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"Qualité individuelle chez les manchots royaux : mécanismes proximaux et conséquences ultimes"

Dernière mise à jour : vendredi 18 mars 2016, par Catherine Berger

PROJET :

Pour évoluer par sélection naturelle, un trait phénotypique doit être variable, héritable et conférer des avantages sélectifs à son porteur. Du point de vue évolutif, la notion de "qualité individuelle" est généralement décrite en terme de variations phénotypiques interindividuelles associées à la survie et la reproduction. Cependant, il n’y a pas de consensus clair à propos des traits d’importance à considérer dans une quantification de la "qualité individuelle". Ainsi pourrait-on considérer le niveau cellulaire et tenter de relier les variants génétiques à la survie et la reproduction des organismes. Toutefois, les cellules sont agencées en tissus et organes, les organes fonctionnent ensemble pour produire un organisme vivant, les organismes interagissent en couples, familles ou unités sociales, et la sélection s’opère au niveau de l’organisme entier. Par ailleurs, la plupart des espèces animales présentent des cycles de vie complexes et la sélection peut s’opérer à plusieurs stades de leur histoire de vie. La sélection conjointe de différents traits phénotypiques à différents stades d’histoire de vie devrait mener à leur intégration fonctionnelle. Décrire la "qualité individuelle" nécessite donc des études sur la fonction et la valeur sélective des traits allant de la cellule à l’organisme au travers divers stades d’histoire de vie. Par ailleurs, l’existence d’une sélection conjointe sur plusieurs traits a été suggérée comme un mécanisme important maintenant l’existance de signaux honnêtes (par ex. plumage coloré de certains oiseaux) reflétant de manière intégrative la qualité des individus. La question est donc de comprendre quels traits phénotypiques déterminent la qualité individuelle à travers différents stades d’histoire de vie, comment ces traits sont-ils inter-corrélés, comment reflètent-ils la compétitivité individuelle, et comment sont-ils signalisés dans un contexte social.
Les manchots royaux sont des oiseaux marins longévifs se reproduisant dans de fortes contraintes énergétiques. Les différents stades de leur cycle de vie annuel (la mue, la reproduction, les soins au poussin) sont associés à des périodes de jeûne prolongé nécessitant des adaptations comportementales et physiologiques. Par ailleurs, les manchots royaux alternent entre une vie terrestre et marine, s’alimentant sur des zones de nourrissage à plusieurs centaines de km de leur colonie, périodes pendant lesquelles des mécanismes d’épargne énergétique sont aussi mis en place. Finalement, pendant leur reproduction à terre, les manchots royaux sont sujets à un environnement social très agressif, à un climat souvent rude, et à une forte prédation de leurs poussins. Par conséquent, les traits phénotypiques de ces individus devraient être sous forte sélection des environnements biotiques et abiotiques.

L’objet de cette thèse sera de déterminer (1) les bases physiologiques de la qualité individuelle, et de quantifier sa variation naturelle ; (2) les relations entre performances individuelles à différents stades d’histoire de vie ; (3) comment la qualité individuelle est-elle signalisée aux congénères ; (4) quelles sont les conséquences ultimes de la variabilité observée dans cette qualité. Une attention particulière sera portée au rôle des hormonesglucocorticoïdes et du statut immunitaire des individus dans la détermination de la qualité individuelle. Les liens entre ornementation sociale et qualité individuelle seront déterminés expérimentalement. Ce travail de thèse nécessitera 2 campagnes d’été (3-4 mois) dans les îles Crozet (Subantarctique) nécessaire à la collecte de données. La thèse sera codirigée par Jean-Patrice Robin (IPHC-DEPE) et Rudy Boonstra (Université de Toronto). La thèse s’incrit dans le cadre du programme de recherche 119 soutenu par l’Institut Polaire Français (IPEV). Pierre Bize (Université d’Aberdeen) et Vincent Viblanc (IPHC-DEPE) participeront à la supervision de l’étudiant dans le cadre du programme 119.

COMPETENCES SOUHAITEES :
Connaissances en écophysiologie, écologie comportementale et biologie évolutive
Première expérience en travail de terrain (manipulation d’oiseaux)
Première expérience de travail en laboratoire (analyses plasmatiques, méthodes ELISA, RIA)
Bonnes bases de biostatistiques
Pratique de l’anglais écrit et parlé
Esprit d’équipe
Esprit critique, bonne autonomie

EXPERTISES QUI SERONT ACQUISES AU COURS DE LA FORMATION :
Connaissances solides en écophysiologie dans le contexte des traits d’histoire de vie
Connaissances solides en études de terrain
Travail en laboratoire
Analyses biostatistiques à l’aide de R cran
Gestion de base de données
Elaboration de designs expérimentaux
Ecriture d’articles scientifiques
Présentations orales

DIRECTEUR DE THESE : ROBIN Jean-patrice
Emails :
CO-ENCADRANT : VIBLANC Vincent
CO-DIRECTEUR : BOONSTRA Rudy, University of Toronto


Individual quality in king penguins : proximate mechanisms and ultimate consequences

PROJECT :

For a trait to evolve via natural selection, it must show variability, be heritable and confer some benefits. As a result, “individual quality” through the lens of natural selection is usually described by among-individual differences in traits associated with survival and reproduction. Yet, there is no clear consensus at which traits we should be looking at when trying to assess individual quality. Cells form the basic “unit” of life, and one can argue that decoding their genome and linking genetic variants to survival and reproduction is the best descriptor of “individual quality”. This view however omits the fact that cells are regrouped in tissues and organs, that organs work together to produce a living organism, that living organisms interact together in mating, family or social group units, and finally that selection takes place at the whole organism level. Moreover, most species have evolved complex life cycles, and selection can act at numerous stages of their life cycle. Correlational natural selection on these different traits across different life-history stages should lead to their functional integration. Thus, because most traits characterising an individual at the whole organism level are polygenic, describing individual quality requires functional and evolutionary investigations of multiple traits (e.g. cellular, physiology, morphology, behaviour) over various life-history stages. In addition, the existence of correlational selection on multiple traits has been proposed as an important mechanism for maintaining the honesty of social signals, suggesting the evolution of a few ornaments providing highly integrated information on the quality of their bearers. The question is then which traits across life-history contexts are determinants of individual quality, how are these traits correlated, and how do they relate to individual competitiveness and quality advertisement in social contexts ?

King penguins are long-lived seabirds that, while on-land, have to cope with high energy constraints. The various stages of the yearly life cycle of king penguins (moulting, breeding, extended chick-growth) are all associated with prolonged periods of fasting, for which those animals have had to adapt using numerous metabolic, physiological and behavioural adjustments. In addition, king penguins have a dual-life, alternating those extended periods of fasting on-land with periods of intensive foraging and deep-diving at sea at several hundreds of kilometres of their breeding, periods during which energy-conserving metabolic adjustments are also known to occur. Finally, while breeding on-land, king penguins may be subject to inclement weather conditions, an extremely aggressive social environment, and on-land based predation, mostly of their offspring. Thus, the phenotypic traits of those colonial seabirds are expected to be under strong influence of heterogeneity in both abiotical and biotical environments, as our recent studies indeed suggest.
This PhD project will aim at unravelling (1) the proximate physiological bases of, and variability in, individual quality ; (2) the inter-relationship of individual performances across life-history contexts, (3) how information on quality is advertised to social conspecifics ; and (4) the ultimate fitness consequences of such variability. Specific focus will be given to glucocorticoid hormones and immunity as important physiological mediators of quality, and the physiological determinants of social ornamentation will be established experimentally. This work will require 2 field seasons (3-4 months) of data collection in the French SubAntarctic Territories as part of the ECONERGY project supported by the French Polar Institut and the Terres
Australes Françaises. The work will be co-directed by Jean-Patrice Robin (IPHC-DEPE) and Rudy Boonstra (University of Toronto) and co-supervised also by Pierre Bize (University of Aberdeen) and Vincent Viblanc (IPHC-DEPE).

WISHED SKILLS :
Preliminary experience in field research (bird handling)
Background in ecophysiology, behavioral ecology and evolutionary biology
Preliminary experience in laboratory work (EIA, RIA, oxidative stress measurements)
Biostatistics
Critical thinking, autonomous
Team spirit
Good English level (written and spoken)

EXPERTISES WHICH WILL BE ACQUIRED DURING THE TRAINING :
Expert in behavioural ecophysiology within an evolutionary, life-history framework
Expert in field research
Expert in laboratory analyses
Data base management
Advanced statistics using the R cran working environment
Experimental protocol design
Writing of scientific articles
Oral presentations