Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Titre de l'écran-titre (visionné le 28 mars 2007). Bibliogr.

Th.--Méd.--Paris, 1909-1910. / Paris, 1909-1910, n ° 346.

Les conséquences de l’hybridation dans les processus évolutifs demeurent, en grande partie, inexplorées chez les animaux. Sachant qu’il y a hybridation entre les anguilles américaines (Anguilla rostrata) et européennes (A. anguilla), l’objectif de cette étude était de documenter la dynamique de l'hybridation afin de mieux comprendre son importance évolutive pour les deux espèces. Les génotypes AFLP de 1127 anguilles furent utilisés afin d’identifier les individus hybrides et évaluer la dynamique de l’hybridation. Les résultats démontrent que i) une proportion importante (15.5%) des anguilles islandaises sont hybrides, ii) les hybrides de première génération sont fertiles et se reproduisent, iii) en Islande, la proportion d’hybride est plus importante dans le stade de vie anguille jaune et iv) la distribution des hybrides est quasi-exclusive à l’Islande où leur proportion augmente avec la latitude. Ainsi, les résultats démontrent que l'hybridation peut influencer les processus évolutifs chez les animaux et qu’elle devrait être considérée plus formellement. / Since only few studies have evaluated fitness beyond the first hybrid generation, the evolutionary processes as well as the potential outcome of natural hybridization remain largely unexplored in animals. Knowing that hybridization occurs between American and European eels (Anguilla rostrata and A. anguilla), this study aimed at documenting the dynamics of natural hybridization in order to better understand its potential evolutionary impact for the two species. AFLP genotypes of 1127 eels were used to identify hybrid individuals and evaluate dynamics of hybridization. Results provide evidence for i) an overall hybrid proportion of 15.5% in Iceland, ii) the occurrence of viable later generation hybrids, iii) a higher proportion of hybrids in the yellow eel samples, and iv) quasiexclusive distribution of hybrids in Iceland where they tend to increase in proportion with latitude. This study thus demonstrates that natural hybridization can have an influence on evolutionary processes in animals and should be considered more formally.

Les poissons migrateurs thalassotoques réalisent des migrations pour changer de biomes à deux moments de leur vie. La première migration est une migration anadrome qui a lieu au stade juvénile. Après une phase de croissance en eau douce, ils réalisent une migration catadrome vers les habitats marins, afin de s’y reproduire.Il existe une très forte diversité, écologique et morphologique, au sein de ce groupe qui partage une stratégie d’histoire de vie commune : la catadromie. En décomposant par phases la migration anadrome de colonisation des bassins versants, cette étude avait pour objectif de mettre en évidence les tactiques déployées lors de cette colonisation, puis de les comparer afin de mettre en évidence d’éventuelles variations, appelées « variants ».Deux méthodologies principales ont été utilisées : les premières phases de colonisation ont été étudiées en structures expérimentales. Pour les individus âgés de un an et plus, une approche de suivi par télémétrie acoustique a été choisie.Un patron global de migration de colonisation des bassins versants par les thalassotoques aainsi pu être proposé. Des variants interspécifiques liés à l’écologie et à la morphologie des espèces ont aussi pu être mis en évidence, ainsi que des variations intraspécifiques. Ces variations suggèrent l’existence de différentes stratégies d’histoire de vie au sein d’une même espèce de thalassotoques. / Abstract

On observe le déclin progressif de l’anguille d’Amérique sur l’ensemble de son aire de répartition depuis plus de quatre décennies, mais celui-ci semble plus soutenu dans la région du Haut-Saint-Laurent/Lac-Ontario (STLO). Plusieurs mesures de mitigation ont été mises en place, dont le transfert de civelles vers le STLO à partir de régions moins touchées. La translocation fut acceptée sur la base du caractère panmictique de l’espèce. Cependant, certains aspects écologiques interrégionaux, comme la taille à maturité ou le recrutement, semblaient en contradiction avec l’hypothèse de panmixie. Ce projet de thèse a pour but d’aborder cette problématique en testant les hypothèses de panmixie et de plasticité phénotypique chez l’anguille d’Amérique. Au chapitre 2, nous décrivons l’étude de génétique de population de l’anguille d’Amérique la plus complète effectuée à ce jour. L’hypothèse de panmixie devrait désormais être acceptée. Ensuite, pour tester l’hypothèse de la plasticité phénotypique comme mécanisme de la variance interrégionale, nous avons travaillé avec des civelles provenant Nouvelle Écosse (Mira River : MR) et du Québec (Grande rivière Blanche : GRB), en milieux contrôlé (eau douce ou saumâtre). Le chapitre 3 fait état des premiers sept mois d’élevage. On y rapporte un taux de croissance supérieur en eau saumâtre pour tous les groupes. Les anguilles de la MR croissent plus rapidement, tous environnements confondus, que celles du GRB. Les MR présentent une réponse plastique marginalement supérieure aux GRB. Au chapitre 4 nous faisons état de la conclusion de l’expérience de croissance. On y rapporte des sex-ratios identiques pour tous les groupes. Les femelles présentent une distribution bimodale avec deux modes de croissance/maturation : lente (L) ou rapide (R). La MR produit une majorité de R en eau saumâtre et de L en eau douce, alors que GRB produit une majorité de L dans les deux milieux. Le chapitre 5 teste l’hypothèse nulle sous l’angle de la transcriptomique. On y fait état de l’effet de l’environnement, de l’origine et de leur interaction sur de nombreux gènes et groupes fonctionnels. À la lumière des résultats de ces quatre chapitres, nous proposons que la plasticité phénotypique n’exclue pas une base génétique quantitative pour expliquer la variance interrégionale dans les traits phénotypiques et d’histoire de vie. Finalement, dans ce contexte, nous avançons l’hypothèse suivant : la différenciation génétique interrégionale serait le produit de la sélection spatiale variable.

Plusieurs recherches menées au cours des quinze dernières années ont permis de changer le modèle classique du cycle vital des anguillidés. En effet, il semblerait bien que la catadromie soit un mode de vie facultatif étant donnée l’existence d’individus qui complètent l’exclusivité de leur phase de croissance en milieu saumâtre ou marin, ou qui effectuent des mouvements entre les habitats d’eau salée et d’eau douce. Dans le cadre de la présente étude, nous avons réalisé des tracés multi-éléments à l’aide de la spectrométrie de masse à plasma induite couplée à l’ablation par laser (LA ICP-MS) sur des otolithes d’anguilles d’Amérique (Anguilla rostrata) échantillonnées à travers le système hydrographique du Saint-Laurent – Lac Ontario, dans le but de reconstruire le patron d’utilisation de l’habitat durant la phase de croissance. Les profils de strontium (88Sr), baryum (138Ba), manganèse (55Mn) et magnésium (24Mg) nous ont permis de distinguer parmi trois signatures chimiques qui pourraient représenter trois habitats distincts. Deux de ces signatures correspondent à des habitats dulcicoles tandis qu’une autre représente un habitat estuarien. Environ 10% des anguilles échantillonnées ont utilisé cet habitat estuarien après avoir recruté dans le système. L’interprétation des deux habitats dulcicoles est moins évidente mais ceux-ci pourraient correspondre à des zones humides côtières et des zones d’eaux ouvertes. La majorité (78%) des changements d’habitats ont eu lieu durant les quatre premières années en eaux continentales. Nos résultats suggèrent que les anguilles en phase de croissance dans le Saint-Laurent sont capables d’effectuer des mouvements de l’ordre d’au moins 200 km. Ces premières informations sur les mouvements d’anguilles jaunes dans le Saint-Laurent ont d’importantes implications pour la gestion et la conservation de l’espèce. / A number of papers published during the last 15 years have reshaped our long-held understanding of the lifecycle of anguillid eels. Catadromy among anguillids appears to be facultative with some individuals carrying out their growth stage exclusively in brackish or coastal marine waters, or even making movements between these and freshwater. For the present study, multi-element line scans were obtained, using LA ICP-MS, from the otoliths of 110 eels sampled at various locations throughout the Saint Lawrence River Lake Ontario (SLRLO) system in an attempt to retrace habitat use during their growth stage. Elemental profiles for strontium (88Sr), barium (138Ba), manganese (55Mn) and magnesium (24Mg) enabled us to distinguish three chemical signatures that might represent distinct habitats within the SLRLO. One of these was shown to likely correspond to the brackish estuary. Approximately 10% of eels were observed to make use of this estuarine habitat after recruiting to the system as elvers. These individuals were sampled at the three most downstream sites suggesting that individuals recruiting to the upper reaches of the system tend to remain in fresh water. Interpretation of the other two freshwater habitats was much less straightforward but these might correspond to marshland and open water areas. Most (78%) of the habitat switches occurred within the first 4 years after recruiting as elvers suggesting an increasing likelihood for eels to settle in one habitat as they grow older. The fact that our results indicate that yellow eels can undertake within-river movements on the order of at least 200 km has important implications for the management and conservation of this species.

L’anguille européenne Anguilla anguilla est une espèce catadrome avec un cycle de vie complexe incluant des migrations entre la mer de Sargasses et l’Europe et l’Afrique du Nord. On a noté une baisse drastique de sa population depuis les 30 ans et on la considère aujourd’hui comme ‘en danger critique’. Une des causes principales de ce déclin est la fragmentation de l’habitat.Nous avons étudié si les obstacles aquatiques peuvent exercer un pression de sélection sur les jeunes anguilles en migration. On a utilisé une approche sans a priori, où une large liste des gènes a été analysée dans trois tissus de chaque poisson provenant des zones amont/aval de l’obstacle (article 1). On a détecté les différences de transcription des gènes du cerveau des poissons, ces gènes étant liés à la plasticité neuronale. On a également trouvé que ces différences se maintiennent à long terme (article 2). Finalement, on a étudié la relation entre le comportement d’escalade et la transcription des gènes (article 3). Les anguilles provenant des zones amont possèdent une tendance d’escalade la plus forte. De plus, certains poissons classés comme ‘leaders’ d’escalade présentaient des niveaux de transcription de gènes liés à la cognition plus faibles que les ‘suiveurs’. Ces résultats peuvent être associés au concept de coping style et de la personnalité animale. En effet, on suggère que les leaders agissent comme des individus proactifs et téméraires, contrairement aux suiveurs, plutôt réactifs et timides.L’implication des notre étude est discutée dans le contexte écologique, car la présence des obstacles peut modifier les patterns de distribution de phénotypes dans les réseaux aquatiques. / The European eel Anguilla anguilla is a catadromous fish with a large scale migration loop including the Sargasso sea, Europe and North Africa. In the last 30 years, drastic declines of abundance have been observed and the species is currently considered as critically endangered. One of the main causes of species decline is habitat fragmentation, which prevents migrating fish accessing growth zones.We studied whether aquatic obstacles can enact selectively on migrating young eels. We applied a no a priori approach to detect any traits involved in the process of obstacle passage. We used a microarray analysis for gene expression screening in three tissues (brain, liver, muscle) of young eels sampled in different sections of an impounded watercourse (article 1). The only differences detected between groups of fish concerned the brain tissue, and the detected genes were related to synaptic plasticity. We also found that transcription levels of genes related to neural activity, oestrogen and thyroid metabolisms were different after two months of common garden (article 2). Finally, we studied the relationship between the gene transcription and climbing behaviour (article 3). Upstream fish showed the highest climbing tendency. Moreover, we found that the ‘climbing’ leaders showed lower transcription levels of cognition-related gene than fish following them. We suggest that leaders can enact as bold and proactive individuals, in contrast to reactive followers.The implication of our results is discussed in an ecological context, where the presence of water obstacles can modify the distribution of different phenotypes in the upstream and downstream parts of the water axis.

L'anguille d'Amérique est un poisson avec un cycle de vie très particulier. En effet, elle occupe une aire de répartition qui s'étire du Groenland aux Caraïbes, mais tous les individus se reproduisent dans la mer des Sargasses. Après la reproduction, les larves sont dispersées de façon aléatoire jusqu'aux côtes. Ce lieu de reproduction unique fait en sorte que tous les individus de l'espèce appartiennent à la même population. Par contre, les conditions environnementales varient grandement au sein de l'aire de répartition, puisque celle-ci s'étend de régions subarctiques à des régions subtropicales, ce qui confronte les individus à des conditions différentes selon l'endroit jusqu'où ils dérivent et peut entraîner la sélection d'allèles différents selon les régions. Les objectifs de cette étude étaient d'identifier les régions du génome soumises au phénomène de sélection spatialement variable et quels mécanismes sont affectés par la sélection. Pour ce faire, 710 individus en provenance de 13 sites différents représentant une grande partie de l'aire de répartition de l'espèce ont été séquencés. Un total de 12 098 SNP a été obtenu. Des méthodes d'association environnementale et d'analyse de redondance ont été employées pour identifier des marqueurs potentiellement sous sélection spatialement variable. Un total de 183 marqueurs a été identifié comme étant sous sélection spatialement variable. L'interaction entre les différentes régions sous sélection a également été évaluée en utilisant des scores polygéniques additifs. Des corrélations significatives entre ces scores polygéniques et la latitude, la longitude et la température ont été identifiées. Finalement, nous avons identifié les gènes à proximité des marqueurs potentiellement sous sélection. Parmi ces gènes, le mécanisme de réponse à l'insuline était le seul mécanisme significativement enrichi. Cette étude a permis de mieux documenter l'étendue de la sélection spatialement variable chez l'anguille d'Amérique en montrant qu’il semble y avoir de la sélection dans de nombreuses régions du génome. / The American eel is a fish with a complex life cycle. The eel occupy a wide species range from Greenland to the Caribbean, but all eels reproduce in the Sargasso Sea. After the reproduction, the larvea are advected randomly to the coast by ocean currents. Because of this reproduction mode, all the American Eel are in the same population. On the other hand, the range is extending from subarctic to subtropical regions and the eels occupying these different regions are facing really different environmental conditions. These differents conditions could result in the selection of different alleles. The objective of this study was to identify the different regions of the genome that are affected by this phenomenon of spatially-varying selection and which mecanisms are affected by selection. A total of 710 glass eels captured in 12 different sites representing an important part of the species range were sequenced to reach these objectives. After sequencing, 12 098 SNPs were conserved for further analysis. Using environmental association and redundancy analyses approaches, 183 of these markers were identified to be potentially under spatially-varying selection. The interaction between these differents regions was analyzed using additive polygenic scores. Significant correlations were identified between these polygenic scores and the latitude, longitude and temperature. Genes close to outliers were identified and gene ontology analyses were made. The only significantly enriched pathway was the insuline signalling pathway. With this study our understanding of the spatially-varying selection in the American Eel has been increased.

Contrairement à la majorité des mammifères, la plupart des poissons ne possèdent pas de chromosomes sexuels hétéromorphes (type XY/XX). Chez un grand nombre de poisson la labilité du sexe est extrêmement prononcée. Cela se traduit par le fait que le déterminisme du sexe peut être sous l’influence de variables environnementales. C’est le cas chez l’anguille où la proportion de mâle augmente avec le nombre d’individus présents en un lieu donné. Cette thèse a pour but de mieux comprendre les facteurs qui régissent la destiné sexuelle des individus. Ainsi, les relations inter-individuelles et la croissance ont été étudiées afin d’évaluer leur possible rôle dans le déterminisme du sexe. Les résultats acquis au cours de cette thèse suggèrent que la densité per se ne serait pas le facteur primordial influençant le déterminisme du sexe, mais plutôt l’estimation faite par les individus de la qualité du milieu. / Contrarily to most mammals, the majority of fish doesn’t have heteromorphic sexual chromosomes (type XY/XX). In most fish, the gonad development is extremely labile and for some of them, the sex can be influenced/determined by environmental factors. This is observed in eel, where the proportion of males increases with the number of individuals at a given location. The goal of this thesis is to better understand processes that act upon sex determination in eel. Thus, inter-individual relationships as well as the growing potential of each fish were studied to evaluate their possible role in sex determination. The findings gathered throughout this thesis support the hypothesis of a metagametic (environmental) sex determination and also suggests that the estimation of the quality of the environment, made by juveniles’ eels, is one of the key factors influencing sex determination.

Cette thèse se place dans le cadre du projet Robot-Anguille, qui regroupe six laboratoires français. L'objectif du projet est de concevoir, étudier et réaliser un robot "anguille" ou "serpent-nageur" capable de se déplacer dans un espace à 3 dimensions.<br /><br />A travers cet objectif, la thèse se porte dans un premier temps sur la modélisation dynamique du robot sous la forme d'un mécanisme hybride (structures de robots parallèles montées en série) permettant ainsi d'être le plus proche possible du prototype construit. Pour cela nous avons utilisé les algorithmes récursifs de Newton-Euler pour les modèles dynamiques inverse et direct en les généralisant au cas des robots à base mobile. Nous avons également proposé un modèle de contact fluide-structure pour simuler le comportement du robot dans l'eau. Pour tester ces algorithmes, nous avons simulé le comportement du robot lors de différents types de nage et en avons tiré des conclusions qui nous ont guidées dans la conception du prototype. <br /><br />Dans un deuxième temps, à partir d'un générateur de mouvements à base de CPGs (ou réseau de neurones), nous avons étudié des lois de commande pour réaliser des simulations de nage en boucle fermée. Ainsi, nous avons abordé les problèmes de la nage vers des points cible et l'évitement d'obstacles pour la nage en milieu confiné.