Division of labor in insect societies : genetic components and physiological regulation

The shift from solitary to social organisms constitutes one of the major transitions in evolution. The highest level of sociality is found in social insects (ants, termites and some species of bees and wasps). Division of labor is central to the organization of insect societies and is thought to be at the root of their ecological success. There are two main levels of division of labor in social insect colonies. The first relates to reproduction and involves the coexistence of queen and worker castes: while reproduction is usually monopolized by one or several queens, functionally sterile workers perform all the tasks to maintain the colony, such as nest building, foraging or brood care. The second level of division of labor, relating to such non-reproductive duties, is characterized by the performance of different tasks or roles by different groups of workers. This PhD aims to better understand the mechanisms underlying division of labor in insect societies, by investigating how genes and physiology influence caste determination and worker behavior in ants. In the first axis of this PhD, we studied the nature of genetic effects on division of labor. We used the Argentine ant Linepithema humile to conduct controlled crosses in the laboratory, which revealed the existence of non-additive genetic effects, such as parent-of-origin and genetic compatibility effects, on caste determination and worker behavior. In the second axis, we focused on the physiological regulation of division of labor. Using Pogonomyrmex seed- harvester ants, we performed experimental manipulation of hibernation, hormonal treatments, gene expression analyses and protein quantification to identify the physiological pathways regulating maternal effects on caste determination. Finally, comparing gene expression between nurses and foragers allowed us to reveal the association between vitellogenin and worker behavior in Pogonomyrmex ants. This PhD provides important insights into the role of genes and physiology in the regulation of division of labor in social insect colonies, helping to better understand the organization, evolution and ecological success of insect societies. - L'une des principales transitions évolutives est le passage de la vie solitaire à la vie sociale. La socialité atteint son paroxysme chez les insectes sociaux que sont les fourmis, les termites et certaines espèces d'abeilles et de guêpes. La division du travail est la clé de voûte de l'organisation de ces sociétés d'insectes et la raison principale de leur succès écologique. La division du travail s'effectue à deux niveaux dans les colonies d'insectes sociaux. Le premier niveau concerne la reproduction et implique la coexistence de deux castes : les reines et les ouvrières. Tandis que la reproduction est le plus souvent monopolisée par une ou plusieurs reines, les ouvrières stériles effectuent les tâches nécessaires au bon fonctionnement de la colonie, telles que la construction du nid, la recherche de nourriture ou le soin au couvain. Le second niveau de division du travail, qui concerne les tâches autres que la reproduction, implique la réalisation de différents travaux par différents groupes d'ouvrières. Le but de ce doctorat est de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents de la division du travail dans les sociétés d'insectes en étudiant comment les gènes et la physiologie influencent la détermination de la caste et le comportement des ouvrières chez les fourmis. Dans le premier axe de ce doctorat, nous avons étudié la nature des influences génétiques sur la division du travail. Nous avons utilisé la fourmi d'Argentine, Linepithema humile, pour effectuer des croisements contrôlés en laboratoire. Cette méthode nous a permis de révéler l'existence d'influences génétiques non additives, telles que des influences dépendantes de l'origine parentale ou des effets de compatibilité génétique, sur la détermination de la caste et le comportement des ouvrières. Dans le second axe, nous nous sommes intéressés à la régulation physiologique de la division du travail. Nous avons utilisé des fourmis moissonneuses du genre Pogonomyrmex pour effectuer des hibernations artificieHes, des traitements hormonaux, des analyses d'expression de gènes et des mesures de vitellogénine, ce qui nous a permis d'identifier les mécanismes physiologiques régulant les effets maternels sur la détermination de la caste. Enfin, la comparaison d'expression de gènes entre nourrices et fourrageuses suggère un rôle de la vitellogénine dans la régulation du comportement des ouvrières chez les fourmis moissonneuses. En détaillant les influences des gènes et de la physiologie dans la régulation de la division du travail dans les colonies d'insectes sociaux, ce doctorat fournit d'importantes informations permettant de mieux comprendre l'organisation, l'évolution et le succès écologique des sociétés d'insectes.

Voir le monde à travers les lunettes du métacontraste: un modèle mathématique inspiré de la psychologie sociale

La théorie de l'autocatégorisation est une théorie de psychologie sociale qui porte sur la relation entre l'individu et le groupe. Elle explique le comportement de groupe par la conception de soi et des autres en tant que membres de catégories sociales, et par l'attribution aux individus des caractéristiques prototypiques de ces catégories. Il s'agit donc d'une théorie de l'individu qui est censée expliquer des phénomènes collectifs. Les situations dans lesquelles un grand nombre d'individus interagissent de manière non triviale génèrent typiquement des comportements collectifs complexes qui sont difficiles à prévoir sur la base des comportements individuels. La simulation informatique de tels systèmes est un moyen fiable d'explorer de manière systématique la dynamique du comportement collectif en fonction des spécifications individuelles. Dans cette thèse, nous présentons un modèle formel d'une partie de la théorie de l'autocatégorisation appelée principe du métacontraste. À partir de la distribution d'un ensemble d'individus sur une ou plusieurs dimensions comparatives, le modèle génère les catégories et les prototypes associés. Nous montrons que le modèle se comporte de manière cohérente par rapport à la théorie et est capable de répliquer des données expérimentales concernant divers phénomènes de groupe, dont par exemple la polarisation. De plus, il permet de décrire systématiquement les prédictions de la théorie dont il dérive, notamment dans des situations nouvelles. Au niveau collectif, plusieurs dynamiques peuvent être observées, dont la convergence vers le consensus, vers une fragmentation ou vers l'émergence d'attitudes extrêmes. Nous étudions également l'effet du réseau social sur la dynamique et montrons qu'à l'exception de la vitesse de convergence, qui augmente lorsque les distances moyennes du réseau diminuent, les types de convergences dépendent peu du réseau choisi. Nous constatons d'autre part que les individus qui se situent à la frontière des groupes (dans le réseau social ou spatialement) ont une influence déterminante sur l'issue de la dynamique. Le modèle peut par ailleurs être utilisé comme un algorithme de classification automatique. Il identifie des prototypes autour desquels sont construits des groupes. Les prototypes sont positionnés de sorte à accentuer les caractéristiques typiques des groupes, et ne sont pas forcément centraux. Enfin, si l'on considère l'ensemble des pixels d'une image comme des individus dans un espace de couleur tridimensionnel, le modèle fournit un filtre qui permet d'atténuer du bruit, d'aider à la détection d'objets et de simuler des biais de perception comme l'induction chromatique. Abstract Self-categorization theory is a social psychology theory dealing with the relation between the individual and the group. It explains group behaviour through self- and others' conception as members of social categories, and through the attribution of the proto-typical categories' characteristics to the individuals. Hence, it is a theory of the individual that intends to explain collective phenomena. Situations involving a large number of non-trivially interacting individuals typically generate complex collective behaviours, which are difficult to anticipate on the basis of individual behaviour. Computer simulation of such systems is a reliable way of systematically exploring the dynamics of the collective behaviour depending on individual specifications. In this thesis, we present a formal model of a part of self-categorization theory named metacontrast principle. Given the distribution of a set of individuals on one or several comparison dimensions, the model generates categories and their associated prototypes. We show that the model behaves coherently with respect to the theory and is able to replicate experimental data concerning various group phenomena, for example polarization. Moreover, it allows to systematically describe the predictions of the theory from which it is derived, specially in unencountered situations. At the collective level, several dynamics can be observed, among which convergence towards consensus, towards frag-mentation or towards the emergence of extreme attitudes. We also study the effect of the social network on the dynamics and show that, except for the convergence speed which raises as the mean distances on the network decrease, the observed convergence types do not depend much on the chosen network. We further note that individuals located at the border of the groups (whether in the social network or spatially) have a decisive influence on the dynamics' issue. In addition, the model can be used as an automatic classification algorithm. It identifies prototypes around which groups are built. Prototypes are positioned such as to accentuate groups' typical characteristics and are not necessarily central. Finally, if we consider the set of pixels of an image as individuals in a three-dimensional color space, the model provides a filter that allows to lessen noise, to help detecting objects and to simulate perception biases such as chromatic induction.

La recherche. Méthodes : quantitative, qualitative, mixte.

La simulation sous ses différentes formes est devenue un outil incontournable dans la formation des professionnels de la santé. Il n'en demeure pas moins que la simulation intervient dans un environnement complexe où le comportement humain est une variable essentielle. Dans ce contexte, la recherche en simulation est indispensable : elle doit produire des connaissances qui nous permettent de mieux comprendre l'apprentissage par la simulation. Pour atteindre cet objectif, la recherche en simulation doit être aussi rigoureuse que toute recherche clinique, afin qu'elle puisse produire des connaissances de qualité. De par la complexité de l'environnement simulé, la recherche dans ce domaine est riche et recourt à des méthodes variées issues des sciences du comportement, de l'éducation et plus largement des sciences sociales.

L'oeil, aux carrefours de l'humain

« Les yeux sont du visage humain la partie la plus noble et la plus importante, les yeux sont composés de corps, d'âme et d'esprit, ou plutôt les yeux sont la fenêtre où l'âme et l'esprit viennent se montrer » (Alphonse Karr, 1853). L'oeil est le regard, mais pour l'ophtalmologue il est aussi une fenêtre ouverte et un regard possible sur le reste du corps. Prolongement du système nerveux central en contact direct avec le monde extérieur dont il est l'un des « senseurs » le plus subtil et le plus complexe, il est sujet à des réactions inflammatoires, allergiques et toxiques chez l'enfant et chez l'adulte. Alors que notre environnement visuel change (modification des systèmes d'éclairage domestique dans les villes, écrans, mode de vie et habitudes de travail), que les polluants se multiplient et se combinent et que les environnements climatisés deviennent la règle, le nombre de patients souffrant de pathologies de la surface oculaire atteint 30 % des motifs de nos consultations et le nombre des patients myopes est en hausse. L'oeil est l'un des « senseurs » le plus subtil et le plus complexe Si la surface oculaire peut aussi être le témoin des pathologies systémiques, c'est la rétine qui en est plus fréquemment le reflet. Les atteintes du lit vasculaire, du nerf optique ou de la rétine peuvent être des manifestations de pathologies générales ou d'effets secondaires ou toxiques de médicaments. L'examen du fond d'oeil et la rétinophotographie restent les examens de dépistage de référence en particulier pour la rétinopathie diabétique, véritable fléau mondial et première cause de cécité dans les pays industrialisés chez les jeunes adultes. Mais ce n'est que par la collaboration entre ophtalmologues, médecins traitants et autres spécialistes que les pathologies rétiniennes peuvent être prises en charge de façon optimale pour qu'à des traitements oculaires spécifiques soit associée la prise en charge globale des maladies causales ou interférentes. Au-delà du fond d'oeil, les progrès technologiques contribuent au développement de multiples méthodes d'exploration des différentes structures de l'oeil offrant ainsi la possibilité d'utiliser l'oeil comme témoin de manifestations précoces de maladies neurologiques périphériques ou centrales. L'imagerie cornéenne semble aujourd'hui capable de révéler et de suivre de façon longitudinale la neuropathie diabétique périphérique et il n'est pas impossible que la rétine devienne le site de détection précoce de la maladie d'Alzheimer. Sur le plan de la prise en charge, l'ophtalmologue ne peut pas se contenter de traiter l'oeil, il doit aussi assurer une prise en charge pluridisciplinaire et accompagner le patient qui, perdant la vision, est sujet à la dépression et à la majoration de tout autre handicap. La perte visuelle est le handicap le plus redouté des populations et la perte d'autonomie qu'il induit limite l'observance et le suivi thérapeutique (comparable en termes de gravité ressentie à un « alitement brutal dans les suites d'un AVC »). La médecine personnalisée et les interactions multidisciplinaires prennent ici tout leur sens. Les développements thérapeutiques ont été majeurs ces dernières années et la cécité n'est plus une fatalité, au moins dans certains cas. Mais la rétine étant un tissu nerveux post-mitotique, les traitements et donc le dépistage doivent être précoces pour prévenir la perte visuelle irréversible. Spécifiquement, les espoirs lointains comme la thérapie génique entrent dans les essais cliniques laissant entrevoir la lumière au bout du tunnel. A portée de vue, la rétine artificielle constitue une avancée concrète, encore perfectible mais accessible dès aujourd'hui. Si les progrès sont manifestes dans le domaine de l'ophtalmologie, il reste encore beaucoup à apprendre et à comprendre en particulier dans les mécanismes pathogéniques multifactoriels des maladies oculaires plus fréquentes. Seule une exploration approfondie des maladies humaines pourra nous permettre de mieux appréhender de nouvelles stratégies thérapeutiques. Comme le disait André Isaac (1893-1975), pour voir loin, il faut regarder de près.

薛院判醫案二十四種Xie yuan pan yi an er shi si zhong.Archives médicales du médecin impérial Xie.Nei ke.Médecine interne.

Contient : I十四經絡發揮Shi si jing luo fa hui.Examen des quatorze vaisseaux ; II難經本義Nan jing ben yi.Sens du Nan jing ; III本草發揮Ben cao fa hui.Traité de matière médicale ; IV平治會萃Ping zhi hui zui.Traité sur diverses maladies ; V家居醫錄內科摘要Jia ju yi lu nei ke zhe yao.Éléments de médecine interne ; VI明醫雜著Ming yi za zhu.Traités divers de médecins célèbres ; VII傷寒鈐法Shang han qian fa.Étude du traité de la fièvre typhoïde ; VIII敖氏外傷金鏡錄圖Ao shi wai shang jin jing lu tu.Traité de la langue dans la fièvre typhoïde ; IX原機啟微Yuan ji qi wei.Traité sur les maladies et les médicaments.You ke.Médecine infantile ; X保嬰撮要Bao ying tshoo yao.Traité général de médecine infantile ; XI錢氏小兒直（眞）訣Qian shi xiao er zhi (zhen) jue.Traité de médecine infantile ; XII陳氏小兒痘疹方論Chen shi xiao er dou zhen fang lun.Formules et traité pour la petite vérole chez les enfants ; XIII保嬰金鏡錄Bao ying jin jing lu.Traité de médecine infantile.Nü ke.Gynécologie ; XIV婦人良方Fu ren liang fang.Formules pour les maladies des femmes ; XV女科撮要Nü ke tshoo yao.Principes de gynécologie.Wai ke.Médecine externe ; XVI立齋外科發揮Li zhai wai ke fa hui.Examen de la médecine externe ; XVII外科心法Wai ke xin fa.Préceptes de médecine externe ; XVIII外科樞要Wai ke chu yao.Principes de médecine externe ; XIX外科精要Wai ke jing yao.Éléments de médecine externe ; XX癰疽神秘驗方Yong ju shen bi yan fang.Formules pour les furoncles ; XXI外科經驗方Wai ke jing yan fang.Formules éprouvées de médecine externe ; XXII正體類要Zheng ti lei yao.Exposé méthodique du corps humain ; XXIII口齒類要Kou chi lei yao.Exposé méthodique de la bouche et des dents ; XXIV癘瘍機要Li yang ji yao.Traité des ulcères

薛院判醫案二十四種Xie yuan pan yi an er shi si zhong.Archives médicales du médecin impérial Xie.Nei ke.Médecine interne.

Contient : I十四經絡發揮Shi si jing luo fa hui.Examen des quatorze vaisseaux ; II難經本義Nan jing ben yi.Sens du Nan jing ; III本草發揮Ben cao fa hui.Traité de matière médicale ; IV平治會萃Ping zhi hui zui.Traité sur diverses maladies ; V家居醫錄內科摘要Jia ju yi lu nei ke zhe yao.Éléments de médecine interne ; VI明醫雜著Ming yi za zhu.Traités divers de médecins célèbres ; VII傷寒鈐法Shang han qian fa.Étude du traité de la fièvre typhoïde ; VIII敖氏外傷金鏡錄圖Ao shi wai shang jin jing lu tu.Traité de la langue dans la fièvre typhoïde ; IX原機啟微Yuan ji qi wei.Traité sur les maladies et les médicaments.You ke.Médecine infantile ; X保嬰撮要Bao ying tshoo yao.Traité général de médecine infantile ; XI錢氏小兒直（眞）訣Qian shi xiao er zhi (zhen) jue.Traité de médecine infantile ; XII陳氏小兒痘疹方論Chen shi xiao er dou zhen fang lun.Formules et traité pour la petite vérole chez les enfants ; XIII保嬰金鏡錄Bao ying jin jing lu.Traité de médecine infantile.Nü ke.Gynécologie ; XIV婦人良方Fu ren liang fang.Formules pour les maladies des femmes ; XV女科撮要Nü ke tshoo yao.Principes de gynécologie.Wai ke.Médecine externe ; XVI立齋外科發揮Li zhai wai ke fa hui.Examen de la médecine externe ; XVII外科心法Wai ke xin fa.Préceptes de médecine externe ; XVIII外科樞要Wai ke chu yao.Principes de médecine externe ; XIX外科精要Wai ke jing yao.Éléments de médecine externe ; XX癰疽神秘驗方Yong ju shen bi yan fang.Formules pour les furoncles ; XXI外科經驗方Wai ke jing yan fang.Formules éprouvées de médecine externe ; XXII正體類要Zheng ti lei yao.Exposé méthodique du corps humain ; XXIII口齒類要Kou chi lei yao.Exposé méthodique de la bouche et des dents ; XXIV癘瘍機要Li yang ji yao.Traité des ulcères

銅人腧穴鍼灸圖經Tong ren shu xue zhen jiu tu jing.Traité illustré de l'acuponcture et du moxa, indiquant les places correspondant aux organes.

Peut-être dû à Wang Wei de (début du XIe siècle), qui présenta à l'empereur (1027 ?) un modèle en cuivre du corps humain. Le titre porte l'indication : ouvrage composé dans la période Tian sheng (1023-1031), gravé de nouveau en 1443. Préface de 1443. Texte, figures, tableaux.3 livres. — Comparer Cat. imp., liv. 103 f. 21 (Tong ren zhen jiu jing, 7 livres).

Sector-Specific Training and Mobility in Germany

This article studies mobility patterns of German workers in light of a model of sector-specific human capital. Furthermore, I employ and describe little-used data on continuous on-the-job training occurring after apprenticeships. Results are presented describing the incidence and duration of continuous training. Continuous training is quite common, despite the high incidence of apprenticeships which precedes this part of a worker's career. Most previous studies have only distinguished between firm-specific and general human capital, usually concluding that training was general. Inconsistent with those conclusions, I show that German men are more likely to find a job within the same sector if they have received continuous training in that sector. These results are similar to those obtained for young U.S. workers, and suggest that sector-specific capital is an important feature of very different labor markets. In addition, they suggest that the observed effect of training on mobility is sensible to the state of the business cycle, indicating a more complex interaction between supply and demand that most theoretical models allow for.

Sector-Specific on-the-Job Training: Evidence from U.S. Data.

Using data from the National Longitudinal Survey of Youth (NLSY), we re-examine the effect of formal on-the-job training on mobility patterns of young American workers. By employing parametric duration models, we evaluate the economic impact of training on productive time with an employer. Confirming previous studies, we find a positive and statistically significant impact of formal on-the-job training on tenure with the employer providing the training. However, the expected net duration of the time spent in the training program is generally not significantly increased. We proceed to document and analyze intra-sectoral and cross-sectoral mobility patterns in order to infer whether training provides firm-specific, industry-specific, or general human capital. The econometric analysis rejects a sequential model of job separation in favor of a competing risks specification. We find significant evidence for the industry-specificity of training. The probability of sectoral mobility upon job separation decreases with training received in the current industry, whether with the last employer or previous employers, and employment attachment increases with on-the-job training. These results are robust to a number of variations on the base model.

Why Have Aggregate Skilled Hours Become So Cyclical Since the Mid-1980's?

This paper documents and discusses a dramatic change in the cyclical behavior of aggregate hours worked by individuals with a college degree (skilled workers) since the mid-1980’s. Using the CPS outgoing rotation data set for the period 1979:1-2003:4, we find that the volatility of aggregate skilled hours relative to the volatility of GDP has nearly tripled since 1984. In contrast, the cyclical properties of unskilled hours have remained essentially unchanged. We evaluate the extent to which a simple supply/demand model for skilled and unskilled labor with capital-skill complementarity in production can help explain this stylized fact. Within this framework, we identify three effects which would lead to an increase in the relative volatility of skilled hours: (i) a reduction in the degree of capital-skill complementarity, (ii) a reduction in the absolute volatility of GDP (and unskilled hours), and (iii) an increase in the level of capital equipment relative to skilled labor. We provide empirical evidence in support of each of these effects. Our conclusion is that these three mechanisms can jointly explain about sixty percent of the observed increase in the relative volatility of skilled labor. The reduction in the degree of capital-skill complementarity contributes the most to this result.