs are important players in the onset of type 2 diabetes. MiRNA expression is adjusted in pancreatic ß cells exposed to a diabetogenic environment. These changes initially concern miRNAs responsible for adaptive processes aimed at compensating the onset of insulin resistance, but later such changes can be overlapped by modifications in the level of several additional miRNAs that favor ß-cell failure and the onset of type 2 diabetes.

Geochemical compositions of Neogene phosphatic brachiopods: Implications for ancient environmental and marine conditions

Isotopic and trace element compositions of Miocene and Pliocene phosphatic brachiopods (Lingulidae and Discinidae) from southern North Sea, the Central Paratethys and the Atlantic coast of Europe were investigated in order to trace past environmental conditions and marine connections between the northern boreal and the southern subtropical-tropical marine basins. The North Sea genus Glottidia yielded low epsilon(Nd) and high delta O-18(PO4) values through the Mio-Pliocene indicating cold habitat temperature where the local seawater was dominated by the Atlantic Ocean. In contrast, the Middle Miocene Lingulidae and Discinidae of the Paratethys inhabited warm subtropical seawater with the possible influence of the Indian Ocean via the Mediterranean, as supported by their average epsilon(Nd) value of -8.3. The combined geochemical data support a thermal and marine separation of the Paratethys from the North Sea with no direct connection or major exchange of water from the Miocene onwards. The temperature in the Paratethys was very similar to that inferred from brachiopods from the Middle Miocene of western France, but the seawater epsilon(Nd) value here is identical to that of contemporaneous Atlantic Ocean. A Late Miocene lingulid brachiopod from southern Portugal has a high delta O-18(PO4), similar to the specimens investigated from the North Sea, reflecting either a deep water habitat or formation after the onset of major global cooling that resulted in an increased delta O-18 value of seawater. The epsilon(Nd) value of -8.4 for this site is compatible with an influence of Mediterranean outflow. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Environmental effects of Deccan volcanism across the Cretaceous-Tertiary transition in Meghalaya, India

The Urn Sohryngkew section of Meghalaya, NE India, located 800-1000 km from the Deccan volcanic province, is one of the most complete Cretaceous-Tertiary boundary (KTB) transitions worldwide with all defining and supporting criteria present: mass extinction of planktic foraminifera, first appearance of Danian species, delta(13)C shift, Ir anomaly (12 ppb) and KTB red layer. The geochemical signature of the KTB layer indicates not only an extraterrestrial signal (Ni and all Platinum Group Elements (PGEs)) of a second impact that postdates Chicxulub, but also a significant component resulting from condensed sedimentation (P), redox fluctuations (As, Co, Fe, Pb, Zn, and to a lesser extent Ni and Cu) and volcanism. From the late Maastrichtian C29r into the early Danian, a humid climate prevailed (kaolinite: 40-60%, detrital minerals: 50-80%). During the latest Maastrichtian, periodic acid rains (carbonate dissolution; CIA index: 70-80) associated with pulsed Deccan eruptions and strong continental weathering resulted in mesotrophic waters. The resulting super-stressed environmental conditions led to the demise of nearly all planktic foraminiferal species and blooms (>95%) of the disaster opportunist Guembelitria cretacea. These data reveal that detrimental marine conditions prevailed surrounding the Deccan volcanic province during the main phase of eruptions in C29r below the KTB. Ultimately these environmental conditions led to regionally early extinctions followed by global extinctions at the KTB. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

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.

Controls on ostracod valve geochemistry, Part 1: Variations of environmental parameters in ostracod (micro-)habitats

The variations of environmental conditions (T°, pH, δ13CDIC, [DIC], δ18O, Mg/Ca, and Sr/Ca) of ostracod habitats were examined to determine the controls of environmental parameters on the chemical and isotopic composition of ostracod valves. Results of a one-year monitoring of environmental parameters at five sites, with depths of between 2 and 70 m, in Lake Geneva indicate that in littoral to sub-littoral zones (2, 5, and 13 m), the chemical composition of bottom water varies seasonally in concert with changes in temperature and photosynthetic activity. An increase of temperature and photosynthetic activity leads to an increase in δ13C values of DIC and to precipitation of authigenic calcite, which results in a concomitant increase of Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water. In deeper sites (33 and 70 m), the composition of bottom water remains constant throughout the year and isotopic values and trace element contents are similar to those of deep water within the lake. The chemical composition of interstitial pore water also does not reflect seasonal variations but is controlled by calcite dissolution, aerobic respiration, anaerobic respiration with reduction of sulphate and/or nitrate, and methanogenesis that may occur in the sediment pores. Relative influence of each of these factors on the pore water geochemistry depends on sediment thickness and texture, oxygen content in bottom as well as pore water. Variations of chemical compositions of the ostracod valves of this study vary according to the specific ecology of the ostracod species analysed, that is its life-cycle and its (micro-)habitat. Littoral species have compositions that are related to the seasonal variations of temperature, δ13C values of DIC, and of Mg/Ca and Sr/Ca ratios of water. In contrast, the compositions of profundal species are largely controlled by variations of pore fluids along sediment depth profiles according to the specific depth preference of the species. The control on the geochemistry of sub-littoral species is a combination of controls for the littoral and profundal species as well as the specific ecology of the species.

Genetic and environmental effects on early life-history traits in salmonids

Les changements environnementaux, tels la température ou les maladies infectieuses, peuvent influencer l'évolution en induisant de la sélection, mais ceci à la seule condition qu'il y ait assez de diversité génétique pour les traits en question ou pour l'expression plastique de ces traits. Au cours cette thèse, nous avons étudié l'effet de potentielles pressions environnementales sur différents phénotypes de trois représentants des sous familles des salmonidés: l'ombre commun (Thymallus thymallus; Thymallinae), la truite de rivière {Salmo trutta; Salmoninae) et le corégone Coregonus palaea (Coregoninae). Les salmonidés se prêtent particulièrement bien à ce type d'expériences car étant hautement sensibles aux conditions environnementales, ils montrent une large variabilité dans leurs traits morphologiques, comportementaux ainsi que d'histoire de vie, tout en bénéficiant d'un large intérêt général. Nous avons testé si le sexe de l'ombre commun pouvait être modifié par la température, ce qui pourrait ainsi expliquer un changement abrupte de sex ratio observé dans l'une des plus grandes populations de Suisse. Nous n'avons trouvé aucun indice permettant de conclure que la température puisse induire ce changement chez l'ombre commun ou chez la truite de rivière. De plus nous avons étudié la plasticité de développement ainsi que d'éclosion, et avons observé des différences entre familles ainsi qu'entre populations. Alors que ces différences comportementales entre populations suggéraient une adaptation aux conditions environnementales locales, cette prédiction n'a pas été confirmée par une expérience de transplantation réciproque d'embryons entre cinq rivières de la même région. Cette étude a montré que les embryons ne survivaient pas mieux dans leur rivière d'origine, indiquant donc une absence d'adaptation locale. Nous avons aussi montré que la mortalité embryonnaire était influencée autant par des "bons gènes" que par des "gènes compatibles", que la qualité des mâles pouvait être signalée par leur coloration, et que le fait d'élever des poissons dans une pisciculture pouvait aboutir a des relations contre-intuitives entre la coloration des mâles et la qualité de leur jeunes. Nos résultats contribuent ainsi à une meilleure compréhension de l'effet de diverses pressions environnementales sur la morphologie, le comportement ou les traits d'histoire de vie chez les salmonidés. - Environmental changes, such as changes in temperatures or infection levels, can induce selection and drive evolution if there is sufficient genetic variation for the traits or the plasticity in trait expression. In this thesis, we investigated the influence of potential environmental stressors on various phenotypes in representatives of the three salmonid subfamilies: the European grayling (Thymallus thymallus; Thymallinae), the brown trout (,Salmo trutta; Salmoninae), and the whitefish Coregonus palaea (Coregoninae). Salmonids are ideal study species, as they seem sensitive to changing environmental conditions, show considerable variability in morphological, behavioral, and life history traits, and are of broad public interest. We investigated whether temperature-induced sex reversal could explain the sex-ratio distortion found in one of Switzerland's largest grayling populations. We found no evidence of temperature-induced sex reversal in either graylings or brown trout. We also examined plasticity in embryo development and the timing of hatching. We found variation at the level of family and population. Although behavioral differences between populations suggested adaptation to local environmental conditions, no indications of local adaptation could be found in reciprocal transplant experiments carried out over five rivers in the same region. We also demonstrate that embryo development and viability is influenced by 'good genes' and 'compatible genes', that the genetic quality of sires can be signaled by their grey coloration, and that raising larvae in a hatchery environment can produce counter-intuitive relationships between male phenotypes and offspring viability. Our results contribute to the understanding of how changing environmental conditions affect the phenotypes and the heritability of early life-history traits in salmonids.

Using environmental niche modeling to understand biological invasions in a changing world

L'activité humaine affecte particulièrement la biodiversité, qui décline à une vitesse préoccupante. Parmi les facteurs réduisant la biodiversité, on trouve les espèces envahissantes. Symptomatiques d'un monde globalisé où l'échange se fait à l'échelle de la planète, certaines espèces, animales ou végétales, sont introduites, volontairement ou accidentellement par l'activité humaine (par exemple lors des échanges commerciaux ou par les voyageurs). Ainsi, ces espèces atteignent des régions qu'elles n'auraient jamais pu coloniser naturellement. Une fois introduites, l'absence de compétiteur peut les rendre particulièrement nuisibles. Ces nuisances sont plus ou moins directes, allant de problèmes sanitaires (p. ex. les piqûres très aigües des fourmis de feu, originaires d'Amérique du Sud et colonisant à une vitesse fulgurante les USA, l'Australie ou la Chine) à des nuisances sur la biodiversité (p. ex. les ravages de la perche du Nil sur la diversité unique des poissons Cichlidés du Lac Victoria). Il est donc important de pouvoir prévenir de telles introductions. De plus, pour le biologiste, ces espèces représentent une rare occasion de pouvoir comprendre les mécanismes évolutifs et écologiques qui expliquent le succès des envahissantes dans un monde où les équilibres sont bouleversés. Les modèles de niche environnementale sont un outil particulièrement utile dans le cadre de cette problématique. En reliant des observations d'espèces aux conditions environnementales où elles se trouvent, ils peuvent prédire la distribution potentielle des envahissantes, permettant d'anticiper et de mieux limiter leur impact. Toutefois, ils reposent sur des hypothèses pas évidentes à démontrer. L'une d'entre elle étant que la niche d'une espèce reste constante dans le temps, et dans l'espace. Le premier objectif de mon travail est de comparer si la niche d'une espèce envahissante diffère entre sa distribution d'origine native et celle d'origine introduite. En étudiant 50 espèces de plantes et 168 espèces de Mammifères, je démontre que c'est le cas et que par corolaire, il est possible de prédire leurs distributions. La deuxième partie de mon travail consiste à comprendre quelles seront les interactions entre le changement climatiques et les envahissantes, afin d'estimer leur impact sous un climat réchauffé. En étudiant la distribution de 49 espèces de plantes envahissantes, je démontre que les montagnes, régions relativement préservée par ce problème, deviendront bien plus exposées aux risques d'invasions biologiques. J'expose aussi comment les interactions entre l'activité humaine, le réchauffement climatique et les espèces envahissantes menacent la vigne sauvage en Europe et propose des zones géographiques particulièrement adaptée pour sa conservation. Enfin, à une échelle beaucoup plus locale, je montre qu'il est possible d'utiliser ces modèles de niches le long d'une rivière à une échelle extrêmement fine (1 mètre), potentiellement utile pour rationnaliser des mesures de conservations sur le terrain. - Biodiversity is significantly negatively affected by human activity. Invasive species are one of the most important factors causing biodiversity's decline. Intimately linked to the era of global trade, some plant or animal species can be accidentally or casually introduced with human activity (e.g. trade or travel). In this way, these species reach areas they could never reach through natural dispersal. Once naturalized, the lack of competitors can make these species highly noxious. Their effect is more or less direct, from sanitary problems (e.g. the harmful sting of Fire Ants, originating from South America and now spreading throughout USA, China and Australia) or can affect biodiversity (e.g. the Nile perch, devastating the one of the richest hotspot of Cichlid fishes diversity in Lake Victoria). It is thus important to prevent such harmful introductions. Moreover, invasive species represent for biologists one of the rare occasions to understand the evolutionary and ecological mechanisms behind the success of invaders in a world where natural equilibrium is already disturbed. Environmental niche models are particularly useful to tackle this problematic. By relating species observation to the environmental conditions where they occur, they can predict the potential distribution of invasive species, allowing a better anticipation and thus limiting their impact. However, they rely on strong assumption, one of the most important being that the modeled niche remains constant through space and time. The first aim of my thesis is to quantify the difference between the native and the invaded niche. By investigating 50 plant and 168 mammal species, I show that the niche is at least partially conserved, supporting for reliable predictions of invasive' s potential distributions. The second aim of my thesis is to understand the possible interactions between climate change and invasive species, such as to assess their impact under a warmer climate. By studying 49 invasive plant species, I show that mountain areas, which were relatively preserved, will become more suitable for biological invasions. Additionally, I show how interactions between human activity, global warming and invasive species are threatening the wild grapevine in Europe and propose geographical areas particularly adapted for conservation measures. Finally, at a much finer scale where conservation plannings ultimately take place, I show that it is possible to model the niche at very high resolution (1 meter) in an alluvial area allowing better prioritizations for conservation.