L'influence de la sélection fréquence-dépendante sur le choix de partenaire chez le diamant mandarin (Taeniopygia guttata)

La sélection fréquence-dépendante est un mécanisme d’évolution selon lequel l’aptitude d'un type varie en fonction de sa fréquence dans la population. Ce mécanisme joue un rôle important dans de nombreuses interactions autant interspécifiques (parasitisme, prédation, compétition), qu'intra-spécifiques entre les différents phénotypes d'une même espèce. La sélection fréquence-dépendante peut être positive ou négative et favoriser alors les phénotypes communs ou rares, respectivement. Elle a été mise en évidence dans le contexte du choix de partenaire chez plusieurs espèces, notamment chez certaines espèces d'insectes (ex.: demoiselles, drosophiles, cantharide de Pennsylvanie) et de poissons (ex.: guppys, xiphos), mais elle a été aussi récemment découverte chez l’humain. L'importance de la sélection fréquence-dépendante dans le choix de partenaire chez les espèces monogames reste tout de même peu explorée et cette étude vise à combler cette lacune en utilisant le diamant mandarin, un passereau monogame, comme modèle biologique. Nous avons étudié l'importance de ce mécanisme lorsqu'un trait est neutre et lorsque celui-ci constitue un indicateur de qualité. De plus, nous avons tenté de déterminer si la présence de rivales peut modifier la préférence initiale des femelles pour les phénotypes rares ou communs.

Biogenesis of the C. elegans germline syncytium: from nucleation to maturation

La vie commence par la fusion des gamètes pour générer un zygote, dans lequel les constituants à la fois de l'ovocyte et des spermatozoïdes sont partagés au sein d'un syncytium. Le syncytium consiste en des cellules ou tissus dans lesquels des cellules nucléées individuelles distinctes partagent un cytoplasme commun. Alors que l’avantage du syncytium durant la fécondation est tout à fait évident, les syncytia se produisent également dans de nombreux contextes de développement différents dans les plantes, les champignons et dans le règne animal, des insectes aux humains, pour des raisons qui ne sont pas immédiatement évidentes. Par exemple, la lignée germinale de nombreuses espèces de vertébrés et d'invertébrés, des insectes aux humains, présente une structure syncytiale, suggérant que les syncytia constituent des phases conservées de développement de la lignée germinale. Malgré la prévalence commune des syncytia, ces derniers ont cependant confondu les scientifiques depuis des décennies avec des questions telles que la façon dont ils sont formés et maintenus en concurrence avec leurs homologues diploïdes, et quels sont les avantages et les inconvénients qu'ils apportent. Cette thèse va décrire l'utilisation de la lignée germinale syncytiale de C. elegans afin d'approfondir notre compréhension de l'architecture, la fonction et le mode de formation des tissus syncytiaux. Les cellules germinales (CGs) dans la lignée germinale de C. elegans sont interconnectées les unes aux autres par l'intermédiaire de structures appelées des anneaux de CG. En utilisant l'imagerie des cellules vivantes, nous avons d'abord analysé l'architecture syncytiale de la lignée germinale au long du développement et démontré que la maturation de l'anneau de CG se produit progressivement au cours de la croissance des larves et que les anneaux de CG sont composés de myosine II, de l'anilline canonique ANI-1, et de la courte isoforme d’anilline ANI-2, qui n'a pas les domaines de liaison à l’actine et à la myosine, depuis le premier stade larvaire, L1. Parmi les composants de l'anneau de CG, ANI-2 est exprimé au cours du développement et exclusivement enrichi entre les deux CGs primordiales (CGPs) au cours de l'embryogenèse de C. elegans, indiquant qu’ANI-2 est un composant bona fide des anneaux de CG. Nous avons en outre montré que les anneaux de CG sont largement absents dans les animaux mutants pour ani-2, montrant que leur maintien repose sur l'activité d'ANI-2. Contrairement à cela, nous avons trouvé que la déplétion d’ANI-1 a augmenté à la fois le diamètre des anneaux de CG et la largeur du rachis. Fait intéressant, la déplétion d’ANI-1 dans les mutants d’ani-2 a sauvé les défauts d'anneaux de CG des gonades déficientes en ani-2, ce qui suggère que l'architecture syncytiale de la lignée germinale de C. elegans repose sur un équilibre de l'activité de ces deux protéines Anilline. En outre, nous avons montré que lors de leur entrée à l'âge adulte, les mutants ani-2 présentent de sévères défauts de multinucléation des CGs qui découlent de l'effondrement des membranes de séparation des CGs individuelles. Cette multinucléation a coïncidé avec le début de la diffusion cytoplasmique, dont le blocage réduit la multinucléation des gonades mutantes pour ani-2, suggérant que les anneaux de CG résistent au stress mécanique associé au processus de diffusion cytoplasmique. En accord avec cela, nous avons trouvé aussi que la gonade peut soutenir la déformation élastique en réponse au stress mécanique et que cette propriété repose sur la malléabilité des anneaux de CGs. Dans une étude séparée afin de comprendre le mécanisme de formation du syncytium, nous avons suivi la dynamique de division de la cellule précurseur de la lignée germinale, P4 en deux CGP dans l’embryon de C. elegans. Nous avons démontré que les CGPs commencent la cytocinèse de manière similaire aux cellules somatiques, en formant un sillon de clivage, qui migre correctement et transforme ainsi l'anneau contractile en anneau de « midbody ring » (MBR), une structure qui relie de manière transitoire les cellules en division. Malgré cela, les CGPs, contrairement à leurs homologues somatiques, ne parviennent pas à accomplir la dernière étape de la cytocinèse, qui est la libération abscission-dépendante du MBR. Au lieu de cela, le MBR persiste à la frontière entre les CGPs en division et subit une réorganisation et une maturation pour se transformer finalement en structures en forme d'anneau qui relient les cellules en division. Nous montrons en outre que les composants du MB/MBR; UNC-59Septin, CYK-7, ZEN-4Mklp1, RHO-1RhoA sont localisés à des anneaux de CG au long du développement de la lignée germinale du stade L1 à l'âge adulte, ce qui suggère que les anneaux de CG sont dérivés des MBR. Bien qu'il reste encore beaucoup à faire pour comprendre pleinement le mécanisme précis de la formation du syncytium, le maintien, ainsi que la fonction du syncytium, nos résultats appuient un modèle dans lequel la stabilisation du MBR et la cytocinèse incomplète pourraient être une option conservée dans l’évolution pour la formation du syncytium. En outre, notre travail démontre que les régulateurs de la contractilité peuvent jouer un rôle dans la maturation et l’élasticité de l'anneau de CG au cours du développement de la lignée germinale, fournissant un ajout précieux pour une plus ample compréhension de la syncytiogenèse et de sa fonction.

Developmental, morphological, and behavioural plasticity in the reproductive strategies of stink bugs and their egg parasitoids

L’environnement façonne la physiologie, la morphologie et le comportement des organismes par l’entremise de processus écologiques et évolutifs complexes et multidimensionnels. Le succès reproducteur des animaux est déterminé par la valeur adaptative d’un phénotype dans un environnement en modification constante selon une échelle temporelle d’une à plusieurs générations. De plus, les phénotypes sont façonnés par l’environnement, ce qui entraine des modifications adaptatives des stratégies de reproduction tout en imposant des contraintes. Dans cette thèse, considérant des punaises et leurs parasitoïdes comme organismes modèles, j’ai investigué comment plusieurs types de plasticité peuvent interagir pour influencer la valeur adaptative, et comment la plasticité des stratégies de reproduction répond à plusieurs composantes des changements environnementaux (qualité de l’hôte, radiation ultraviolette, température, invasion biologique). Premièrement, j’ai comparé la réponse comportementale et de traits d’histoire de vie à la variation de taille corporelle chez le parasitoïde Telenomus podisi Ashmead (Hymenoptera : Platygastridae), démontrant que les normes de réaction des comportements étaient plus souvent positives que celles des traits d’histoires de vie. Ensuite, j’ai démontré que la punaise prédatrice Podisus maculiventris Say (Hemiptera : Pentatomidae) peut contrôler la couleur de ses œufs, et que la pigmentation des œufs protège les embryons du rayonnement ultraviolet; une composante d’une stratégie complexe de ponte qui a évoluée en réponse à une multitude de facteurs environnementaux. Puis, j’ai testé comment le stress thermique affectait la dynamique de la mémoire du parasitoïde Trissolcus basalis (Wollaston) (Hymenoptera : Platygastridae) lors de l’apprentissage de la fiabilité des traces chimiques laissées par son hôte. Ces expériences ont révélé que des températures hautes et basses prévenaient l’oubli, affectant ainsi l’allocation du temps passé par les parasitoïdes dans des agrégats d’hôtes contenant des traces chimiques. J’ai aussi développé un cadre théorique général pour classifier les effets de la température sur l’ensemble des aspects comportementaux des ectothermes, distinguant les contraintes des adaptations. Finalement, j’ai testé l’habileté d’un parasitoïde indigène (T. podisi) à exploiter les œufs d’un nouveau ravageur invasif en agriculture, Halyomorpha halys Stål (Hemiptera : Pentatomidae). Les résultats ont montré que T. podisi attaque les œufs de H. halys, mais qu’il ne peut s’y développer, indiquant que le ravageur invasif s’avère un « piège évolutif » pour ce parasitoïde. Cela pourrait indirectement bénéficier aux espèces indigènes de punaises en agissant comme un puits écologique de ressources (œufs) et de temps pour le parasitoïde. Ces résultats ont des implications importantes sur la réponse des insectes, incluant ceux impliqués dans les programmes de lutte biologique, face aux changements environnementaux.

Estructura i dinàmica del sistema bentònic en llacunes costaneres dels aiguamolls de l'Empordà

S'ha estudiat l'estructura i dinàmica del sistema bentònic de llacunes costaneres de la maresma dels aiguamolls de l'Empordà (NE de la península Ibèrica) i els factors que les determinen. Amb aquesta finalitat es van prendre mostres d'organismes del bentos (mensualment), nutrients i pigments de l'aigua (setmanalment) i el sediment (mensualment), així com paràmetres físics de l'aigua (setmanalment), durant dos cicles d'inundació (1997-1998 i 1998-1999). En aquesta maresma els factors determinants per als organismes bentònics i el contingut en nutrients del sediment són principalment físics: el grau de permanència de l'aigua, el confinament i la granulometria. De manera que els factors tròfics tenen menys pes que els físics tal com es posa de manifest amb les associacions de nematodes. El règim hídric de les llacunes integra des del grau de permanència de l'aigua fins a la salinitat i el confinament, per la qual cosa a partir de la caracterització dels diferents tipus de règim hídric es poden discriminar les tres tipologies d'ambients amb comunitats bentòniques diferenciades en l'estructura, la composició i la dinàmica temporal. Així, les tres comunitats diferenciades són: (1) la d'aigües permanents caracteritzada per una riquesa i diversitat elevades i constants en el temps, i per un nombre més elevat de tàxons sense adaptacions per passar situacions adverses; (2) la d'aigües semipermanents i temporànies d'inundació pulsativa, caracteritzada per una menor riquesa i diversitat, i per la dominància d'organismes amb estructures de resistència per passar la fase seca i aguantar condicions desfavorables, i (3) la d'aigües temporànies d'inundació continuada, caracteritzada per una major variabilitat de la riquesa i diversitat al llarg del cicle i per una singularitat taxonòmica més elevada, ja que s'observen cladòcers i una major representació taxonòmica dels insectes. Durant la realització d'aquest estudi els dos cicles d'inundació van suposar entrades d'aigua en el sistema diferents, per això es va diferenciar un cicle humit (1997-1998) i un de sec (1998-1999). En relació amb la major importància de les entrades d'aigua en el sistema, es va observar un contingut en nutrients de l'aigua significativament superior durant el cicle humit. Pel que fa al sediment, la seva major inèrcia explicaria la manca de diferències significatives en el contingut en nutrients del sediment del cicle humit i del sec. Ara bé, sí que s'observa diferència en la composició d'organismes. Així, la variabilitat interanual en l'estructura de la comunitat bentònica de la maresma es pot atribuir a una situació d'estrès provocada pel cicle sec. Aquesta situació va comportar un augment de la diversitat per disminució de la dominància a totes les llacunes estudiades, determinada, en gran manera, per la disminució de l'abundància original de poblacions dominants i característiques d'ambients permanents, Corophium orientale, o temporànies, Gammarus aequicauda. No existeix un patró estacional en les comunitats estudiades, sinó que els principals canvis en el plàncton i el bentos són deguts a pertorbacions hídriques. Aquestes pertorbacions provoquen que s'estableixi una situació en què dominen uns tàxons característics en el plàncton (Synchaeta i Eutintinnus) i, en canvi, que en el bentos es perdi l'estructura pròpia de les comunitats característiques dels diferents ambients (comunitats dominades per Corophium orinetale en aigües permanents i per Chironomus salinarius en temporànies). La severitat és diferent en funció del grau de permanència de l'aigua, i és més alta en ambients permanents i més baixa en els temporanis. La major severitat en ambients permanents ve determinada per la menor adaptació del bentos d'aigües permanents a les fluctuacions ambientals i a l'efecte de la predació sobre el plàncton. A més, tant en el bentos com en el plàncton es donen fenòmens d'histèresi, segons els quals l'efecte de la pertorbació no solament depèn de la causa pertorbadora sinó també de l'estat en què es troba la comunitat en el moment de la pertorbació.

Behavioral suites mediate group-level foraging dynamics in communities of tropical stingless bees

Competition for floral resources is a key force shaping pollinator communities, particularly among social bees. The ability of social bees to recruit nestmates for group foraging is hypothesized to be a major factor in their ability to dominate rich resources such as mass-flowering trees. We tested the role of group foraging in attaining dominance by stingless bees, eusocial tropical pollinators that exhibit high diversity in foraging strategies. We provide the first experimental evidence that meliponine group foraging strategies, large colony sizes and aggressive behavior form a suite of traits that enable colonies to improve dominance of rich resources. Using a diverse assemblage of Brazilian stingless bee species and an array of artificial ""flowers"" that provided a sucrose reward, we compared species` dominance and visitation under unrestricted foraging conditions and with experimental removal of group-foraging species. Dominance does not vary with individual body size, but rather with foraging group size. Species that recruit larger numbers of nestmates (Scaptotrigona aff. depilis, Trigona hyalinata, Trigona spinipes) dominated both numerically (high local abundance) and behaviorally (controlling feeders). Removal of group-foraging species increased feeding opportunities for solitary foragers (Frieseomelitta varia, Melipona quadrifasciata and Nannotrigona testaceicornis). Trigona hyalinata always dominated under unrestricted conditions. When this species was removed, T. spinipes or S. aff. depilis controlled feeders and limited visitation by solitary-foraging species. Because bee foraging patterns determine plant pollination success, understanding the forces that shape these patterns is crucial to ensuring pollination of both crops and natural areas in the face of current pollinator declines.

Genetic structure of Partamona helleri (Apidae, Meliponini) from Neotropical Atlantic rainforest

Stingless bees of the genus Partamona are distributed from southern Mexico to southern Brazil. This genus has been subject to different approaches to solve questions concerning general biology, taxonomy, systematics and biogeography, but population studies applying molecular techniques are inexistent. We analyzed the genetic structure of P. helleri across its geographic distribution along the coastal Atlantic tropical rainforest in Brazil. Ten mtDNA haplotypes were observed in 47 colonies of P. helleri of which some were exclusive and others shared among geographic sub-groups. Statistical analysis showed high genetic differentiation between geographic areas sampled. Fragmentation of the Atlantic forest during Pleistocene glaciations is discussed as a possible cause of the present haplotype distribution and frequency.

Morphometrical, biochemical and molecular tools for assessing biodiversity. An example in Plebeia remota (Holmberg, 1903) (Apidae, Meliponini)

We see today many efforts to quantify biodiversity in different biomes. It is very important then to develop and to apply other methodologies that allow us to assess biodiversity. Here we present an example of application of three tools with this goal. We analyzed two populations of Plebeia remota from two distinct biomes that already showed several differences in morphology and behavior. Based on these differences, it has been suggested that the populations of Cunha and Prudentopolis do not represent a single species. In order to verify the existence or absence of gene flow between these two groups, we characterized the patterns of mtDNA through RFLP, the patterns of wing venation through geometric morphometry, and the cuticular hydrocarbons through gas chromatography-mass spectrometry. We used bees collected in these two locations and also from colonies which have being kept for around 9 years at Sao Paulo University. We found six different haplotypes in these specimens, of which three of them occurred exclusively in the population of Cunha and three only in the Prudentopolis population. The fact that the populations do not share haplotypes suggests no maternal gene flow between them. The two populations were differentiated by the pattern of the wing veins. They also had different mixtures of cuticle hydrocarbons. Furthermore it was shown that the colonies kept at the university did not hybridize. These two groups may constitute different species. We also show here the importance of using other methodologies than traditional taxonomy to assess and understand biodiversity, especially in bees.

Nesting biology of the fungus growing ants Mycetarotes Emery (Attini, Formicidae)

Fungus-growing ants of the genus Mycetarotes are among the least studied in the tribe Attini. This report documents nest architecture and worker population numbers for 19 nests of M. parallelus and 5 nests of M. acutus, including the first such report for M. acutus. This new information is integrated with the scant biological information reported on Mycetarotes to date. The resulting picture of Mycetarotes life history, as well as the relative ease with which large numbers of nests can be collected and observed in the field, suggest that Mycetarotes (particularly M. parallelus) is an ideal model system for the study of coevolution of lower-attine ants and their cultivated fungi.

Larval isolation and brood care in Acromyrmex leaf-cutting ants

The larvae of leaf-cutting ants are maintained within the fungus gardens of their colonies and are fed pieces of fungus by the adult workers. However, little else is known about the nature of the worker-larva interaction in these ecologically important ants. To examine whether workers can gauge the needs of individual larvae, we isolated larvae without adult workers for different lengths of time. We then placed workers with the larvae and recorded the type and frequency of the subsequent behaviours of the workers. Workers scraped the mouthparts of larvae, ingested their faecal fluid, fed them with fungal hyphae, transported them around the fungus garden and, most frequently, licked their bodies. The workers were also observed to 'plant' fungal hyphae on the bodies of larvae. Workers interacted more frequently with larvae that had been isolated without workers than with those that had not, but there was no effect of the length of isolation. The results suggest that the interactions are complex, involving a number of behaviours that probably serve different functions, and that workers are to some extent able to assess the individual needs of larvae.

Digging effort in leaf-cutting ant queens (Atta sexdens rubropilosa) and its effects on survival and colony growth during the claustral phase

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Trophallaxis and reproductive conflicts in social bees

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

A comparative tunnelling network approach to assess interspecific competition effects in termites

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Morphological and biochemical analysis of the stored and larval food of an obligate necrophagous bee, Trigona hypogea

Trigona hypogea, T. crassipes, and T. necrophaga are obligate necrophagous bees that differ from the majority of bees by using animal material instead of pollen as a protein resource. Since T. hypogea does not store protein in cerumen pots, it was thought that glandular secretions were its only larval protein source. This is in contrast to T. necrophaga which stores a yellowish proteinaceous jelly in the pots. Our results show that the larval food of T. hypogea has a higher protein content than the food stored in the pots and that it presents an electrophoretical protein pattern similar to that of the hypopharyngeal gland, indicating that workers add glandular secretions to the larval food while provisioning the brood cells. Thus, it can be suggested that T. hypogea has a provisioning behavior similar to other Meliponinae. The presence of several bands of proteins in the food stored in the pots shows that this species stores carrion mixed with honey in storage pots. Morphological data suggest that both larvae and adults make use of the same foodstuffs. These results also suggest that T. hypogea is more similar to other necrophagous species than it is to T. necrophaga (a more specialized bee).

Planting of fungus onto hibernating workers of the fungus-growing ant Mycetosoritis clorindae (Attini, Formicidae)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Nest architecture of Pachycondyla striata Fr. Smith, 1858 (Formicidae, Ponerinae)

Nine nests of Pachycondyla striata Fr. Smith, 1858 were excavated between 2006 and 2007 at the UNESP university campus in Rio Claro, SP, southeastern Brazil. The P. striata population was larger in the two nests excavated in the months of August and November, 2006. The nests of this species are simple and poorly elaborated, with chambers and tunnels close to the ground surface. P. striata places the pupae in chambers isolated from the other individuals. The lack of chambers with the specific purpose of conditioning food and garbage underscores the simplicity of these nests.