Les invasions biologiques sont un fardeau économique important si elles affectent des ressources critiques pour l'alimentation, la sante humaine ou les productions agricoles. Les ravageurs de la pomme de terre sont un challenge économique important tant ce tubercule est un aliment clé dans les pays andins. Il est possible de suivre la dispersion récente de la teigne du Guatemala, T. solanivora en Amérique du Sud depuis son introduction au Vénézuela à sa propagation progressive vers le sud. Par ailleurs, les invasions récentes fournissent un modèle unique pour analyser les processus d'adaptation de tout l'écosystème receveur au nouveau venu. Cette introduction de T. solanivora et sa coexistence avec la teigne endémique Phthorimaea operculella, nous offre la possibilité d'étudier l'adaptation de populations virales inféodées à P. operculella au nouvel hôte T. solanivora. Une étude de terrain a été engagée dans les régions productrices de pomme de terre en Colombie. A partir des larves de T. solanivora collectées sur 5 sites distincts, des infections à granulovirus ont été détectées. Tous les isolats viraux sont apparentés au Phthorimaea operculella granulovirus (PhopGV) précédemment décrit. Des différences de pathogénicité envers les deux hôtes ont été observées. Une variabilité a été détectée pour certains isolats au niveau de deux marqueurs génétiques. Les populations présentant une diversité génétique s'avèrent plus pathogènes sur les deux hôtes que des populations génétiquement homogènes. Elles offrent une opportunité pour le contrôle biologique de ces ravageurs. Des populations artificielles ont été construites pour mimer des populations naturelles mélangées. Elles se comportent de la même manière d'un point de vue biologique, mais l'évolution de la fréquence des marqueurs n'est pas liée à l'efficacité biologique, ce qui suggère que des différences non détectées dans le génome pourraient être responsables de l'adaptation de l'hôte. La productivité des infections dans les deux hôtes a été étudiée car elle est la clé de voute du développement d'un agent de contrôle biologique. Les productivités sur P. operculella (1,36 à 2,69 × 108 OBs/ mg) et T. solanivora (0,48 à 3,64 × 108 OBs/mg) ne sont pas très différentes. Les populations génétiquement mélangées ne se distinguent pas des populations homogènes par leur production totale dans l'un ou l'autre des deux hôtes, cependant, les rendements (production virale/inoculum) montrent des différences claires, les populations mélangées (naturelles ou artificielles) sont plus performantes sur les deux hôtes. Aucune réduction de la pathogénicité sur l'hôte d'origine n'a été observée après plusieurs cycles de réplication de la population virale sur l'hôte alternatif. Les populations virales originellement adaptées à P. operculella ont évolué pour infecter T. solanivora. Dans les régions où les deux hôtes sont présents, les populations virales développent une stratégie pour être efficaces sur les deux hôtes.

En optimisation continue, un problème donné consiste à trouver l'optimum d'une fonction objectif f définie dans R^n à valeur dans R. Dans ce contexte, le scénario boîte noire fait l'hypothèse que seule l'évaluation de f nous fournit de l'information. Dans une première partie, nous étudions l'algorithme CMA-ES, stratégie d'évolution avec adaptation de la matrice de covariance ; une approche reconnue pour résoudre les problèmes d'optimisation boîte noire. Nous démontrons les limites de cet algorithme en terme de complexités spatiale et temporelle pour faire face à des problèmes à grande dimensionalité. Pour dépasser ces limites, nous proposons des variantes de CMA-ES qui ne mettent à jour que les éléments diagonaux par bloc de la matrice de covariance, qui exploitent donc la séparabilité. Nous montrons que ces variantes peuvent avoir de meilleures performances que CMA-ES sur des fonctions non-séparables à condition que le problème considéré ait une dimension assez grande. Dans une seconde partie, nous définissons et exploitons un cadre expérimental pour la comparaison systématique de résultats en optimisation boîte noire, où les pratiquants du domaine peuvent ainsi tester et comparer des algorithmes sur des fonctions artificielles. Nos résultats montrent la dépendance des performances des algorithmes en fonction du budget alloué à l'optimisation. Des méthodes classiques telles que NEWUOA ou BFGS sont ainsi appropriées à des petits budgets. L'approche CMA-ES avec redémarrage et contrôle de la taille de population obtient de bons résultats pour des budgets plus larges. Le logiciel COCO pour COmparing Continuous Optimisers, utilisé pour faire ces comparaisons systématiques est décrit techniquement dans une troisième partie. COCO sert d'implémentation de notre cadre expérimental et permet en plus de fournir des résultats tels que ceux que nous exploitons dans ce document.

La génomique comparative est une discipline de la biologie qui s'intéresse à l'évolution des génomes par le biais de la comparaison entre espèces de leur structure et de l'information qu'ils contiennent. Implicitement, identifier des similarités entre deux génomes revient à décrire une propriété ancestrale qu'ils partagent encore de nos jours. L'abondance de données génomiques provenant de centaines d'espèces différentes rend possible de nombreuses comparaisons de ce type, mais souvent restreinte à deux espèces comparées l'une à l'autre, hors de tout cadre unifié et sans références particulières. Ce travail de thèse décrit une nouvelle méthode, appelée AGORA (Algorithms for Gene Order Reconstruction in Ancestors), pour reconstruire de manière automatique et systématique l'ordre des gènes et les caryotypes de toutes les espèces ancestrales dans une phylogénie donnée. AGORA est capable de gérer les duplications de gènes, les délétions, et les gains, et interprète de manière réaliste des phylogénies complexes de gènes. Nous avons appliqué la méthode chez 46 espèces de vertébrés séquencées et annotées (en utilisant 8 espèces supplémentaires en référence externe) pour reconstruire des ordres de gènes ancestraux dans 43 génomes ancestraux sur près de 600 millions d'années d'évolution. Les performances d'AGORA ont été mesurées par des simulations de génomes de vertébrés, et par confrontation à des génomes ancestraux déjà connus. Les données, présentées graphiquement dans un serveur web nommé Genomicus (http://www.dyogen.ens.fr/genomicus) fournissent un nouveau cadre unifié dans lequel les génomes ancestraux peuvent servir de référence naturelle auxquelles comparer les génomes modernes qui en descendent. À ce titre, ces données fournissent une nouvelle ressource pour étudier l'évolution de l'organisation de l'information génétique dans les génomes.

La reconstruction phylogénétique des orchidées de la sous-tribu des Angraecinae a été réalisée à partir de séquences d'ADN chloroplastique. Nos résultats indiquent clairement l'inclusion de la sous-tribu des Aerangidinae au sein de celle des Angraecinae et la polyphylie du genre Angraecum. L'étude de la biologie reproductive a montré que la majorité des espèces réunionnaises illustre parfaitement le syndrome de pollinisation lépidoptèrophile. Toutefois, deux cas semblent spécifiques de la Réunion : (1) l'autofertilité des espèces à long éperon (> 8 cm) et (2) l'ornithophilie des espèces de la section Hadrangis, dont l'interaction avec les oiseaux passériformes de la famille des Zosteropidés est tout à fait nouvelle pour la famille des Orchidaceae, chez laquelle la pollinisation par les oiseaux reste rare

L'enseignement de l'évolution des êtres vivants, concept fondateur de la biologie moderne, est aujourd'hui au cœur de nombreuses réflexions au sein même du système éducatif français et international, de l'école primaire à l'université. En effet, il peut se heurter à des convictions religieuses et peut donc prêter à polémiques. Dans certains cas, ces convictions peuvent faire obstacle à l'apprentissage même du concept. Obligatoire dans l'école primaire française jusqu'en 2008, il semble qu'il soit cependant peu développé. Dans un premier temps, nous étudions les prescriptions officielles de l'école primaire et repérons les attentes de l'institution. Dans un deuxième temps, un questionnaire écrit tente de repérer le rapport personnel que des enseignants de cycle 3 (niveau 3 à 5 de l'école primaire) et des stagiaires entretiennent avec la notion d'évolution, hors et dans leur classe, et les influences éventuelles que cela pourrait avoir sur leur choix d'enseigner ou non l'évolution ou sur la façon dont ils l'enseigneraient. Dans un troisième temps, un questionnaire écrit proposé à des élèves de cycle 3 permet de révéler leurs conceptions sur les questions d'apparition et d'évolution des espèces vivantes, de définir des obstacles à l'apprentissage et d'envisager une ingénierie didactique. L'ensemble de cette étude doit conduire à des propositions curriculaires pour l'école primaire en lien avec les programmes de Sciences de la Vie et de la Terre du collège.

La définition d'éléments pouvant contribuer à améliorer le développement et la maintenance des logiciels est l'objectif des travaux de recherche menés en Génie Logiciel. Mon domaine de recherche porte depuis 2003 sur la définition et l'usage de langages « supports » (c'est-à-dire complétant les langages de développement) ; ceci dans le but de faciliter et d'améliorer le développement et la maintenance des applications logicielles conçues à l'aide de composants. Mes travaux se trouvent au carrefour de plusieurs disciplines du Génie Logiciel : le développement orienté composant, les architectures des logiciels, la maintenance et l'évolution, la qualité et l'ingénierie dirigée par les modèles. Ce document constitue une synthèse de mes activités de recherche menées au cours des sept dernières années au sein de l'équipe SE du laboratoire VALORIA et de l'équipe-projet INRIA TRISKELL. Il commence par donner une vision assez personnelle des courants qui animent le Génie Logiciel et dresse un aperçu de l'état actuel de cette discipline. Puis il introduit les quelques notions dont la maîtrise est nécessaire pour évoluer dans les domaines dans lesquels se sont déroulées mes activités. Il retrace ensuite mon parcours thématique au cœur de ces disciplines et détaille mes travaux sur le contrôle de l'évolution des architectures, la sélection de composants et la documentation et l'exécution des bonnes pratiques de modélisation.

La Nouvelle-Calédonie est considérée comme une zone prioritaire pour la préservation de la biodiversité à l'échelle mondiale en raison de sa flore riche, originale et menacée. Pour mieux comprendre l'histoire de cette flore, une étude a été menée sur la famille des Cunoniaceae, qui compte dans l'archipel 88 espèces et 7 genres d'arbres et d'arbustes, dont le « faux-tamanou » et le « chêne rouge ». Quatre nouvelles espèces dans le genre Codia et deux dans le genre Cunonia ont été mises en évidence. Une phylogénie moléculaire des genres Acsmithia et Spiraeanthemum suggère qu'ils devraient être considérés comme un seul genre : Spiraeanthemum, car le genre Acsmithia est paraphylétique. Sur un plan biogéographique, les affinités des Cunoniaceae et de la flore de Nouvelle-Calédonie sont plus fortes avec l'Australie. Néanmoins, une analyse comparative globale à l'échelle de l'ensemble des plantes à fleurs montre que certaines lignées sont surreprésentées en Nouvelle-Calédonie, et d'autres sont sous-représentées, et ceci ne peut pas être entièrement expliqué par la biogéographie. Il semblerait que certaines lignées possèderaient une exaptation (« pré-adaptation ») aux sols ultramafiques (terrains miniers) qui aurait pu faciliter leur installation et leur diversification sur l'archipel. C'est notamment le cas du clade COM (Celastrales, Oxalidales et Malpighiales) auquel appartiennent les Cunoniaceae. L'histoire évolutive du genre Codia a été reconstruite à l'aide de marqueurs moléculaires et indique que l'adaptation aux terrains miniers est potentiellement ancestrale dans ce genre. L'hybridation a joué un rôle important dans la diversification du genre, et plusieurs espèces d'origine hybride présentent des caractères morphologiques absents chez les espèces parentales (phénotypes transgressifs). Certaines espèces qui se sont hybridées ont des distributions clairement distinctes aujourd'hui, suggérant des changements dans la répartition de ces espèces pouvant être liés aux périodes glaciaires du Quaternaire. Chez le genre Spiraeanthemum, des différences génétiques nettes ont été observées au sein de S. ellipticum et S. pubescens entre les populations du sud de la Grande Terre sur sol ultramafique et les populations du nord sur sol non¬ultramafique, suggérant l'existence d'espèces cryptiques. La flore de l'archipel possède également de nombreuses lignées reliques qui représentent une importante diversité phylogénétique. Chez les Cunoniaceae, une corrélation significative a été trouvée entre la position systématique et l'activité biologique des espèces. La diversité phylogénétique serait ainsi corrélée positivement à la valeur potentielle de la biodiversité, ce qui justifierait sa conservation. Face aux menaces qui pèsent sur la flore de la Nouvelle-Calédonie, notamment les feux, les espèces envahissantes, l'exploitation minière et le réchauffement climatique, il est important d'employer la meilleure stratégie pour la préservation de la biodiversité. Ainsi, il semble urgent de protéger les lignées reliques, mais aussi de préserver les processus qui permettent l'apparition de nouvelles espèces. Il s'agit notamment de protéger les sites qui présentent une mosaïque de sols où la cohabitation et l'hybridation d'espèces différant par leurs écologies deviennent possibles.

Les duplications jouent un rôle important dans l'évolution des protéines et sont à l'origine des répétitions intragéniques présentes dans environ 14% des séquences protéiques. Nous avons choisi d'étudier ces répétitions d'un point de vue évolutif. Pour cela, nous avons développé un programme, Swelfe, qui cherche les répétitions à la fois dans les gènes, les séquences d'acides aminés et les structures tridimensionnelles des protéines. Ce programme utilise le même algorithme de programmation dynamique à tous les niveaux et une représentation séquentielle des structures 3D. Les scores et les tests de significativité des répétitions obtenues ont été adaptés pour chaque niveau. Nous avons créé une banque contenant les séquences d'ADN et d'acides aminés correspondant aux structures de la PDB, et comparé Swelfe à DALI pour valider la méthode au niveau des répétitions structurales. Enfin, ce programme est disponible à http://bioserv.rpbs.jussieu.fr/swelfe. Swelfe a trouvé un nombre important de répétitions dans un ensemble non redondant de séquences nucléiques, séquences protéiques et structures tridimensionnelles, et environ 10% des protéines contiennent des répétitions à au moins un niveau. Cependant, le recouvrement des répétitions aux trois niveaux est assez faible et beaucoup de répétitions ne sont trouvées qu'à un seul niveau, ce qui confirme l'intérêt de cette étude sur les trois niveaux en parallèle L'étude des répétitions structurales longues montre qu'environ 30% de ces répétitions sont symétriques à 180°, comme le sont les deux éléments d'un homo-dimère. L'analyse de ces protéines indique que certaines pourraient effectivement remplacer des dimères.

Le milieu souterrain est une étape importante dans l'histoire évolutive des arthropodes. Selon l'hypothèse de Ghilarov, les sols, de par leur nature poreuse, ont permis le passage du milieu aquatique au milieu aérien. Les cavernes auraient été colonisées plus tard, par des espèces provenant de la surface. Sol profond, ou milieu endogé, et cavernes partagent nombre de caractéristiques: obscurité, atmosphère généralement saturée en eau, amplitude thermique réduite. Elles diffèrent cependant par l'espace disponible pour se mouvoir et par la présence dans certaines cavernes d'inondations pendant l'hiver. Au vu de ces caractéristiques abiotiques, l'objectif de ce travail a été l'identification d'analogies et de différences morphologiques, physiologiques, écologiques et trophiques entre les acariens vivant dans le sol profond et ceux vivant dans les cavernes, et la mise en relation de ces caractéristiques avec les facteurs du milieu. Une étude extensive des acariens de 25 grottes wallonnes a permis de conclure que leur abondance était fortement diminuée dans les sites inondables. Au moins six nouvelles espèces ont été découvertes. Il existe peu de similarité des peuplements entre cavernes géographiquement proches, ce qui est expliqué par la structure fragmentée de celles-ci. Une étude plus intensive de deux cavernes, des deux sols forestiers situés au-dessus de celles-ci et d'un troisième site endogé sur schiste a été réalisée. La répartition spatiale du carbone ne diffère pas systématiquement entre les deux habitats considérés. La matière organique semble être le principal facteur limitant et structurant pour les populations d'acariens dans le milieu endogé. Dans les cavernes, la plus grande mobilité des acariens liée à l'espace disponible semble partiellement masquer les structures spatiales. L'abondance des microarthropodes est fortement influencée par les inondations dans les grottes. Elles tuent une partie des individus présents, en emportent d'autres et importent des espèces accidentelles, qui sont destinées à mourir, éventuellement dévorées par des prédateurs. Les communautés des deux habitats sont bien distinctes, et les peuplements cavernicoles sont plus variables que les endogés. Un certain nombre d'espèces strictement troglobies ou endogées ont été récoltées, ce qui pourrait être expliqué par une compétition interspécifique faible. Les prédateurs et phorétiques sont plus nombreux dans les cavernes que dans les sols. Du fait de l'espace disponible, les acariens cavernicoles peuvent être de plus grande taille que les endogés. La proportion d'Oribates "supérieurs" (Brachypilina) augmente suivant l'humidité de microhabitats, des cavernes jusqu'aux écorces. Cela est interprété comme une séquence évolutive d'habitats, les adaptations à la sécheresse étant considérées comme responsables de l'importante radiation observée chez les Brachypilina. De ce fait, une hypothèse nouvelle de colonisation des cavernes est proposée, sans passage par les milieux de surface. D'autres adaptations sont relevées au niveau spécifique, grâce à la comparaison de deux espèces d'Oppiidae: Medioppia obsoleta, espèce endogée, et Hypogeoppia n.sp., espèce troglobie. L'espèce cavernicole a de plus longs ongles pour se déplacer plus facilement sur des substrats gorgés d'eau, et des taenidies pour résister aux immersions dans l'eau. Cette étude démontre que les acariens des milieux souterrains peuvent être valablement étudiés dans une optique adaptative et évolutive.

Les bases fondamentales de la biologie suggèrent que tous les organismes actuels partagent un dernier ancêtre commun, le cenancêtre. Dès que la comparaison moléculaire des organismes des trois domaines du vivant (archées, bactéries et eucaryotes) est devenue possible, d'importants débats ont émergé sur l'habitat du cenancêtre, son rapprochement des origines de la vie, sa nature unique ou communautaire et ses relations avec les trois domaines du vivant. Cependant, jusqu'à il y a peu les informations disponibles sur les organismes modernes n'étaient pas suffisantes pour décrire précisément sa biologie. Notamment, la découverte chez les archées de membranes dont les composants principaux, les phospholipides, sont synthétisés par des mécanismes très différents de ceux des bactéries et les eucaryotes a conduit à proposer que chaque mécanisme de synthèse des phospholipides soit apparu indépendamment dans les lignées modernes. Dans ces hypothèses le cenancêtre aurait été dépourvu de phospholipides et, donc, de membranes. Cela met en cause la nature cellulaire du cenancêtre, qui semblait pourtant soutenue par d'autres indices indirects. Ces contradictions posent la question de l'existence de traces dans les organismes modernes d'une synthèse des phospholipides chez le cenancêtre. Dans cette thèse j'ai profité de l'explosion récente des données génomiques pour répondre à cette question. Il avait déjà montré que des membres de deux superfamilles protéiques universelles pouvaient avoir synthétisé de façon non spécifique chez le cenancêtre les énantiomères de glycérol phosphate servant d'ossature aux phospholipides. Les phospholipides archéens sont composés d'isoprénoïdes et les bactériens et eucaryotes d'acides gras. J'ai donc étudié l'évolution des voies de synthèse de ces molécules ainsi que celle de l'assemblage de tous les composants dans des phospholipides. Mes résultats montrent que la voie de synthèse des isoprénoïdes des eucaryotes et une voie hypothétique de synthèse des acides gras chez les archées avaient probablement des ancêtres moins spécifiques chez le cenancêtre. Une partie au moins de la machinerie d'assemblage des phospholipides semble aussi avoir été présente chez le cenancêtre.Ceci suggère que le cenancêtre avait probablement des mécanismes peu spécifiques de synthèse des phospholipides et que les différences entre les membranes actuelles sont dues à la spécialisation de la machinerie ancestrale dans chaque lignée. Mes observations soulignent aussi l'importance d'étudier le cenancêtre à partir des informations issues des organismes actuels pour éviter toute confusion avec les origines de la vie.