Impact of social structure variation on population genetics, social conflicts and life histories in ants

Summary The evolution of social structures and breeding systems in animals is a complex process that combines ecological, genetical and social factors. This thesis sheds light on important changes in population genetics, life-history and social behavior that are associated with variation in social structure in ants. The socially polymorphic ant Formica selysi was chosen as the model organism because single- and multiple-queen colonies occur in close proximity within a single large population. The shift from single- to multiple-queen colonies is generally associated with profound changes in dispersal behavior and mode of colony founding. In chapter 1, we examine the genetic consequences of variation in social structure at both the colony and population levels. A detailed microsatellite analysis reveals that both colony types have similar mating systems, with few or no queen turnover. Furthermore, the complete lack of genetic differentiation observed between single- and multiple-queen colonies provides no support to the hypothesis that change in queen number leads to restricted gene flow between social forms. Besides changes in the genetic composition of the colony, the variation in the number of queens per colony is associated with changes in a network of behavioral and life-history traits that have been described as forming a "polygyny syndrome". In chapter 2, we demonstrate that multiple-queen colonies profoundly differ from single-queen ones in terms of size, nest density and lifespan of colonies, in weight of queens produced, as well as in allocation to reproductive individuals relative to workers. These multifaceted changes in life-history traits can provide various fitness benefits to members of multiple-queen colonies. Increasing the number of queens in a colony usually results in a decreased level of aggression towards non-nestmates. The phenotype matching hypothesis predicts that, compared to single-queen colonies, multiple-queen colonies have more diverse genetically-derived cues used for recognition, resulting in a lower ability to discriminate non-nestmates. In sharp contrast to this hypothesis, we show in chapter 3 that single- and multiple-queen colonies exhibit on average similar levels of aggression. Moreover, stronger aggression is recorded between colonies of different social structure than between colonies of the same social structure. Several hypotheses propose that the evolution of multiple-queen colonies is at least partly due to benefits resulting from an increase in colony genetic diversity. The task-efficiency hypothesis holds that genetic variation improves task performance due to a more complete or more sensitive expression of the genetically-based division of labor. In .chapter 4, we evaluate if higher colony genetic diversity increases worker size polymorphism and thus may improve division of labor. We show that despite the fact that worker size has a heritable component, higher levels of genetic diversity do not result in more polymorphic workers. The smaller size and lower polymorphism levels of workers of multiple-queen colonies compared to single-queen ones further indicate that an increase in colony genetic diversity does not increase worker size polymorphism but might improve colony homeostasis. In chapter 5, we provide clear evidence for an ongoing conflict between queens and workers on sex allocation, as predicted by kin selection theory. Our data show that queens of F. selysi strongly influence colony sex allocation by biasing the sex ratio of their eggs. However, there is also evidence that workers eliminated some male brood, resulting in a population sex-investment ratio that is between the queens' and workers' equilibria. Résumé L'évolution des structures sociales et systèmes d'accouplement chez les animaux est un processus complexe combinant à la fois des facteurs écologiques, génétiques et sociaux. Cette thèse met en lumière des changements importants dans la génétique des populations, les traits d'histoire de vie et les comportements sociaux qui sont associés à des variations de structure sociale chez les fourmis. Durant ce travail, nous avons étudié une population de Formica selysi composée à la fois de colonies à une reine et de colonies à plusieurs reines. La transition de colonie à une reine à colonie à plusieurs reines est généralement associée à des changements profonds dans le comportement de dispersion ainsi que le mode de fondation des sociétés. Dans le chapitre 1, nous examinons les conséquences génétiques de la variation de structure sociale tant au niveau de la colonie qu'au niveau de la population. Une analyse détaillée à l'aide de marqueurs microsatellites nous révèle que les deux types de colonies ont des systèmes d'accouplements similaires avec peu ou pas de renouvellement de reines. L'absence totale de différenciation génétique entre les colonies à une et à plusieurs reines n'apporte aucun support à l'hypothèse selon laquelle un changement dans le nombre de reines conduit à un flux de gènes restreint entre les deux formes sociales. A côté de changements dans la composition génétique de la colonie, la variation du nombre de reines dans une colonie est associée à une multitude de changements comportementaux et de traits d'histoire de vie qui ont été décrits comme formant un "syndrome polygyne". Dans le chapitre 2, nous démontrons que les colonies à plusieurs reines diffèrent profondément des colonies à une reine en terme de taille, densité de nids, longévité des colonies, poids des nouvelles reines produites ainsi que dans l'allocation entre les individus reproducteurs et les ouvrières. Ces changements multiples dans les traits d'histoire de vie peuvent apporter des bénéfices variés en terme de fitness aux colonies à plusieurs reines. L'augmentation du nombre de reines dans une colonie est généralement associée à une baisse du degré d'agressivité envers les fourmis étrangères au nid. L'hypothèse "phénotype matching" prédit que les colonies à plusieurs reines ont une plus grande diversité dans les facteurs d'origine génétique utilisés pour la reconnaissance, résultant en une capacité diminuée à discriminer une fourmi étrangère au nid. Contrairement à cette hypothèse, nous montrons dans le chapitre 3 que les colonies à une et à plusieurs reines ont des niveaux d'agressivité similaires. De plus, une agressivité accrue est observée entre colonies de structures sociales différentes comparée à des colonies de même structure sociale. Plusieurs hypothèses ont proposé que l'évolution de colonies ä plusieurs reines soit en partie due aux bénéfices résultant d'une augmentation de la diversité génétique dans la colonie. L'hypothèse "task efficiency" prédit que la diversité génétique améliore l'efficacité à effectuer certaines tâches grâce à une expression plus complète et plus souple d'une division du travail génétiquement déterminée. Nous évaluons dans le chapitre 4 si un accroissement de la diversité génétique augmente le polymorphisme de taille des ouvrières, d'où peut ainsi découler une meilleure division du travail. Nous montrons qu'en dépit du fait que la taille des ouvrières soit un caractère héritable, une forte diversité génétique ne se traduit pas par un plus fort polymorphisme chez les ouvrières. Les ouvrières de colonies à plusieurs reines sont plus petites et moins polymorphes que celles des colonies à une seule reine. Dans le chapitre 5, nous démontrons l'existence d'un conflit ouvert entre reines et ouvrières à propos de l'allocation dans les sexes, comme le prédit la théorie de la sélection de parentèle. Nos données révèlent que les reines de F. selysi influencent fortement l'allocation dans les sexes en biaisant la sexe ratio des oeufs. Cependant, certains indices indiquent que les ouvrières éliminent une partie du couvain mâle, ce qui a pour effet d'avoir un investissement dans les sexes au niveau de la population intermédiaire entre les intérêts des reines et des ouvrières.

Supporting the reuse of effective CSCL learning designs through social structure representations

Distance and blended collaborative learning settings are usually characterized by different social structures defined in terms of groups' number, dimension, and composition; these structures are variable and can change within the same activity. This variability poses additional complexity to instructional designers, when they are trying to develop successful experiences from existing designs. This complexity is greatly associated with the fact that learning designs do not render explicit how social structures influenced the decisions of the original designer, and thus whether the social structures of the new setting could preclude the effectiveness of the reused design. This article proposes the usage of new representations (social structure representations, SSRs) able to support unskilled designers in reusing existing learning designs, through the explicit characterization of the social structures and constraints embedded either by the original designers or the reusing teachers, according to well-known principles of good collaborative learning practice. The article also describes an evaluation process that involved university professors, as well as the main findings derived from it. This process supported the initial assumptions about the effectiveness of SSRs, with significant evidence from both qualitative and qualitative data.

Flexible social organization and high incidence of drifting in the sweat bee, Halictus scabiosae.

The very diverse social systems of sweat bees make them interesting models to study social evolution. Here we focus on the dispersal behaviour and social organization of Halictus scabiosae, a common yet poorly known species of Europe. By combining field observations and genetic data, we show that females have multiple reproductive strategies, which generates a large diversity in the social structure of nests. A detailed microsatellite analysis of 60 nests revealed that 55% of the nests contained the offspring of a single female, whereas the rest had more complex social structures, with three clear cases of multiple females reproducing in the same nest and frequent occurrence of unrelated individuals. Drifting among nests was surprisingly common, as 16% of the 122 nests in the overall sample and 44% of the nests with complex social structure contained females that had genotypes consistent with being full-sisters of females sampled in other nests of the population. Drifters originated from nests with an above-average productivity and were unrelated to their nestmates, suggesting that drifting might be a strategy to avoid competition among related females. The sex-specific comparison of genetic differentiation indicated that dispersal was male-biased, which would reinforce local resource competition among females. The pattern of genetic differentiation among populations was consistent with a dynamic process of patch colonization and extinction, as expected from the unstable, anthropogenic habitat of this species. Overall, our data show that H. scabiosae varies greatly in dispersal behaviour and social organization. The surprisingly high frequency of drifters echoes recent findings in wasps and bees, calling for further investigation of the adaptive basis of drifting in the social insects.

The influence of social structure on brood survival and development in a socially polymorphic ant: insights from a cross-fostering experiment.

Animal societies vary in the number of breeders per group, which affects many socially and ecologically relevant traits. In several social insect species, including our study species Formica selysi, the presence of either one or multiple reproducing females per colony is generally associated with differences in a suite of traits such as the body size of individuals. However, the proximate mechanisms and ontogenetic processes generating such differences between social structures are poorly known. Here, we cross-fostered eggs originating from single-queen (= monogynous) or multiple-queen (= polygynous) colonies into experimental groups of workers from each social structure to investigate whether differences in offspring survival, development time and body size are shaped by the genotype and/or prefoster maternal effects present in the eggs, or by the social origin of the rearing workers. Eggs produced by polygynous queens were more likely to survive to adulthood than eggs from monogynous queens, regardless of the social origin of the rearing workers. However, brood from monogynous queens grew faster than brood from polygynous queens. The social origin of the rearing workers influenced the probability of brood survival, with workers from monogynous colonies rearing more brood to adulthood than workers from polygynous colonies. The social origin of eggs or rearing workers had no significant effect on the head size of the resulting workers in our standardized laboratory conditions. Overall, the social backgrounds of the parents and of the rearing workers appear to shape distinct survival and developmental traits of ant brood.

Evolution of Coordination in Social Networks: A Numerical Study

Coordination games are important to explain efficient and desirable social behavior. Here we study these games by extensive numerical simulation on networked social structures using an evolutionary approach. We show that local network effects may promote selection of efficient equilibria in both pure and general coordination games and may explain social polarization. These results are put into perspective with respect to known theoretical results. The main insight we obtain is that clustering, and especially community structure in social networks has a positive role in promoting socially efficient outcomes.

Sollicitude, dépendance et lien social

La croissance de la population vieillissante en Amérique du Nord a un impact significatif sur nos politiques sociales. Ainsi, l’État québécois met à la disposition des personnes âgées une aide afin de faciliter le maintien à domicile. Qui a maintenant la responsabilité de répondre aux besoins des personnes âgées; est-ce la famille ou l’État? Si la réponse peut nous aider à formuler des politiques sociales équitables, elle nous pousse aussi à repenser le lien social à la lumière de la dépendance. Dans un premier temps nous nous pencherons sur l’évolution de l’éthique de la sollicitude pour ensuite analyser les apports des études sur la production du handicap. Puisque la problématique de la dépendance s’avère cruciale dans ce débat, les écrits de deux théoriciens français, Albert Memmi et Bernard Ennuyer, nous aideront à élucider la question de la dépendance. Nous verrons par la suite comment ces divers apports peuvent nous amener à reconceptualiser le lien social.

Exploring food choice as social practice : appreciating the context of family feeding in Kahnawake, Québec, Canada

De nous jours, les modèles se référant aux comportements individuels représentent la pensée dominante pour comprendre les choix alimentaires dans le domaine de la nutrition en santé publique. Ces modèles conceptualisent les choix alimentaires comme un comportement de consommation décidé de façon rationnelle par des individus, en réponse aux multiples déterminants personnels et environnementaux. Même si ces modèles sont utiles pour décrire les déterminants des comportements individuels d’alimentation, ils ne peuvent expliquer les choix alimentaires en tant que processus social façonné en fonction des individus et des lieux, dans des contextes diversifiés. Cette thèse élabore le Cadre Conceptuel sur la Pratique des Choix Alimentaires afin d’explorer les choix alimentaires comme phénomène social. En utilisant le concept de pratique sociale, les choix alimentaires des individus symbolisent une relation récursive entre la structure sociale et l’agence. Ce cadre conceptuel nous donne un moyen d’identifier les choix alimentaires comme des activités sociales modelées sur la vie de tous les jours et la constituant. Il offre des concepts pour identifier la manière dont les structures sociales renforcent les activités routinières menant aux choix alimentaires. La structure sociale est examinée en utilisant les règles et les ressources de Giddens et est opérationnalisée de la façon suivante : systèmes de significations partagées, normes sociales, ressources matérielles et ressources d'autorité qui permettent ou empêchent les choix alimentaires désirés. Les résultats empiriques de deux études présentées dans cette thèse appuient la proposition que les choix alimentaires sont des pratiques sociales. La première étude examine les pratiques de choix alimentaires au sein des familles. Nous avons identifié les choix alimentaires comme cinq activités routinières distinctes intégrées dans la vie familiale de tous les jours à partir d’analyses réalisées sur les activités d’alimentation habituelles de 20 familles avec de jeunes enfants. Notre seconde étude a élaboré les règles et les ressources des pratiques alimentaires à partir des familles de l’étude. Ensuite, nous avons analysé la façon dont les règles et les ressources pouvaient expliquer les pratiques de choix alimentaires qui sont renforcées ou limitées au sein des familles lors de la routine spécifique à la préparation des repas et de la collation. Les ressources matérielles et d'autorité suffisantes ont permis d’expliquer les pratiques de choix alimentaires qui étaient facilitées, alors que les défis pouvaient être compris comme etant reliés à des ressources limitées. Les règles pouvaient empêcher ou faciliter les pratiques de choix alimentaires par l’entremise de normes ou de significations associées à la préparation de repas. Les données empiriques provenant de cette thèse appuient les choix alimentaires comme étant des activités routinières qui sont structurées socialement et qui caractérisent les familles. Selon la théorie de la structuration de Giddens, les pratiques routinières qui persistent dans le temps forment les institutions sociales. Ainsi, les pratiques routinières de choix alimentaires façonnent les styles d’habitudes alimentaires familiales et contribuent par ailleurs à la constitution des familles elles-mêmes. Cette compréhension identifie de nouvelles directions concernant la façon dont les choix alimentaires sont conceptualisés en santé publique. Les programmes de promotion de la santé destinés à améliorer la nutrition sont des stratégies clés pour prévenir les maladies chroniques et pour améliorer la santé populationnelle. Les choix alimentaires peuvent être abordés comme des activités partagées qui décrivent des groupes sociaux et qui sont socialement structurés par des règles et des ressources présentes dans les contextes de pratiques de choix alimentaires.

Travel Report from the first field trip within the SIDA supported project "Mini-grids supplied by renewable energy - improving technical and social feasibility : Including visits to Ihushi Development Center, Tweyambe Secondary School and Mavuno Project in Tanzania. Conducted in April 2011

This report describes the outcome of the first visit to Tanzania, within the project "Mini-grids supplied by renewable energy - improving technical and social feasibility". The trip included visits to three different organizations; Ihushi Development Center (IDC) near Mwanza, TIDESO near Bukoba, and Mavuno Project in Karagwe. At IDC, a brief evaluation of the current power system was done and measuring equipment for long term measurements were installed. At all three locations investigations regarding the current and future electricity demand were conducted and connections to people relevant to the study were established. The report is including as well some technical specifications as some observations regarding organization and management of the technical systems. The trip was including only short visits and therefore only brief introductions to the different organizations, based on observations done by the author. The report is hence describing the author’s understanding of the technical system and social structures after only short visits to each of the organizations, and may differ from observations done at another point in time, over a different time period, or by some other person.This report describes the outcome of the first visit to Tanzania, within the project "Mini-grids supplied by renewable energy - improving technical and social feasibility". The trip included visits to three different organizations; Ihushi Development Center (IDC) near Mwanza, TIDESO near Bukoba, and Mavuno Project in Karagwe. At IDC, a brief evaluation of the current power system was done and measuring equipment for long term measurements were installed. At all three locations investigations regarding the current and future electricity demand were conducted and connections to people relevant to the study were established. The report is including as well some technical specifications as some observations regarding organization and management of the technical systems. The trip was including only short visits and therefore only brief introductions to the different organizations, based on observations done by the author. The report is hence describing the author’s understanding of the technical system and social structures after only short visits to each of the organizations, and may differ from observations done at another point in time, over a different time period, or by some other person.