Evolutionary history and its relevance in understanding and conserving southern African biodiversity

Abstract : Understanding how biodiversity is distributed is central to any conservation effort and has traditionally been based on niche modeling and the causal relationship between spatial distribution of organisms and their environment. More recently, the study of species' evolutionary history and relatedness has permeated the fields of ecology and conservation and, coupled with spatial predictions, provides useful insights to the origin of current biodiversity patterns, community structuring and potential vulnerability to extinction. This thesis explores several key ecological questions by combining the fields of niche modeling and phylogenetics and using important components of southern African biodiversity. The aims of this thesis are to provide comparisons of biodiversity measures, to assess how climate change will affect evolutionary history loss, to ask whether there is a clear link between evolutionary history and morphology and to investigate the potential role of relatedness in macro-climatic niche structuring. The first part of my thesis provides a fine scale comparison and spatial overlap quantification of species richness and phylogenetic diversity predictions for one of the most diverse plant families in the Cape Floristic Region (CFR), the Proteaceae. In several of the measures used, patterns do not match sufficiently to argue that species relatedness information is implicit in species richness patterns. The second part of my thesis predicts how climate change may affect threat and potential extinction of southern African animal and plant taxa. I compare present and future niche models to assess whether predicted species extinction will result in higher or lower V phylogenetic diversity survival than what would be experienced under random extinction processes. l find that predicted extinction will result in lower phylogenetic diversity survival but that this non-random pattern will be detected only after a substantial proportion of the taxa in each group has been lost. The third part of my thesis explores the relationship between phylogenetic and morphological distance in southern African bats to assess whether long evolutionary histories correspond to equally high levels of morphological variation, as predicted by a neutral model of character evolution. I find no such evidence; on the contrary weak negative trends are detected for this group, as well as in simulations of both neutral and convergent character evolution. Finally, I ask whether spatial and climatic niche occupancy in southern African bats is influenced by evolutionary history or not. I relate divergence time between species pairs to climatic niche and range overlap and find no evidence for clear phylogenetic structuring. I argue that this may be due to particularly high levels of micro-niche partitioning. Résumé : Comprendre la distribution de la biodiversité représente un enjeu majeur pour la conservation de la nature. Les analyses se basent le plus souvent sur la modélisation de la niche écologique à travers l'étude des relations causales entre la distribution spatiale des organismes et leur environnement. Depuis peu, l'étude de l'histoire évolutive des organismes est également utilisée dans les domaines de l'écologie et de la conservation. En combinaison avec la modélisation de la distribution spatiale des organismes, cette nouvelle approche fournit des informations pertinentes pour mieux comprendre l'origine des patterns de biodiversité actuels, de la structuration des communautés et des risques potentiels d'extinction. Cette thèse explore plusieurs grandes questions écologiques, en combinant les domaines de la modélisation de la niche et de la phylogénétique. Elle s'applique aux composants importants de la biodiversité de l'Afrique australe. Les objectifs de cette thèse ont été l) de comparer différentes mesures de la biodiversité, 2) d'évaluer l'impact des changements climatiques à venir sur la perte de diversité phylogénétique, 3) d'analyser le lien potentiel entre diversité phylogénétique et diversité morphologique et 4) d'étudier le rôle potentiel de la phylogénie sur la structuration des niches macro-climatiques des espèces. La première partie de cette thèse fournit une comparaison spatiale, et une quantification du chevauchement, entre des prévisions de richesse spécifique et des prédictions de la diversité phylogénétique pour l'une des familles de plantes les plus riches en espèces de la région floristique du Cap (CFR), les Proteaceae. Il résulte des analyses que plusieurs mesures de diversité phylogénétique montraient des distributions spatiales différentes de la richesse spécifique, habituellement utilisée pour édicter des mesures de conservation. La deuxième partie évalue les effets potentiels des changements climatiques attendus sur les taux d'extinction d'animaux et de plantes de l'Afrique australe. Pour cela, des modèles de distribution d'espèces actuels et futurs ont permis de déterminer si l'extinction des espèces se traduira par une plus grande ou une plus petite perte de diversité phylogénétique en comparaison à un processus d'extinction aléatoire. Les résultats ont effectivement montré que l'extinction des espèces liées aux changements climatiques pourrait entraîner une perte plus grande de diversité phylogénétique. Cependant, cette perte ne serait plus grande que celle liée à un processus d'extinction aléatoire qu'à partir d'une forte perte de taxons dans chaque groupe. La troisième partie de cette thèse explore la relation entre distances phylogénétiques et morphologiques d'espèces de chauves-souris de l'Afrique australe. ll s'agit plus précisément de déterminer si une longue histoire évolutive correspond également à des variations morphologiques plus grandes dans ce groupe. Cette relation est en fait prédite par un modèle neutre d'évolution de caractères. Aucune évidence de cette relation n'a émergé des analyses. Au contraire, des tendances négatives ont été détectées, ce qui représenterait la conséquence d'une évolution convergente entre clades et des niveaux élevés de cloisonnement pour chaque clade. Enfin, la dernière partie présente une étude sur la répartition de la niche climatique des chauves-souris de l'Afrique australe. Dans cette étude je rapporte temps de divergence évolutive (ou deux espèces ont divergé depuis un ancêtre commun) au niveau de chevauchement de leurs niches climatiques. Les résultats n'ont pas pu mettre en évidence de lien entre ces deux paramètres. Les résultats soutiennent plutôt l'idée que cela pourrait être I dû à des niveaux particulièrement élevés de répartition de la niche à échelle fine.

Nematode selenoproteome: the use of the selenocysteine insertion system to decode one codon in an animal genome?

Selenocysteine (Sec) is co-translationally inserted into selenoproteins in response to codon UGA with the help of the selenocysteine insertion sequence (SECIS) element. The number of selenoproteins in animals varies, with humans having 25 and mice having 24 selenoproteins. To date, however, only one selenoprotein, thioredoxin reductase, has been detected in Caenorhabditis elegans, and this enzyme contains only one Sec. Here, we characterize the selenoproteomes of C.elegans and Caenorhabditis briggsae with three independent algorithms, one searching for pairs of homologous nematode SECIS elements, another searching for Cys- or Sec-containing homologs of potential nematode selenoprotein genes and the third identifying Sec-containing homologs of annotated nematode proteins. These methods suggest that thioredoxin reductase is the only Sec-containing protein in the C.elegans and C.briggsae genomes. In contrast, we identified additional selenoproteins in other nematodes. Assuming that Sec insertion mechanisms are conserved between nematodes and other eukaryotes, the data suggest that nematode selenoproteomes were reduced during evolution, and that in an extreme reduction case Sec insertion systems probably decode only a single UGA codon in C.elegans and C.briggsae genomes. In addition, all detected genes had a rare form of SECIS element containing a guanosine in place of a conserved adenosine present in most other SECIS structures, suggesting that in organisms with small selenoproteomes SECIS elements may change rapidly.

Generation of reconstituted human plasma-derived secretory-like IgA and IgM and their protective effect on intestinal epithelium

Les muqueuses sont les membranes tapissant les cavités du corps, tel que le tube digestif, et sont en contact direct avec l'environnement extérieur. Ces surfaces subissent de nombreuses agressions pouvant être provoquées par des agents pathogènes (bactéries, toxines ou virus). Cela étant, les muqueuses sont munies de divers mécanismes de protection dont notamment deux protéines-clés permettant de neutraliser les agents pathogènes : les anticorps ou immunoglobulines sécrétoires A (SIgA) et M (SIgM). Ces anticorps sont, d'une part, fabriqués au niveau de la muqueuse sous forme d'IgA et IgM. Lorsqu'ils sont sécrétés dans l'intestin, ils se lient à une protéine appelée pièce sécrétoire et deviennent ainsi SIgA et SïgM. La présence de la pièce sécrétoire est essentielle pour que les anticorps puissent fonctionner au niveau de la muqueuse. D'autre part, ces anticorps sont également fabriqués dans d'autres parties du corps en général et se retrouvent dans le sang sous forme d'IgA et IgM Chez l'homme, des thérapies basées sur l'injection d'anticorps donnent de bons résultats depuis de nombreuses années notamment dans le traitement des infections. Bien qu'un certain nombre d'études ont montré le rôle protecteur des anticorps de type IgA et IgM, ceux-ci ne sont que rarement utilisés dans les thérapies actuelles. La principale raison de cette faible utilisation réside dans la production ou la purification des IgA/IgM ou SIgA/SIgM (la forme active au niveau des muqueuses) qui est difficile à réaliser à large échelle. Ainsi, le but de la thèse était (1) d'étudier la possibilité d'employer des IgA et des IgM provenant du sang humain pour générer des SIgA et SIgM et (2) de voir si ces anticorps reconstitués pouvaient neutraliser certains agents pathogènes au niveau des muqueuses. Tout d'abord, une analyse biochimique des IgA et des IgM issues du sang a été effectuée. Nous avons observé que ces anticorps avaient des caractéristiques similaires aux anticorps naturellement présents au niveau des muqueuses. De plus, nous avons confirmé que ces anticorps pouvaient être associés à une pièce sécrétoire produite en laboratoire pour ainsi donner des SIgA et SIgM reconstituées. Ensuite, la fonctionnalité des anticorps reconstitués a été testée grâce à un modèle de couche unique de cellules intestinales différenciées (monocouches) en laboratoire imitant la paroi de l'intestin. Ces monocouches ont été infectées par une bactérie pathogène, Shigella flexneri, responsable de la shigellose, une maladie qui provoque des diarrhées sanglantes chez l'homme. L'infection des monocouches par les bactéries seules ou combinées aux SIgA et SIgM reconstituées a été analysée. Nous avons observé que les dommages des cellules étaient moins importants lorsque les SIgA étaient présentes. Il apparaît que les SIgA neutralisent les bactéries en se fixant dessus, ce qui provoque leur agrégation, et diminuent l'inflammation des cellules. La protection s'est montrée encore plus efficace avec les SIgM. De plus, nous avons vu que les SIgA et SIgM pouvaient diminuer la sécrétion de facteurs nocifs produits par les bactéries. Utilisant le même modèle des monocouches, la fonctionnalité des IgA issues du sang humain a aussi été testée contre une toxine sécrétée par une bactérie appelée Clostridium diffìcile. Cette bactérie peut être présente naturellement dans l'intestin de personnes saines, cependant elle peut devenir pathogène dans certaines conditions et être à l'origine de diarrhées et d'inflammations de l'intestin via la sécrétion de toxines. Des préparations d'anticorps contenant une certaine proportion de SIgA reconstituées ont amené à une diminution des dommages et de l'inflammation des monocouches causés par la toxine. L'ensemble de ces résultats prometteurs, montrant que des SIgA et SIgM reconstituées peuvent protéger la paroi de l'intestin des infections bactériennes, nous conduisent à approfondir la recherche sur ces anticorps dans des modèles animaux. L'aboutissement de ce type de recherche permettrait de tester, par la suite, l'efficacité sur l'homme de traitements des infections des muqueuses par injection d'anticorps de type SIgA et SIgM reconstituées. Les muqueuses, telle que la muqueuse gastrointestinale, sont des surfaces constamment exposées à l'environnement et leur protection est garantie par une combinaison de barrières mécaniques, physicochimiques et immunologiques. Parmi les divers mécanismes de protection immunologiques, la réponse humorale spécifique joue un rôle prépondérant et est assurée par les immunoglobulines sécrétoires de type A (SIgA) et M (SIgM). Les thérapies basées sur l'administration d'IgG apportent d'importants bénéfices dans le domaine de la santé. Bien que des études sur les animaux aient montré que l'administration par voie muqueuse d'IgA polymérique (plgA) ou SIgA pouvaient protéger des infections, des IgA/SIgA n'ont été utilisées qu'occasionnellement dans les thérapies. De plus, des études précliniques et cliniques ont démontré que l'administration par voie systémique de préparations enrichies en IgM pouvait aussi protéger des infections. Cependant, l'administration par voie muqueuse d'IgM/SIgM purifiées n'a pas été examinée jusqu'à présent. La principale raison est que la purification ou là production des IgA/SIgA et IgM/SIgM est difficile à réaliser à large échelle. Le but de ce travail de thèse était d'examiner la possibilité d'associer des IgA et IgM polyclonals purifiées à partir du plasma humain avec une pièce sécrétoire recombinante humaine afin de générer des SIgA et SIgM reconstituées fonctionnelles. Tout d'abord, une analyse biochimique des IgA et IgM issues du plasma humain a été effectuée par buvardage de western et Chromatographie. Ces molécules avaient des caractéristiques biochimiques similaires à celles des immunoglobulines issues de la muqueuse. L'association entre plgA ou IgM issues du plasma humain et la pièce sécrétoire recombinante humaine a été confirmée, ainsi que la stoechiométrie 1:1 de l'association. Comme dans les conditions physiologiques, cette association permettait de retarder la dégradation des SIgA et SIgM reconstituées exposées à des protéases intestinales. Ensuite, la fonctionnalité et le mode d'action des IgA et IgM issues du plasma humain, ainsi que des SIgA et SIgM reconstituées, ont été explorés grâce à un modèle in vitro de monocouches de cellules intestinales épithéliales polarisées de type Caco-2, qui imite l'épithélium intestinal. Les monocouches ont été infectées par un pathogène entérique, Shigella flexneri, seul ou combiné aux immunoglobulines issues du plasma humain ou aux immunoglobulines sécrétoires reconstituées. Bien que les dommages des monocouches aient été retardés par les plgA et SIgA reconstituées, les IgM et SIgM reconstituées se sont montrées supérieures dans le maintien de l'intégrité des cellules. Une agrégation bactérienne et une diminution de l'inflammation des monocouches ont été observées avec les plgA et SIgA reconstituées. Ces effets étaient augmentés avec les IgM et SIgM reconstituées. De plus, il s'est révélé que les deux types d'immunoglobulines de type sécrétoire reconstituées agissaient directement sur la virulence des bactéries en réduisant leur sécrétion de facteurs de virulence. La fonctionnalité des IgA issues du plasma humain a aussi été testée contre la toxine A de Clostridium difficile grâce au même modèle de monocouches de cellules épithéliales. Nous avons démontré que des préparations enrichies en IgA provenant du plasma humain pouvaient diminuer les dommages et l'inflammation des monocouches induits par la toxine. L'ensemble de ces résultats démontrent que des IgA et IgM de type sécrétoire peuvent être générées à partir d'IgA et IgM issues du plasma humain en les associant à la pièce sécrétoire et que ces molécules protègent l'épithélium intestinal contre des bactéries pathogènes. Ces molécules pourraient dès lors être testées dans des modèles in vivo. Le but final serait de les utiliser chez l'homme à des fins d'immunisation passive dans le traitement de pathologies associées à la muqueuse telles que les infections. - Mucosal surfaces, such as gastrointestinal mucosa, are constantly exposed to the external environment and their protection is ensured by a combination of mechanical, physicochemical and immunological barriers. Among the various immunological defense mechanisms, specific humoral mucosal response plays a crucial role and is mediated by secretory immunoglobulins A (SIgA) and M (SIgM). Immunoglobulin therapy based on the administration of IgG molecules leads important health benefits. Even though animal studies have shown that mucosal application of polymeric IgA (plgA) or SIgA provided protection against infections, IgA/SIgA have been only used occasionally for therapeutic application. Moreover, preclinical and clinical studies have demonstrated that systemic administration of IgM-enriched preparations could also afford protection against infections. Nevertheless, mucosal application of purified IgM/SIgM has not been examined. The main reason is that the purification or production of IgA/SIgA and IgM/SIgM at large scale is difficult to achieve. The aim of this PhD project was to examine the possibility to associate polyclonal human plasma-derived IgA and IgM with recombinant human secretory component (SC) to generate functional secretoiy-like IgA and IgM. First, biochemical analysis of human plasma IgA and IgM was performed by western blotting and chromatography. These molecules exhibited the same biochemical features as mucosa-derived antibodies (Abs). The association between human plasma plgA or IgM and recombinant human SC was confirmed, as well as the 1:1 stoichiometry of association. Similarly to physiological conditions, this association delayed the degradation of secretory-like IgA or IgM by intestinal proteases. Secondly, the function activity and the mode of action of human plasma IgA and IgM, as well as secretory-like IgA and IgM were explored using an in vitro model of polarized intestinal epithelial Caco-2 cell monolayers mimicking intestinal epithelium. Cell monolayers were infected with an enteropathogen, Shigella flexneri, alone or in combination to plasma Abs or secretory-like Abs. Even though plasma plgA and secretoiy-like IgA resulted in a delay of bacteria-induced damages of cell monolayers, plasma IgM and secretory-like IgM were shown to be superior in maintenance of cell integrity. Polymeric IgA and secretory-like IgA induced bacterial aggregation and decreased cell monolayer inflammation, effects further amplified with IgM and secretory-like IgM. In addition, both secretory-like Abs directly impacted on bacterial virulence leading to a reduction in secretion of virulence factors by bacteria. The functionality of human plasma IgA was also tested against Clostridium difficile toxin A using Caco-2 cell monolayers. Human plasma IgA- enriched preparations led to a diminution of cell monolayer damages and a decrease of cellular inflammation induced by the toxin. The sum of these results demonstrates that secretory-like IgA and IgM can be generated from purified human plasma IgA and IgM associated to SC and that these molecules are functional to protect intestinal epithelium from bacterial infections. These molecules could be now tested using in vivo models. The final goal would be to use them by passive immunization in the treatment of mucosa-associated pathologies like infections in humans.

Feeding and the Equilibrium Feeder Animal Price-Weight Schedule, June 2005

The feeder animal price is a derivative in the sense that its value depends upon the price of animals for the consumption market. It also depends upon the biological growth technology and feed costs. Daily maintenance costs are of particular interest to the husbander because they can be avoided through accelerated feeding. In this paper, the optimal feeding path under equilibrium feeder animal prices is established. This analysis is used to gain a better understanding of feeding decisions, regulation in feedstuff markets, and the consequences of genetic innovations. It is shown that days on feed can increase or decrease with a genetic innovation or other improvement in feed conversion efficiency. The structure of comparative prices for feeder animals at different weights, the early slaughter decision, and equilibrium in feeder animal markets are also developed. Feeder animal prices can increase over a weight interval if biological feed efficiency parameters are low over the interval.

Tigecycline in combination with other antimicrobials: a review of in vitro, animal and case report studies.

Tigecycline has been investigated in combination with other antibacterials against a wide range of susceptible and multiresistant Gram-positive and Gram-negative bacteria. Combinations have been analysed in vitro, in animal models and in human case reports. In vitro, tigecycline combined with other antimicrobials produces primarily an indifferent response (neither synergy nor antagonism). Nevertheless, synergy occurred when tigecycline was combined with rifampicin against 64-100% of Enterococcus spp., Streptococcus pneumoniae, Enterobacter spp. and Brucella melitensis isolates. Combinations of tigecycline with amikacin also showed synergy for 40-100% of Enterobacter spp., Klebsiella pneumoniae, Proteus spp. and Stenotrophomonas maltophilia isolates. Moreover, bactericidal synergisms occurred with tigecycline plus amikacin against problematic Acinetobacter baumannii and Proteus vulgaris, and with colistin against K. pneumoniae. Data from animal experiments and case reports, although limited, displayed consistent beneficial activity of tigecycline in combination with other antibacterials against multiresistant organisms, including vancomycin against penicillin-resistant S. pneumoniae in experimental meningitis, gentamicin against Pseudomonas aeruginosa in experimental pneumonia, daptomycin against Enterococcus faecium endocarditis, and colistin against K. pneumoniae bacteraemia and P. aeruginosa osteomyelitis. Antagonism was extremely rare in vitro and was not reported in vivo. Thus, tigecycline may be combined with a second antimicrobial as part of a combination regimen.

Biosecurity and Infectious Animal Disease, November 2005

The spatial dimension of agricultural production is important when a communicable disease enters a region. This paper considers two sorts of biosecurity risk that producers can seek to protect against. One concerns the risk of spread: that neighboring producers do not take due care in protecting against being infected by a disease already in the region. In this case, producer efforts substitute with those of near neighbors. For representative spatial production structures, we characterize Nash equilibrium protection levels and show how spatial production structure matters. The other sort of risk concerns entry: that producers do not take due care in preventing the disease from entering the region. In this case, producer heterogeneity has subtle effects on welfare loss due to strategic behavior. Efforts by producers complement, suggesting that interfarm communication will help to redress the problem.

Allostatic working memory processing in schizophrenia: Human and animal model coherence

The most evident symptoms of schizophrenia are severe impairment of cognitive functions like attention, abstract reasoning and working memory. The latter has been defined as the ability to maintain and manipulate on-line a limited amount of information. Whereas several studies show that working memory processes are impaired in schizophrenia, the specificity of this deficit is still unclear. Results obtained with a new paradigm, involving visuospatial, dynamic and static working memory processing, suggest that schizophrenic patients rely on a specific compensatory strategy. An animal model of schizophrenia with a transient deficit in glutathione during the development reveals similar substitutive processing, masking the impairment in working memory functions in specific test conditions only. Taken together, these results show coherence between working memory deficits in schizophrenic patients and in animal models. More generally, it is possible to consider that the pathological state may be interpreted as a reduced homeostatic reserve. However, this may be balanced in specific situations by efficient allostatic strategies. Thus, the pathological condition would remain latent in several situations, due to such allostatic regulations. However, to maintain a performance based on highly specific strategies requires in turn specific conditions, limitating adaptative resources in humans and in animals. In summary, we suggest that the psychological and physical load to maintain this rigid allostatic state is very high in patients and animal subjects.

Establishment of a reliable laser-Induced Choroidal Neovascularization Animal Model

Purpose: Pathologic choroidal neovascularizations (CNV) are implicated in the wet form of age-related macular degeneration (ARMD). Abnormal vessel growth is also observed in disease when hypoxia and/or inflammation occur. Our goal is to establish a standard protocol of laser-induced CNV in mice that have different levels of pigmentation to identify the most reliable animal model.Methods: CNV was induced by 4 burns around the optic disk, using a green argon laser (100μm diameter spot size; 0,05 sec. duration) in C57/Bl6, DBA/1 and Balb/c to ascertain the efficacy of the method in function of retina pigmentation. Five different intensities were tested and Bruch's membrane disruption was identified by the appearance of a bubble at the site of photocoagulation. Fluorescein angiographies (FA) were undertaken 14 days post lesion and CNV area was quantified by immunohistochemistry on cryosections.Results: CNV retina area was related to spot intensity after laser injury. While 180mW and 200mW do not induce reliable CNV (respectively 27.85±0.35% and 29±1.67% of the retina surface), 260mW is required to induce 51,07±8.52% of CNV in C57/Bl6 mice. For the DBA/1 strain, less pigmented, 200mW was sufficient to induce 49.35±3.9% of CNV, indicating that lower intensity are required to induce CNV. Furthermore, an intensity of 180mW induced greater CNV (35.55±6.01%) than in C57/Bl6 mice. Nevertheless, laser did not induce reproducible 50% CNV in Balb/c albino mice for all intensities tested. Isolectin-B4 and GFAP stainings revealed neovessel formation and photoreceptor (PR) degeneration at the impact site. The presence of glia was observed throughout all the retinal layers and angiograms showed fluorescein leakage in pigmented mice.Conclusions: The establishment of a standard protocol to induce CNV and subsequent PR degeneration is of prime importance for the use of the laser-induced CNV model and will allow to evaluate the therapeutic potency of agents to prevent CNV and retinal degeneration.

Sibling rivalry and vocal negotiation in the barn owl Tyto alba

Chez les animaux, les jeunes dépendant des parents durant leur développement sont en compétition pour obtenir la nourriture, qu'ils quémandent par des cris et postures ostentatoires et se disputent physiquement. Les frères et soeurs n'ont pas la même compétitivité, en particulier s'ils diffèrent en âge, et leur niveau de faim fluctue dans le temps. Comme dans tout type de compétition, chacun doit ajuster son investissement aux rivaux, c'est à dire aux besoins et comportements de ses frères et soeurs. Dans le contexte de la famille, selon la théorie de sélection de parentèle, les jeunes bénéficient de leur survie mutuelle et donc de la propagation de la part de gènes qu'ils ont en commun. L'hypothèse de la « négociation frères-soeurs » prédit que, sous certaines conditions, les jeunes négocient entre eux la nourriture, ce qui réduit les coûts de compétition et permet de favoriser les frères et soeurs les plus affamés. La littérature actuelle se focalise sur les signaux de quémande entre enfants et parents et les interactions compétitives frères-soeurs sont étudiées principalement au sein de paires, alors que les nichées ou portées en comprennent souvent de nombreux. Cette thèse vise à mieux comprendre comment et jusqu'à quel point plusieurs jeunes ajustent mutuellement leurs signaux de besoin. C'est une question importante, étant donné que cela influence la répartition de nourriture entre eux, donc la résolution du conflit qui les oppose et à terme leur valeur évolutive. Le modèle d'étude est la chouette effraie (Tyto alba), chez laquelle jusqu'à neufs poussins émettent des milliers de cris chacun par nuit. Ils négocieraient entre eux la prochaine proie indivisible rapportée au nid avant que les parents ne reviennent : un poussin affamé crie plus qu'un autre moins affamé, ce qui dissuade ce dernier de crier en retour et par la suite de quémander la nourriture aux parents. L'investissement optimal correspondrait donc à écarter son frère en permanence vu que l'arrivée des parents est imprévisible, mais à moindre coût. Dans un premier axe, nous avons exploré au sein de dyades les mécanismes acoustiques permettant aux poussins de doser leur effort vocal durant les heures de compétition où ils sont laissés seuls au nid. Nous avons trouvé que les poussins évitent de crier simultanément, ce qui optimiserait la discrimination du nombre et de la durée de leurs cris, lesquels reflètent de façon honnête leur niveau de faim et donc leur motivation. L'alternance des cris paraît particulièrement adaptée au fait que les poussins se fient à des variations temporelles subtiles dans le rythme et la durée de leurs vocalisations pour prendre la parole. En particulier, allonger ses cris tout en criant moins dissuade efficacement le rival de répondre, ce qui permet de monopoliser la parole dans de longs « monologues ». Ces règles seraient universelles puisqu'elles ne dépendent pas de la séniorité, de la faim, ni de la parenté et les poussins répondent à un playback de façon similaire à un vrai frère. Tous ces résultats apportent la première preuve expérimentale que les juvéniles communiquent de façon honnête sur leurs besoins, ajustent activement le rythme de leurs cris et utilisent des composantes multiples de leurs vocalisations d'une façon qui réduit le coût de la compétition. De plus, il s'agit de la première démonstration que des règles de conversation régissent de longs échanges vocaux chez les animaux de façon comparable aux règles basiques observées chez l'Homme. Dans un second axe, nous avons exploré les stratégies comportementales que les poussins adoptent pour rivaliser avec plusieurs frères et soeurs, par le biais d'expériences de playback. Nous avons trouvé que les poussins mémorisent des asymétries de compétitivité entre deux individus qui dialoguent et répondent plus agressivement au moins compétitif une fois qu'ils sont confrontés à chacun isolément. Dans la même ligne, quand ils entendent un nombre variable d'individus criant à un taux variable, les poussins investissent le plus contre des rivaux moins nombreux et moins motivés. En accord avec les prédictions des modèles théoriques, les poussins de chouette effraie escaladent donc les conflits pour lesquels leur chance de gagner contrebalance le plus l'énergie dépensée. Nous révélons ainsi que 1) les jeunes frères et soeurs 'espionnent' les interactions de leurs rivaux pour évaluer leur compétitivité relative, ce qui est sans doute moins coûteux qu'une confrontation directe avec chacun, et 2) dosent leur investissement vocal en fonction du nombre de rivaux actuellement en compétition et de leur motivation de façon concomitante. Ces résultats montrent que les interactions entre frères et soeurs au nid reposent sur des mécanismes similaires à ceux observés, mais encore de façon anecdotique, chez les adultes non apparentés qui se disputent les territoires et partenaires sexuels. Cette thèse souligne donc combien il est crucial de considérer dorénavant la famille comme un réseau de communication à part entière pour mieux comprendre comment les jeunes résolvent les conflits autour du partage des ressources parentales. Plus généralement, elle révèle l'importance de la dynamique temporelle des vocalisations dans les conflits et la communication des animaux. A la lumière de nos résultats, la chouette effraie apparaît comme un modèle clé pour de futures recherches sur la résolution des conflits et la communication acoustique. - In species with parental care, offspring contest priority access to food by begging through conspicuous postures and vocalisations and by physically jockeying. Siblings differ in their competitiveness, especially in the case of age and size hierarchies, and their hunger level fluctuates in time. As in competition in general, each individual should adjust its investment to opponents that is to say to its siblings' needs and behaviours. In the particular context of family, according to kin selection theory, siblings derive extra fitness benefits from their mutual survival and hence the spreading of the genes they share. The "sibling negotiation" predicts that, under certain conditions, young would negotiate among them priority access to food, which reduces competition costs and enables promoting the most hungry siblings. To date, the literature focuses on signals of need between parents and offspring and competitive interactions (in particular among siblings) are mostly studied within pairwise interactions, yet they commonly involve more numerous rivals. This PhD aims at better understanding how and the extent to which several young siblings compete through signalling. This is important since this influences how food is allocated among them, thus the outcome of sibling rivalry and ultimately their fitness. I use the barn owl (Tyto alba) as a model, in which the one to nine nestlings emit a simple noisy call thousands of times per night. Thereby, they would negotiate among them priority access to the indivisible food next delivered prior to parents' feeding visits. A hungry nestling emits more calls than a less hungry sibling, which deters it to call in return and ultimately beg food at parents. The optimal investment thus corresponds to constantly deterring the rival to compete, given that parents' arrival is unpredictable, but at the lowest costs. In the first axis of my thesis, we explored within dyads the acoustic mechanisms by which owlets dose vocal effort when competing during the hours they are left alone. We found that owlets avoid overlapping each other's calls. This would enhance the discrimination of both call number and duration, which honestly reflect individuals' hunger level and hence motivation to compete. Such antiphony seems best adapted to the fact that siblings actually use subtle temporal variations in the rhythm and duration of their calls to take or give their turn. Owlets alternate monologs, in which lengthening calls efficiently deters the rival to respond while reducing call number. Such rules depend neither on seniority, hunger level nor kinship since nestlings responded similarly to a live sibling and an unrelated playback individual. Taken together, these findings provide the first experimental proof that dependent young honestly communicate about their need, actively adjust the timing of their calls and use multicomponent signals in a way that reduces vocal costs. Moreover, this is the first demonstration of conversational rules underlying animal long-lasting vocal exchanges comparable to the basic turn-taking signals observed in humans. In the second axis, we focused on the behavioural strategies owlets adopt to compete with more than one sibling, using playback experiments. We found that singleton bystanders memorised competitive asymmetries between two playback individuals dialoguing and responded more aggressively to the submissive one once they later faced each of both alone. Moreover, when hearing a varying number of nestlings calling at varying rates, owlets vocally invested the most towards fewer and less motivated rivals. In line with predictions from models on conflict settlement, barn owls thus escalate contests in which their chance of winning best counterbalances the energy spent. These results reveal that young socially eavesdrop on their siblings' interactions to assess their relative competitiveness at likely lower costs than direct confrontation, and dose vocal effort relative to both their number and motivation. This shows that young siblings' interactions imply mechanisms similar to those observed, yet still anecdotally, in unrelated adults that contest mates and territories. This PhD therefore highlights how crucial it is to further consider family as a communication network to better understand how siblings resolve conflicts over the share of parental resources. More generally, it provides important insights into the role of the temporal dynamics of signalling during animal contests and communication. In the light of our findings, the barn owl emerges as a key model for future research on conflict resolution and acoustic communication in animals.

A developmental in vivo 1H NMR study in mice with genetic redox dysregulation: an animal model with relevance to schizophrenia

Glutathione (GSH), a major redox regulator and anti-oxidant, is decreased in cerebrospinal fluid and prefrontal cortex of schizophrenia patients. The gene of the key GSH-synthesizing enzyme, glutamate-cysteine ligase, modifier (GCLM) subunit, is associated with schizophrenia, suggesting that the deficit in the GSH system is of genetic origin. Using the GCLM knock-out (KO) mouse model with 60% decreased brain GSH levels, we have shown that redox dysregulation results in abnormal brain morphology and function. Current theory holds that schizophrenia is a developmental disease involving progressive anatomical and functional brain pathology. Here, we used GCLM KO mice to investigate the impact of a genetically dysregulated redox system on the neurochemical profile of the developing brain. The anterior and posterior cortical neurochemical profile of male and female GCLM KO, heterozygous and wildtype mice was determined by localised in vivo 1H NMR spectroscopy at 14.1 T (Varian/Magnex spectrometer) on post-natal days 10, 20, 30, 60 and 90. We show, for the first time, (1) that high quality 1H NMR spectra can be acquired from early developing mouse brains and (2) that recurrent anaesthesia by itself when administered at the same developmental days has no adverse effects on brain metabolites nor on adult behaviour. (3) Most importantly, our results reveal genotype and age specific changes for a number of metabolites revealing insight into normal brain development and about the impact of genetic GSH dysregulation.

The GraftConnector experience. Long-term patency and histological work up in an animal model.

BACKGROUND: A device to perform sutureless end-to-side coronary artery anastomosis has been developed by means of stent technology (GraftConnector). The present study assesses the long-term quality of the GraftConnector anastomosis in a sheep model. METHODS: In 8 adult sheep, 40-55 kg in weight, through left anterior thoracotomy, the right internal mammary artery (RIMA) was prepared and connected to the left anterior descending artery (LAD) by means of GraftConnector, on beating heart, without using any stabilizer. Ticlopidine 250 mg/day for anticoagulation for 4 weeks and Aspirin 100 mg/day for 6 months were given. The animals were sacrificed after 6 months and histological examination of anastomoses was carried out after slicing with the connector in situ for morphological analysis. RESULTS: All animals survived at 6 months. All anastomoses were patent and mean luminal width at histology was 1.8 +/- 0.2 mm; mean myotomia hyperplasia thickness was 0.21 +/- 0.1 mm. CONCLUSIONS: Long-term results demonstrate that OPCABGs performed with GraftConnector had 100% patency rate. The mean anastomotic luminal width corresponds to mean LAD's adult sheep diameter. We may speculate that myotomia hyperplasia occurred as a result of local device oversizing.

Instrumental and ethical aspects of experimental research with animal models

Experimental animal models offer possibilities of physiology knowledge, pathogenesis of disease and action of drugs that are directly related to quality nursing care. This integrative review describes the current state of the instrumental and ethical aspects of experimental research with animal models, including the main recommendations of ethics committees that focus on animal welfare and raises questions about the impact of their findings in nursing care. Data show that, in Brazil, the progress in ethics for the use of animals for scientific purposes was consolidated with Law No. 11.794/2008 establishing ethical procedures, attending health, genetic and experimental parameters. The application of ethics in handling of animals for scientific and educational purposes and obtaining consistent and quality data brings unquestionable contributions to the nurse, as they offer subsidies to relate pathophysiological mechanisms and the clinical aspect on the patient.