Resolving the ortholog conjecture: orthologs tend to be weakly, but significantly, more similar in function than paralogs.

The function of most proteins is not determined experimentally, but is extrapolated from homologs. According to the "ortholog conjecture", or standard model of phylogenomics, protein function changes rapidly after duplication, leading to paralogs with different functions, while orthologs retain the ancestral function. We report here that a comparison of experimentally supported functional annotations among homologs from 13 genomes mostly supports this model. We show that to analyze GO annotation effectively, several confounding factors need to be controlled: authorship bias, variation of GO term frequency among species, variation of background similarity among species pairs, and propagated annotation bias. After controlling for these biases, we observe that orthologs have generally more similar functional annotations than paralogs. This is especially strong for sub-cellular localization. We observe only a weak decrease in functional similarity with increasing sequence divergence. These findings hold over a large diversity of species; notably orthologs from model organisms such as E. coli, yeast or mouse have conserved function with human proteins.

Men perform comparably to women in a perspective taking task after administration of intranasal oxytocin but not after placebo

Oxytocin (OT) is thought to play an important role in human interpersonal information processing and behavior. By inference, OT should facilitate empathic responding, i.e. the ability to feel for others and to take their perspective. In two independent double-blind, placebo-controlled between-subjects studies, we assessed the effect of intranasally administered OT on affective empathy and perspective taking, whilst also examining potential sex differences (e.g., women being more empathic than men). In study 1, we provided 96 participants (48 men) with an empathy scenario and recorded self reports of empathic reactions to the scenario, while in study 2, a sample of 120 individuals (60 men) performed a computerized implicit perspective taking task. Whilst results from Study 1 showed no influence of OT on affective empathy, we found in Study 2 that OT exerted an effect on perspective taking ability in men. More specifically, men responded faster than women in the placebo group but they responded as slowly as women in the OT group. We conjecture that men in the OT group adopted a social perspective taking strategy, such as did women in both groups, but not men in the placebo group. On the basis of results across both studies, we suggest that self-report measures (such as used in Study 1) might be less sensitive to OT effects than more implicit measures of empathy such as that used in Study 2. If these assumptions are confirmed, one could infer that OT effects on empathic responses are more pronounced in men than women, and that any such effect is best studied using more implicit measures of empathy rather than explicit self-report measures.

On the applicability of mathematics : philosophical and historical perspectives

The present thesis is a contribution to the debate on the applicability of mathematics; it examines the interplay between mathematics and the world, using historical case studies. The first part of the thesis consists of four small case studies. In chapter 1, I criticize "ante rem structuralism", proposed by Stewart Shapiro, by showing that his so-called "finite cardinal structures" are in conflict with mathematical practice. In chapter 2, I discuss Leonhard Euler's solution to the Königsberg bridges problem. I propose interpreting Euler's solution both as an explanation within mathematics and as a scientific explanation. I put the insights from the historical case to work against recent philosophical accounts of the Königsberg case. In chapter 3, I analyze the predator-prey model, proposed by Lotka and Volterra. I extract some interesting philosophical lessons from Volterra's original account of the model, such as: Volterra's remarks on mathematical methodology; the relation between mathematics and idealization in the construction of the model; some relevant details in the derivation of the Third Law, and; notions of intervention that are motivated by one of Volterra's main mathematical tools, phase spaces. In chapter 4, I discuss scientific and mathematical attempts to explain the structure of the bee's honeycomb. In the first part, I discuss a candidate explanation, based on the mathematical Honeycomb Conjecture, presented in Lyon and Colyvan (2008). I argue that this explanation is not scientifically adequate. In the second part, I discuss other mathematical, physical and biological studies that could contribute to an explanation of the bee's honeycomb. The upshot is that most of the relevant mathematics is not yet sufficiently understood, and there is also an ongoing debate as to the biological details of the construction of the bee's honeycomb. The second part of the thesis is a bigger case study from physics: the genesis of GR. Chapter 5 is a short introduction to the history, physics and mathematics that is relevant to the genesis of general relativity (GR). Chapter 6 discusses the historical question as to what Marcel Grossmann contributed to the genesis of GR. I will examine the so-called "Entwurf" paper, an important joint publication by Einstein and Grossmann, containing the first tensorial formulation of GR. By comparing Grossmann's part with the mathematical theories he used, we can gain a better understanding of what is involved in the first steps of assimilating a mathematical theory to a physical question. In chapter 7, I introduce, and discuss, a recent account of the applicability of mathematics to the world, the Inferential Conception (IC), proposed by Bueno and Colyvan (2011). I give a short exposition of the IC, offer some critical remarks on the account, discuss potential philosophical objections, and I propose some extensions of the IC. In chapter 8, I put the Inferential Conception (IC) to work in the historical case study: the genesis of GR. I analyze three historical episodes, using the conceptual apparatus provided by the IC. In episode one, I investigate how the starting point of the application process, the "assumed structure", is chosen. Then I analyze two small application cycles that led to revisions of the initial assumed structure. In episode two, I examine how the application of "new" mathematics - the application of the Absolute Differential Calculus (ADC) to gravitational theory - meshes with the IC. In episode three, I take a closer look at two of Einstein's failed attempts to find a suitable differential operator for the field equations, and apply the conceptual tools provided by the IC so as to better understand why he erroneously rejected both the Ricci tensor and the November tensor in the Zurich Notebook.

Normal glucagon signaling and β-cell function after near-total α-cell ablation in adult mice.

OBJECTIVEEvaluate whether healthy or diabetic adult mice can tolerate an extreme loss of pancreatic α-cells and how this sudden massive depletion affects β-cell function and blood glucose homeostasis.RESEARCH DESIGN AND METHODSWe generated a new transgenic model allowing near-total α-cell removal specifically in adult mice. Massive α-cell ablation was triggered in normally grown and healthy adult animals upon diphtheria toxin (DT) administration. The metabolic status of these mice was assessed in 1) physiologic conditions, 2) a situation requiring glucagon action, and 3) after β-cell loss.RESULTSAdult transgenic mice enduring extreme (98%) α-cell removal remained healthy and did not display major defects in insulin counter-regulatory response. We observed that 2% of the normal α-cell mass produced enough glucagon to ensure near-normal glucagonemia. β-Cell function and blood glucose homeostasis remained unaltered after α-cell loss, indicating that direct local intraislet signaling between α- and β-cells is dispensable. Escaping α-cells increased their glucagon content during subsequent months, but there was no significant α-cell regeneration. Near-total α-cell ablation did not prevent hyperglycemia in mice having also undergone massive β-cell loss, indicating that a minimal amount of α-cells can still guarantee normal glucagon signaling in diabetic conditions.CONCLUSIONSAn extremely low amount of α-cells is sufficient to prevent a major counter-regulatory deregulation, both under physiologic and diabetic conditions. We previously reported that α-cells reprogram to insulin production after extreme β-cell loss and now conjecture that the low α-cell requirement could be exploited in future diabetic therapies aimed at regenerating β-cells by reprogramming adult α-cells.

Ecrire demain, penser aujourd'hui : la science-fiction à la croisée des disciplines : façonner une poétique, esquisser une pragmatique

Abstract De nature interdisciplinaire, ma thèse de doctorat porte sur les récits littéraires traditionnellement nommés de «science-fiction» - peu étudiés dans le milieu universitaire jusqu'à maintenant - et, plus particulièrement, sur le dialogue critique que ce genre littéraire peut instituer entre tout lecteur et la société technoscientifique au sein de laquelle il évolue au quotidien. Afin que cette tâche puisse être menée de manière rigoureuse, j'ai été conduit à faire entrer en résonance divers champs cognitifs non nécessairement liés a priori, à savoir les études littéraires (théorie de la mimèsis, théorie de la réception, théorie schaefferienne de la fiction et situations-limites sartriennes), anthropologiques (fonction du récit chez Jean Molino et Jérôme Brunner), économiques (histoire et théories du libéralisme), philosophiques (méditations heisenbergienne et heideggérienne sur la technique) et épistémologiques (liens entre technologies, sciences et société). En débutant par une réflexion historique sur l'émergence de la science moderne et du libéralisme économique, il s'agissait pour moi de montrer qu'entre ces deux savoirs, une alliance originale s'est nouée et ce, dès la fin du XVIIIe siècle : l'un a besoin de l'autre, et réciproquement. Il est ensuite mis en lumière qu'à la naissance de la science-fiction à la fin du XIXe siècle, correspond la nécessité, pour certains écrivains du moins, de réfléchir à l'évolution technoscientifique prise par la société de leur temps, ainsi qu'aux conséquences que ce progrès pourrait induire sur l'être humain en tant que sujet moral - une problématisation du rapport homme/technoscience par le biais de la fiction, donc. Lors de cette partie, je discute, d'une part, des éléments fondamentaux qui sont essentiels pour établir une poétique originale de la science-fiction - la conjecture, la structure des univers et les thèmes - et, d'autre, part, des distinctions génériques qu'il est important de discerner - j'en délimite trois : science-fiction «apologétique », «neutre » et «critique ». Finalement, mon travail se conclut par une réflexion, à partir de la pensée de Hans Jonas et de Jean-Pierre Dupuy, sur la fonction active que peuvent jouer les romans de science-fiction au niveau éthique. Pour le dire autrement, la fin de mon étude propose, en premier lieu, d'esquisser une «pragmatique de la science-fiction» ; puis, en second lieu, mon enquête stipule que la prise en charge sérieuse de ces récits conduit à la possibilité de concevoir une forme particulière de «catastrophisme éclairé », que j'appelle «heuristique du catastrophisme éclairé » conjurer les dangers et les périls qui pourraient éventuellement nous menacer, c'est avant tout croire qu'ils pourraient se réaliser si on ne les pense pas ou si on n'agit pas. Cette étape, souhaitée par les éthiciens, est justement celle qui me semble caractériser les récits de science-fiction critique. En ce sens, je montre que si la science-fiction écrit «demain », ce n'est en tout cas pas pour le fantasmer ou le prédire, mais, au contraire, pour mieux penser ce qui lui donne forme : l'« aujourd'hui ».

Integral cohomology of finite postnikov towers

Depuis le séminaire H. Cartan de 1954-55, il est bien connu que l'on peut trouver des éléments de torsion arbitrairement grande dans l'homologie entière des espaces d'Eilenberg-MacLane K(G,n) où G est un groupe abélien non trivial et n>1. L'objectif majeur de ce travail est d'étendre ce résultat à des H-espaces possédant plus d'un groupe d'homotopie non trivial. Dans le but de contrôler précisément le résultat de H. Cartan, on commence par étudier la dualité entre l'homologie et la cohomologie des espaces d'Eilenberg-MacLane 2-locaux de type fini. On parvient ainsi à raffiner quelques résultats qui découlent des calculs de H. Cartan. Le résultat principal de ce travail peut être formulé comme suit. Soit X un H-espace ne possédant que deux groupes d'homotopie non triviaux, tous deux finis et de 2-torsion. Alors X n'admet pas d'exposant pour son groupe gradué d'homologie entière réduite. On construit une large classe d'espaces pour laquelle ce résultat n'est qu'une conséquence d'une caractéristique topologique, à savoir l'existence d'un rétract faible X K(G,n) pour un certain groupe abélien G et n>1. On généralise également notre résultat principal à des espaces plus compliqués en utilisant la suite spectrale d'Eilenberg-Moore ainsi que des méthodes analytiques faisant apparaître les nombres de Betti et leur comportement asymptotique. Finalement, on conjecture que les espaces qui ne possédent qu'un nombre fini de groupes d'homotopie non triviaux n'admettent pas d'exposant homologique. Ce travail contient par ailleurs la présentation de la « machine d'Eilenberg-MacLane », un programme C++ conçu pour calculer explicitement les groupes d'homologie entière des espaces d'Eilenberg-MacLane. <br/><br/>By the work of H. Cartan, it is well known that one can find elements of arbitrarilly high torsion in the integral (co)homology groups of an Eilenberg-MacLane space K(G,n), where G is a non-trivial abelian group and n>1. The main goal of this work is to extend this result to H-spaces having more than one non-trivial homotopy groups. In order to have an accurate hold on H. Cartan's result, we start by studying the duality between homology and cohomology of 2-local Eilenberg-MacLane spaces of finite type. This leads us to some improvements of H. Cartan's methods in this particular case. Our main result can be stated as follows. Let X be an H-space with two non-vanishing finite 2-torsion homotopy groups. Then X does not admit any exponent for its reduced integral graded (co)homology group. We construct a wide class of examples for which this result is a simple consequence of a topological feature, namely the existence of a weak retract X K(G,n) for some abelian group G and n>1. We also generalize our main result to more complicated stable two stage Postnikov systems, using the Eilenberg-Moore spectral sequence and analytic methods involving Betti numbers and their asymptotic behaviour. Finally, we investigate some guesses on the non-existence of homology exponents for finite Postnikov towers. We conjecture that Postnikov pieces do not admit any (co)homology exponent. This work also includes the presentation of the "Eilenberg-MacLane machine", a C++ program designed to compute explicitely all integral homology groups of Eilenberg-MacLane spaces. <br/><br/>Il est toujours difficile pour un mathématicien de parler de son travail. La difficulté réside dans le fait que les objets qu'il étudie sont abstraits. On rencontre assez rarement un espace vectoriel, une catégorie abélienne ou une transformée de Laplace au coin de la rue ! Cependant, même si les objets mathématiques sont difficiles à cerner pour un non-mathématicien, les méthodes pour les étudier sont essentiellement les mêmes que celles utilisées dans les autres disciplines scientifiques. On décortique les objets complexes en composantes plus simples à étudier. On dresse la liste des propriétés des objets mathématiques, puis on les classe en formant des familles d'objets partageant un caractère commun. On cherche des façons différentes, mais équivalentes, de formuler un problème. Etc. Mon travail concerne le domaine mathématique de la topologie algébrique. Le but ultime de cette discipline est de parvenir à classifier tous les espaces topologiques en faisant usage de l'algèbre. Cette activité est comparable à celle d'un ornithologue (topologue) qui étudierait les oiseaux (les espaces topologiques) par exemple à l'aide de jumelles (l'algèbre). S'il voit un oiseau de petite taille, arboricole, chanteur et bâtisseur de nids, pourvu de pattes à quatre doigts, dont trois en avant et un, muni d'une forte griffe, en arrière, alors il en déduira à coup sûr que c'est un passereau. Il lui restera encore à déterminer si c'est un moineau, un merle ou un rossignol. Considérons ci-dessous quelques exemples d'espaces topologiques: a) un cube creux, b) une sphère et c) un tore creux (c.-à-d. une chambre à air). a) b) c) Si toute personne normalement constituée perçoit ici trois figures différentes, le topologue, lui, n'en voit que deux ! De son point de vue, le cube et la sphère ne sont pas différents puisque ils sont homéomorphes: on peut transformer l'un en l'autre de façon continue (il suffirait de souffler dans le cube pour obtenir la sphère). Par contre, la sphère et le tore ne sont pas homéomorphes: triturez la sphère de toutes les façons (sans la déchirer), jamais vous n'obtiendrez le tore. Il existe un infinité d'espaces topologiques et, contrairement à ce que l'on serait naïvement tenté de croire, déterminer si deux d'entre eux sont homéomorphes est très difficile en général. Pour essayer de résoudre ce problème, les topologues ont eu l'idée de faire intervenir l'algèbre dans leurs raisonnements. Ce fut la naissance de la théorie de l'homotopie. Il s'agit, suivant une recette bien particulière, d'associer à tout espace topologique une infinité de ce que les algébristes appellent des groupes. Les groupes ainsi obtenus sont appelés groupes d'homotopie de l'espace topologique. Les mathématiciens ont commencé par montrer que deux espaces topologiques qui sont homéomorphes (par exemple le cube et la sphère) ont les même groupes d'homotopie. On parle alors d'invariants (les groupes d'homotopie sont bien invariants relativement à des espaces topologiques qui sont homéomorphes). Par conséquent, deux espaces topologiques qui n'ont pas les mêmes groupes d'homotopie ne peuvent en aucun cas être homéomorphes. C'est là un excellent moyen de classer les espaces topologiques (pensez à l'ornithologue qui observe les pattes des oiseaux pour déterminer s'il a affaire à un passereau ou non). Mon travail porte sur les espaces topologiques qui n'ont qu'un nombre fini de groupes d'homotopie non nuls. De tels espaces sont appelés des tours de Postnikov finies. On y étudie leurs groupes de cohomologie entière, une autre famille d'invariants, à l'instar des groupes d'homotopie. On mesure d'une certaine manière la taille d'un groupe de cohomologie à l'aide de la notion d'exposant; ainsi, un groupe de cohomologie possédant un exposant est relativement petit. L'un des résultats principaux de ce travail porte sur une étude de la taille des groupes de cohomologie des tours de Postnikov finies. Il s'agit du théorème suivant: un H-espace topologique 1-connexe 2-local et de type fini qui ne possède qu'un ou deux groupes d'homotopie non nuls n'a pas d'exposant pour son groupe gradué de cohomologie entière réduite. S'il fallait interpréter qualitativement ce résultat, on pourrait dire que plus un espace est petit du point de vue de la cohomologie (c.-à-d. s'il possède un exposant cohomologique), plus il est intéressant du point de vue de l'homotopie (c.-à-d. il aura plus de deux groupes d'homotopie non nuls). Il ressort de mon travail que de tels espaces sont très intéressants dans le sens où ils peuvent avoir une infinité de groupes d'homotopie non nuls. Jean-Pierre Serre, médaillé Fields en 1954, a montré que toutes les sphères de dimension >1 ont une infinité de groupes d'homotopie non nuls. Des espaces avec un exposant cohomologique aux sphères, il n'y a qu'un pas à franchir...

Better-quasi-order : ideals and spaces

This thesis deals with combinatorics, order theory and descriptive set theory. The first contribution is to the theory of well-quasi-orders (wqo) and better-quasi-orders (bqo). The main result is the proof of a conjecture made by Maurice Pouzet in 1978 his thèse d'état which states that any wqo whose ideal completion remainder is bqo is actually bqo. Our proof relies on new results with both a combinatorial and a topological flavour concerning maps from a front into a compact metric space. The second contribution is of a more applied nature and deals with topological spaces. We define a quasi-order on the subsets of every second countable To topological space in a way that generalises the Wadge quasi-order on the Baire space, while extending its nice properties to virtually all these topological spaces. The Wadge quasi-order of reducibility by continuous functions is wqo on Borei subsets of the Baire space, this quasi-order is however far less satisfactory for other important topological spaces such as the real line, as Hertling, Ikegami and Schlicht notably observed. Some authors have therefore studied reducibility with respect to some classes of discontinuous functions to remedy this situation. We propose instead to keep continuity but to weaken the notion of function to that of relation. Using the notion of admissible representation studied in Type-2 theory of effectivity, we define the quasi-order of reducibility by relatively continuous relations. We show that this quasi-order both refines the classical hierarchies of complexity and is wqo on the Borei subsets of virtually every second countable To space - including every (quasi-)Polish space. -- Cette thèse se situe dans les domaines de la combinatoire, de la théorie des ordres et de la théorie descriptive. La première contribution concerne la théorie des bons quasi-ordres (wqo) et des meilleurs quasi-ordres (bqo). Le résultat principal est la preuve d'une conjecture, énoncée par Pouzet en 1978 dans sa thèse d'état, qui établit que tout wqo dont l'ensemble des idéaux non principaux ordonnés par inclusion forme un bqo est alors lui-même un bqo. La preuve repose sur de nouveaux résultats, qui allient la combinatoire et la topologie, au sujet des fonctions d'un front vers un espace métrique compact. La seconde contribution de cette thèse traite de la complexité topologique dans le cadre des espaces To à base dénombrable. Dans le cas de l'espace de Baire, le quasi-ordre de Wadge est un wqo sur les sous-ensembles Boréliens qui a suscité énormément d'intérêt. Cependant cette relation de réduction par fonctions continues s'avère bien moins satisfaisante pour d'autres espaces d'importance tels que la droite réelle, comme l'ont fait notamment remarquer Hertling, Schlicht et Ikegami. Nous proposons de conserver la continuité et d'affaiblir la notion de fonction pour celle de relation. Pour ce faire, nous utilisons la notion de représentation admissible étudiée en « Type-2 theory of effectivity » initiée par Weihrauch. Nous introduisons alors le quasi-ordre de réduction par relations relativement continues et montrons que celui-ci à la fois raffine les hiérarchies classiques de complexité topologique et forme un wqo sur les sous-ensembles Boréliens de chaque espace quasi-Polonais.

Rotation mentale et différences sexuelles: influence des axes directionnels extraits de l'environnement

Les tâches nécessitant des manipulations et des transformations de figures géométriques et de formes, comme les tâches de rotation mentale, donnent lieu à des différences de performance entre hommes et femmes qui restent intrigantes. Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer ces différences. La plus récurrente porte sur les différences de stratégie globale vs locale utilisées pour traiter l'information. Bien que cette conjecture soit intéressante, elle reste difficile à opérationnaliser car elle englobe tous les mécanismes cognitifs (acquisition, conservation et récupération de l'information). Ce travail prend la forme d'un retour aux sources dans la mesure où il se base sur des recherches anciennes qui ont montré que les hommes perçoivent significativement mieux que les femmes la verticale et l'horizontale. Il teste l'hypothèse selon laquelle les hommes, comparativement aux femmes, présentent une plus forte indépendance au champ perceptif visuel et sont donc plus susceptibles d'utiliser la verticalité et l'horizontalité pour résoudre une tâche de rotation mentale. Une première série d'expériences s'est penchée sur la perception spatiale pour évaluer son impact sur la résolution d'une tâche impliquant la rotation mentale. Les résultats ont montré que seuls les hommes se référaient à la verticalité et à l'horizontalité pour résoudre la tâche. Une seconde série d'expériences ont investigué l'effet de la présence, ou absence, d'axes directionnels directement liés à une tâche de rotation mentale. Elles ont été menées également en environnement réel afin d'évaluer comment le déplacement actif ou passif, correspondant à un changement de perspective en lieu et place d'une rotation mentale, module la performance des hommes et des femmes. Les résultats n'ont pas mis en évidence de différence sexuelle. Notre hypothèse est vérifiée puisque c'est uniquement lorsque la tâche ne présente pas d'axes orthogonaux évidents mais implicites que seuls les hommes, plus indépendants au champ perceptif visuel que les femmes, utilisent la perception de la verticalité et de l'horizontalité pour améliorer leur compétence en rotation mentale. -- Tasks that require manipulation and transformation of geometric shapes and forms, like tasks of mental rotation and give rise to differences in performance between men and women, remain intriguing. Several hypotheses have been proposed to explain these differences. The most recurring hypothesis addresses differences in global versus local strategies for processing information. While this conjecture is interesting, it remains difficult to study because it encompasses all the cognitive mechanisms (acquisition, retention and output). This work returns to the sources, which are based on earlier research that shows that men are significantly better than women at perceiving verticality and horizontality. It tests the hypothesis according to which men, as compared to women, exhibit a greater independence on the perceptive visual field, and therefore are more susceptible to utilizing the verticality and the horizontality to solve a mental rotation task. A first set of experiments examined spatial perception in order to assess its impact on the resolution of a task involving mental rotation. The results showed that only men referred to the verticality and the horizontality to solve the task. A second series of experiments investigated the effect of a presence, or absence of directional axes directed tied to the task of mental rotation. They were also conducted in a real world environment to evaluate how the active or passive displacement, corresponding to a change in perspective instead of a mental rotation, modulates the performance of men and women. The results did not show sex differences. Our hypothesis is verified: it is only when the task presents no obvious, but implicit orthogonal axes that men, who exhibit a greater independence on the perceptive visual field than women, use the perception of verticality and horizontality to improve their competence in mental rotation.