Quels sont les grands patrons de distribution des espèces et quels sont les facteurs qui les contrôlent? Ces questions sont au cœur des problématiques macroécologiques et prennent un intérêt tout particulier au regard du réchauffement climatique global actuel. L'objectif principal de ce travail de thèse était de déterminer les patrons de distribution actuels des espèces d'oursins antarctiques et subantarctiques à l'échelle de l'océan Austral et de mettre en évidence les facteurs qui contrôlent ces distributions. La modélisation des niches écologiques d'une vingtaine d'espèces d'oursins a permis de mettre en évidence deux grands patrons de distribution : (1) un premier représenté par les espèces dont la distribution n'est pas limitée au sud du Front Polaire et s'étend des côtes antarctiques aux zones subantarctiques et tempérées froides et (2) un deuxième constitué d'espèces restreintes à la zone antarctique. Au sein de ces deux patrons, cinq sous-patrons ont également pu être défini sur la base de différences de distribution latitudinale et bathymétrique entre groupes d'espèces. Cette approche biogéographique par modélisation de niche écologique a été complétée par l'analyse de similarité de l'ensemble des faunes d'oursins, de bivalves et de gastéropodes, au niveau spécifique et générique, entre biorégions de l'océan Austral. Cette analyse démontre qu'il existe chez les oursins et les bivalves des connexions fauniques entre l'Amérique du Sud et les zones subantarctiques ainsi qu'une séparation entre l'Est et l'Ouest antarctique. Au contraire, les faunes de gastéropodes subantarctiques montrent des affinités plutôt antarctiques que sud-américaines, l'Antarctique ne formant qu'une unique province pour ce clade. Ces différences entre clades sont interprétées comme étant le résultat d'histoires évolutive et biogéographique distinctes entre oursins et bivalves d'une part et gastéropodes d'autre part. L'hypothèse d'une réponse évolutive différente des clades aux changements environnementaux survenus au cours du Cénozoïque est avancée. Enfin, l'existence de connexions fauniques trans-antarctiques est mise en évidence dans l'étude des trois clades ; celles-ci sont interprétées comme le résultat de la dislocation de la calotte ouest-antarctique et l'ouverture de bras de mer trans-antarctiques au cours du Pléistocène. Parmi les paramètres environnementaux utilisés dans la modélisation des niches écologiques, les résultats montrent que trois paramètres jouent un rôle majeur dans la distribution des oursins : la profondeur, la couverture de glace et la température des eaux de surface. Toutefois, l'importance relative de ces paramètres diffère selon les espèces d'oursins étudiées. L'étude du genre Sterechinus souligne tout particulièrement ces différences. En effet, l'espèce S. neumayeri est plus sensible aux conditions environnementales qui prédominent près des côtes antarctiques (température des eaux de surface et couverture de glace), alors que S. antarcticus semble être beaucoup moins contraint par ces mêmes paramètres. La distribution potentielle de S. antarcticus est d'ailleurs beaucoup plus étendue en latitude. Cependant, S. antarcticus n'est pas présent sur l'ensemble de son aire de distribution potentielle, ceci pouvant être expliqué alternativement par le résultat (1) de facteurs océanographiques (rôle de barrière biogéographique joué par le Front Polaire), (2) d'interactions biotiques (phénomènes de compétition inter-spécifique) et (3) du contexte temporel (colonisation toujours en cours).

Le "coût de la reproduction" est un concept qui définit qu'un investissement à la reproduction élevé a un prix qui se paye ultérieurement par une accélération de la sénescence. Cela peut notamment traduire des compromis entre la reproduction et d'autres fonctions physiologiques comme la défense antioxydante. Chez l'huître creuse Crassostrea gigas, la reproduction représente une fonction physiologique majeure. Dans le cadre des études effectuées pour comprendre les mortalités estivales affectant cette espèce, une corrélation négative entre effort reproducteur et survie a été observée. D'autre part, des gènes antioxydants ont été mis en évidence comme différentiellement exprimés entre les lignées d'huîtres sélectionnées pour leur résistance ou leur sensibilité aux mortalités estivales. Certaines études proposent que la susceptibilité au stress oxydant puisse représenter un coût de la reproduction participant au processus de sénescence. Dans ce contexte, nous avons analysé la capacité antioxydante des huîtres en fonction de leur investissement reproducteur. Pour cela, la technique d'ARN interférence a été utilisée pour manipuler l'effort reproducteur des huîtres. L'expression des principales enzymes antioxydantes (taux de transcrits et activités enzymatiques) et le dosage de dommages oxydatifs ont ensuite été mesurés dans différents tissus et cellules de l'organisme (branchies, gonade, hémocytes et gamètes). Les résultats obtenus dans le cadre de cette thèse suggèrent que la capacité antioxydante de C. gigas est particulièrement efficace et que la reproduction seule n'est pas suffisante pour induire un stress oxydant. Cette capacité antioxydante apparaît comme tissu-spécifique voire cellule-spécifique et le métabolisme du glutathion semble jouer un rôle majeur dans cette protection. Cette grande résistance au stress oxydant contribuerait à faire de C. gigas une espèce particulièrement adaptée à la vie dans des environnements stressants.

L'évolution spatio-temporelle des populations d'Ophiocomina nigra et d'Ophiothrix fragilis (Ophiuridés, Echinodermes) a été étudiée dans deux écosystèmes contrastés de la pointe de Bretagne (France); la rade de Brest et la baie de Douarnenez. Entre la fin des années 80 et 2011, la population d'O. nigra s'est très largement étendue sur l'ensemble des zones d'études et a vu sa densité augmenter d'un facteur 5 en rade de Brest. Dans ce site, l'expansion d'O. nigra a généré de profonds changements qui se sont progressivement traduits entre autre par une exclusion spatiale d'O. fragilis du bassin central vers la partie sud de la zone d'étude où l'espèce colonise des coquilles vides de crépidules; Crepidula fornicata. L'expansion d'O. nigra a été mise en relation avec la combinaison de possible changements globaux du milieu et les traits biologiques de l'espèce. Les isotopes stables naturels (δ13C & δ15N) et les marqueurs d'acides gras ont été utilisés pour décrire l'écologie trophique des deux ophiures par un suivi in situ, sur des stations sélectionnées en raison de leurs situations contrastées (influence continentale vs influence océanique). Les facteurs de discrimination (∆δ13C et ∆δ15N) ont été calculés en expérimentation pour les deux espèces avec trois types de sources et ont montré principalement un effet de la qualité de la nourriture et de l'état reproducteur des espèces sur ces facteurs et des différences interspécifiques. Le suivi in situ a principalement révélé des différences interspécifiques dans l'alimentation des espèces. Le phytoplancton (diatomées) apparait en été comme une source majeure pour les deux espèces et plus importante pour O. fragilis. Des valeurs en δ15N plus élevées chez O. nigra par rapport à O. fragilis associées à une plus forte contribution de bactéries, de détritus et de matériel d'origine animal, indiquent que l'espèce exploite une grande diversité de sources de nourriture expliquant en partie son succès. Les macroalgues (Ulva sp) et les apports terrigènes semblent jouer un rôle trophique mineur pour les deux espèces, malgré une augmentation significative dans les sites plus confinés en fin d'étude.

Tout d'abord considérés comme simples composants d'une barrière imperméable, il a été démontré que les lipides membranaires auraient en fait un rôle biologique bien plus important, pouvant modifier l'environnement des enzymes membranaires et moduler l'activité de ces dernières. Dans la thèse présentée ici, ces relations ont été étudiées dans les mitochondries de l'huître creuse Crassostrea gigas. Les bivalves subissent d'importants changements environnementaux et l'adaptation à ces changements peut passer par un remodelage des membranes, ce qui fait de ces animaux des modèles intéressants pour les études des relations entre la structure des membranes et les activités d'enzymes associées. Des huîtres ont été nourries en écloserie avec deux régimes d'algues monospécifiques, T-Iso et Chaetoceros gracilis, et un mélange équilibré de ces deux algues. Malgré d'importantes modifications de composition en acides gras induites par les différents régimes alimentaires, une grande stabilité des processus membranaires mitochondriaux a été observée. D'un autre côté, la comparaison entre des huîtres élevées en écloserie et des huîtres élevées dans leur milieu naturel a révélé d'importantes modifications de capacités mitochondriales, qui pourraient être liées à une modulation des classes de phospholipides et de leur insaturation. Ces différences ne peuvent pas s'expliquer par une influence des cycles tidaux dans la mesure où, malgré un changement de production d'ATP, l'activité des mitochondries a été montrée comme étant similaire chez les huîtres collectées en émersion et en immersion. L'homéostasie mitochondriale observée dans cette étude pourrait être un moyen pour les huîtres de faire face aux variations biotiques (disponibilité en nourriture) et abiotiques (disponibilité en oxygène) de l'environnement naturel de C. gigas, et de maintenir leurs fonctions physiologiques malgré ces variations.

Sélectionner les animaux qui ont le plus haut niveau de production, en tenant peu compte d'autres caractères, a toujours bien fonctionné dans les conditions d'un environnement favorable (i.e. ration riche en nutriments, faible charge pathogène, thermoneutralité). Toutefois, pour de nombreuses raisons (économiques, climatiques, écologiques), les éleveurs auront sans doute de plus en plus de mal à réunir de telles conditions dans l'environnement de leur troupeau, et pourront même délibérément choisir de ne pas le faire. Sélectionner des animaux qui soient adaptés avec les conditions futures des troupeaux devient donc tout aussi important qu'adapter la conduite du troupeau en fonction des génotypes sélectionnés. Pour mieux identifier les contraintes et les opportunités d'appliquer ces deux options, nous proposons, pour la première fois dans cette thèse, un modèle animal intégrant les effets de la sélection génétique et de la conduite du troupeau. Ce modèle intègre des coefficients d'allocation de la ressource alimentaire entre les fonctions biologiques en tant que caractères héritables Il permet de simuler à court-terme les performances zootechniques et à long-terme les réponses à la sélection résultant de la transmission de ces caractères d'allocation entre générations. Le modèle a été appliqué à la chèvre laitière et se focalise sur la conduite en lactation longue (LL) d'une partie des chèvres du troupeau (conduite consistant à préserver des femelles en lactation ayant après une mise bas sans réengagement d'une nouvelle reproduction). Nous sommes partis du principe que la sélection et la conduite du troupeau influencent tous deux la façon dont chaque animal alloue ses ressources entre ses fonctions biologiques. Nous avons cherché à évaluer la portée de ce principe pour mieux comprendre le développement des interactions génotype-environnement (G x E) sur le long terme. Dans un troupeau soumis à des variations du niveau d'alimentation, différentes stratégies de sélection ciblant l'amélioration de la production laitière et de la longévité ont été simulées. En accord avec la théorie de l'allocation, les réponses à la sélection révèlent que l'amélioration de la production et de la survie doit faire face à un compromis entre ces deux caractères. Cependant, ce compromis est atténué lorsque la sélection est combinée avec la conduite en LL d'une partie du troupeau. Un tel effet de synergie entre sélection et conduite résulte d'une interaction complexe entre la dynamique individuelle de performance au cours de la LL et le renouvellement du troupeau. Ainsi, la capacité innée des chèvres à prolonger leur lactation semble pouvoir être valorisée pour améliorer la résilience du troupeau.

Les virus influenza A ont suscité à partir de l'année 1997 un intérêtsanitaire et économique mondial considérable après l'émergence d'une formehautement pathogène d'un virus influenza aviaire H5N1. Cette épizootie a misen évidence le danger majeur que constitue la proximité entre espècessensibles sauvages et domestiques. En effet, pouvant présenter lescaractéristiques de réservoirs de ces virus, les canards étaient les plussoupçonnés de transmettre l'infection, grâce à une pratique migratoireimportante et d'un portage asymptomatique fréquent. Ce portage associe dans la plupart des cas des virus faiblement pathogènesde sous-types multiples. Ces virus peuvent se transmettre aux volaillesdomestiques et émerger en épizootie à virus hautement pathogène dans le casparticulier des sous-types H5 et H7. Ces épizooties peuvent avoir desconséquences économiques considérables, avec une mortalité avoisinant les100%, et sanitaire avec un possible passage à l'homme. Notre projet vise à caractériser l'infection et la transmission des virusinfluenza faiblement pathogènes, après inoculation expérimentale à unepopulation de canards de surface et plongeurs. Il répond également à lanécessité d'établir des méthodes de surveillance des virus influenzaaviaires à l'arrivé des oiseaux migrateurs dans des zones humides à richepatrimoine ornithologique, et situées à proximité de régions à fortpotentiel en matière de production avicole (La Dombes comme exemple).

Une question fondamentale de la biologie évolutive porte sur la compréhension des mécanismes sous-tendant les processus évolutifs et l'évolution des compromis entre les traits d'histoire de vie. Parmi ces mécanismes, les télomères suscitent un intérêt particulier. Les télomères sont localisés à l'extrémité des chromosomes eucaryotes et participent à la sénescence cellulaire et au vieillissement des individus. La longueur des télomères est susceptible de donner des indications sur le mode de vie et l'état physiologique des organismes. Le but de cette thèse a été de comprendre quels sont les facteurs déterminant la longueur des télomères et leur implication dans les compromis évolutifs, ceci en établissant : si la taille des télomères est-elle héritable? Le taux de perte des télomères est-il affecté par des facteurs environnementaux? Quel lien entre les télomères, la maintenance individuelle et la qualité des individus? Il résulte de ce travail que la longueur des télomères est partiellement déterminée par les facteurs génétiques, elle semble aussi influencée par les facteurs environnementaux. En effet, le coût de la reproduction, ainsi que la modification des trajectoires de croissance, ont des effets néfastes sur la longueur des télomères. L'effet de la manipulation expérimentale de l'activité télomérase indique un lien entre les télomères et la maintenance individuelle, suggérant que les télomères sont susceptibles de donner des indications sur la qualité des individus. Ce travail de thèse montre que la dynamique des télomères est un mécanisme sous-jacent des compromis évolutifs, et présente un intérêt considérable pour la compréhension des processus évolutifs.

Ce travail s'est intéressé aux liens existant entre la stratégie d'exploitation développée par un crustacé ectoparasite et son comportement reproductif. Le crabe Pinnotheridae Dissodactylus primitivus exploite deux espèces Spatangidae vivant dans la Mer des Caraïbes, Meoma ventricosa et Plagiobrissus grandis. Des approches comportementales, démographiques et génétiques ont été adoptées afin de mettre en lumière le fonctionnement et la biologie de cette symbiose. Par son comportement alimentaire, le crabe occasionne des lésions tégumentaires sur ses hôtes. Celles-ci affectent la fitness de M. ventricosa, au travers de son développement gonadique. Dissodactylus primitivus exploite ses deux espèces hôtes de façon asymétrique. La reproduction des parasites se déroule sur les deux hôtes, alors que le recrutement ne s'effectue que sur M. ventricosa. Ce cycle vital asymétrique du crabe serait stabilisé par la qualité et la rareté de P. grandis. En outre, Le comportement sexuel du crabe sur M. ventricosa répondrait aux critères de la polygynandrie à femelles mobiles. Selon ce modèle, les mâles et les femelles se déplacent entre les hôtes à la recherche de partenaires multiples. Lors de ces déplacements, le crabe s'aiderait de son aptitude à localiser chimiquement ses hôtes. Néanmoins, ce mécanisme s'avère plastique et pourrait refléter l'asymétrie du cycle vital. En effet, cette différence n'a pas d'origine génétique, car les crabes vivant au sein du site d'étude constituent la même population quelle que soit l'espèce hôte considérée. Les marqueurs moléculaires microsatellites mis au point dans ce travail permettront lors de futurs travaux d'affiner les observations sur les modalités d'accouplement du crabe et d'estimer sa capacité de dispersion.

La socialité diverse des femelles primates reflète une combinaison de stratégies compétitives et coopératives. Différentes théories expliquent cette diversité. Les macaques sont un bon exemple de variation sociale. L'objectif de ma thèse est d'approfondir la connaissance des sociétés de macaques par l'étude d'une espèce peu connue, les macaques à crête, Macaca nigra, dans son milieu naturel, la réserve de Tangkoko à Sulawesi, Indonésie. 2600 heures de données comportementales ont été prises sur 42 femelles adultes d'Octobre 2008 à Juin 2010. En combinant une analyse compréhensive des variables comportementales, je confirme le style social tolérant des femelles. En examinant la fonction des interactions post-agression par l'analyse des liens entre agression, anxiété, caractéristiques des conflits et de celles des dyades impliquées et les interactions post-agression, je détermine que celles-ci ne servent pas à réduire l'anxiété ou à "raccommoder" les relations sociales mais fonctionnent plutôt pour signaler l'intention pacifique ou pour réaffirmer le statut social. En étudiant l'influence des relations de dominance et de parenté sur les interactions sociales, je détermine que la force des liens sociaux n'est pas forcement liée a la dominance ou la parenté et que les coalitions sont formées entre femelles proches en dominance, mais pas entre apparentées ou proches affiliées. Ces résultats contrastent avec d'autres sociétés animales et mettent en évidence la complexité des sociétés tolérantes. Ma thèse apporte de nouvelles bases empiriques sur la variation sociale dans une perspective comparative et apporte un nouveau cadre théorique sur l'évolution des sociétés animales.

En biologie évolutive, la variation phénotypique a longtemps été réduite au substrat sur lequel agissait la sélection naturelle. Toutefois, la constance intra-individuelle et le maintien intra-populationnel de certains comportements conduisirent au milieu des années 90 au développement du concept de personnalité animale, basé sur la caractérisation de traits tels que la néophobie, l'agressivité, les tendances exploratoires ou la prise de risque. De nombreuses études montrent que la personnalité est soumise à la sélection naturelle et est reliée à certaines stratégies biodémographiques, telles que la dispersion ou le comportement anti-prédateur.Les liens entre la personnalité animale et les stratégies d'appariement et d'approvisionnement, deux composantes fondamentales de la vie des organismes, ont pourtant été négligés jusqu'ici. Nous nous sommes donc attachés au cours de cette thèse à déterminer l'influence de la personnalité sur certains comportements sexuels et alimentaires à l'aide d'un organisme modèle en écologie comportementale : le Diamant mandarin (Taeniopygia guttata). Puis, à l'inverse, nous avons souligné le rôle des sélections naturelle et sexuelle dans le maintien des variations de personnalité.Nos principaux résultats indiquent que certains traits de personnalité mesurés sont inter-corrélés au niveau de notre population captive d'oiseaux, définissant un syndrome comportemental. De plus, la personnalité prédit de manière différentielle le succès d'approvisionnement entre les contextes de compétition par exploitation et par interférence. Ainsi, les individus proactifs sont dominants lors d'épisodes de compétition par interférence mais souffrent d'un plus faible succès d'approvisionnement lors de jeux producteur-chapardeur. Ces résultats soulèvent la possibilité que la sélection naturelle favorise différentes personnalités dans différents contextes, offrant un mécanisme d'explication du maintien des variations intra-populationnelles de personnalité. De plus, ils suggèrent que la personnalité contraint l'optimalité des comportements à travers les situations. Enfin, dans un contexte de choix du partenaire, nous avons montré que la personnalité des femelles utilisées dans des tests de préférence par association influence les mesures de la sélectivité, des scores de préférence et de leur répétabilité.L'étude conjointe de la personnalité animale et des stratégies d'appariement et d'approvisionnement constitue ainsi une voie prometteuse dans l'explication du maintien des variations de personnalité par sélections naturelle et sexuelle, ainsi que dans l'étude de l'influence de la personnalité sur les stratégies biodémographiques des organismes en contextes alimentaire et sexuel