The processes and mechanisms that govern brain size evolution remain a widely discussed topic in evolutionary biology. How relative brain size relates to animal behaviour and cognition is even more controversial. Recent comparative and experimental studies have shown a positive relationship between relative brain size and complexity of behaviour. Some of the most important behaviours that have direct consequences for an individual’s fitness are reproductive behaviours, and they sometimes require quite complex behavioural repertoires. Selection for complex behaviour might therefore induce an expansion of brain size to allow for cognitively demanding tasks during courtship and mating. In the present study we investigated the effect of relative brain size on reproductive behaviour in male guppies (Poecilia reticulata), using fish from a recently established brain size artificial selection experiment. Females were paired with either a large- or a small-brained male, and we collected data on a suite of male courtship behaviours including sneak copulation attempts, courtship display, gonopodial swings and time spent following the female. Although the extent of orange colouration, a trait that varies across large- and small-brained males, affected male behaviour, we were not able to detect any difference in reproductive behaviour between the brain size selection lines. These results suggest that there is no strong association between male mating behaviour and relative brain size, and future studies will examine this question further. But currently, our results indicate that relative brain size might not be linked to reproductive behaviour to any significant extent, at least not in the guppy.

Galliform birds (Galliformes) make up together with anseriform birds (Anseriformes) the clade Galloanserae, the sister group of Neoaves and the most basal clade of Neognathae. However, to date no quantitative data on cellular composition of their brains have been available. Here, I used the isotropic fractionator to determine numbers of neurons and non-neuronal cells in specific brain regions of 15 species of galliform birds. I find that cellular scaling rules for galliforms differ starkly from those for songbirds and parrots. When compared to these crown avian lineages, galliform birds feature lower degree of encephalization, a proportionally smaller telencephalon, small telencephalic and dominant cerebellar neuronal fractions, generally lower neuronal densities and larger glia/neuron ratios. Consequently, their brains and especially their forebrains harbor much smaller absolute numbers of neurons than those of equivalently sized songbird and parrots, the fact that undoubtedly constrains cognitive abilities of galliforms. However, this not to say that galliform birds are "bird brains" with low numbers of neurons and a limited ability to learn. Because they have high neuronal densities, their relatively small brains contain about equal numbers of neurons as brains of equivalently sized rodents and...

Recent comparative studies have shown that bird brains, although small, have a high processing capacity. The brains of parrots and songbirds have higher neuronal densities than brains of mammals; especially large parrots and corvids compete with or even outnumber primates by the number of telencephalic neurons. However, the processing capacity of the avian brain appears to differ significantly between various phylogenetic lineages. Basal groups such as galliform birds have much lower absolute numbers of neurons and lower neuronal densities than songbirds and parrots. In this Master thesis, I used the isotropic fractionator to determine numbers of neurons and non-neural cells in specific brain regions in 19 species of hornbills (Bucerotiformes), woodpeckers (Piciformes) and coraciiform birds (Coraciiformes). The brains of hornbills and woodpeckers (but not coraciiform birds) have numbers of neurons comparable to that of songbirds and parrots and significantly more neurons than equivalently sized brains of pigeons (Columbiformes) and galliform birds (Galliformes). In the crown groups, we can observe similar trends such as a higher degree of encephalization, a proportionally larger telencephalon and increasing percentage of telencephalic neurons. On the contrary, in pigeons and galliform birds, we can...

Prey s'appuie sur les décisions d'évasion lorsqu'il est confronté à des prédateurs pour maximiser les avantages de rester en place tout en réduisant les coûts de la prédation. Ce compromis de l'histoire de vie peut être reflété par la distance d'initiation de vol (FID), la distance à laquelle un individu prend son envol lorsqu'il est approché par un humain. J'ai abordé les facteurs potentiels expliquant la variation FID avec des données d'espèces d'oiseaux en Europe. La variabilité génétique était liée au risque de prédation FID; les espèces d'oiseaux menacées avaient généralement une FID plus longue que les espèces proches non menacées; le caractère distinctif de l'évolution (ED), un indicateur reflétant l'isolement phylogénétique des taxons, était positivement lié à la FID chez les oiseaux d'eau; La FID moyenne de différentes espèces d'oiseaux était positivement corrélée avec les niveaux spécifiques de MDA (malondialdéhyde qui est un indice de stress oxydatif) et UA (acide urique, qui est une mesure de la capacité antioxydante) et FID augmentée avec la taille du troupeau chez les espèces grégaires mais pas chez les espèces non grégaires. Ces résultats peuvent contribuer à la compréhension des causes et des conséquences des différences interspécifiques dans le comportement de fuite des prédateurs contre les prédateurs, et, plus important encore, ils peuvent fournir des moyens de résoudre les problèmes de conservation. Mots-clés : masse corporelle, taille du cerveau, taille effective de la population, modèle linéaire phylogénétique, stress oxydatif, comportement social / Prey rely on escape decisions when confronted with predators to maximize the benefits of staying put while reducing the costs of predation. This life history compromise can be reflected by flight initiation distance (FID), the distance at which an individual takes flight when approached by a human. I addressed potential factors explaining variation FID with data from bird species in Europe. Genetic variability was related to predation risk FID; threatened bird species generally had a longer FID than non-threatened closely related species; evolutionary distinctiveness (ED), an indicator reflecting the phylogenetic isolation of taxa, was positively related to FID in waterbirds; mean FID of different species of birds was positively correlated with species-specific levels of MDA (malondialdehyde which is an index of oxidative stress) and UA (uric acid, which is a metric of antioxidant capacity) and FID increased with flock size in gregarious species but not in non-gregarious species. These findings may contribute to the understanding of the causes and consequences of interspecific differences in anti-predator escape behavior of birds, and, more importantly they may provide means for resolving conservation problems. Key words: body mass, brain size, effective population size, phylogenetic linear model, oxidative stress, social behavior

Nach einem ausführlichem Überblick über den Kenntnisstand der Genetik und Neurowissenschaft von allgemeiner Intelligenz und einer methodischen Anmerkung zur Notwendigkeit der Berücksichtigung latenter Variablen in den kognitiven Neurowissenschaften am Beispiel einer Reanalyse publizierter Ergebnisse wir das am besten etablierte Gehirnkorrelat der Intelligenz, die Gehirngröße, aus evolutionsgenetischer Perspektive neu betrachtet. Schätzungen des Koeffizienten additiv-genetischer deuten an, dass es keine rezente direktionale Selektion auf Gehirngröße gegeben hat, was ihre Validität als Proxy für Intelligenz in evolutionären Studien in Frage stellt. Stattdessen deuten Korrelationen der Gesichtssymmetrie älterer Männer mit Intelligenz und Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit an, dass organismusweite Entwicklungsstabilität eine wichtige Grundlage von unterschieden in kognitiven Fähigkeiten sein könnte. Im zweiten Teil dieser Arbeit geht es vornehmlich um die Alterung kognitiver Fähigkeiten, beginnend mit einem allgemeinen Überblick. Daten einer Stichprobe von über 130 Individuen zeigen dann, dass die Integrität verschiedener Nervenbahnen im Gehirn hoch korreliert, was die Extraktion eines Generalfaktors der Traktintegrität erlaubt, der mit Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit korreliert. Der einzige Trakt mit schwacher Ladung auf diesem Generalfaktor ist das Splenium des Corpus Callosum, welches mit Veränderungen der Intelligenz über 6 Jahrzehnte korreliert und den Effekt des Bet2 adrenergischem Rezeptorgens (ADRB2) auf diese Veränderung mediiert, möglicherweise durch Effekte auf neuronale Komopensationsprozesse. Schließlich wird auf Basis neuer Analyseverfahren für Magnetresonanzdaten gezeigt, dass vermehrte Eiseneinlagerungen im Gehirn, vermutlich Marker für zerebrale Mikroblutungen, sowohl mit lebenslang stabilen Intelligenzunterschieden als auch mit der altersbedingten Veränderung kognitiver Fähigkeiten assoziiert sind. / After an extensive review of what is known about the genetics and neuroscience of general intelligence and a methodological note emphasising the necessity to consider latent variables in cognitive neuroscience studies, exemplified by a re-analysis of published results, the most well-established brain correlate of intelligence, brain size, is revisited from an evolutionary genetic perspective. Estimates of the coefficient of additive genetic variation in brain size suggest that there was no recent directional selection on brain size, questioning its validity as a proxy for intelligence in evolutionary analyses. Instead, correlations of facial fluctuating asymmetry with intelligence and information processing speed in old men suggest that organism-wide developmental stability might be an important cause of individual differences in cognitive ability. The second half of the thesis focuses on cognitive ageing, beginning with a general review. In a sample of over 130 subjects it has then been found that the integrity of different white matter tracts in the brain is highly correlated, allowing for the extraction of a general factor of white matter tract integrity, which is correlated with information processing speed. The only tract not loading highly on this general factor is the splenium of the corpus callosum, which is correlated with changes in intelligence over 6 decades and mediates the effect of the beta2 adrenergic receptor gene (ADRB2) on cognitive ageing, possibly due to its involvement in neuronal compensation processes. Finally, using a novel analytic method for magnetic resonance data, it is shown that more iron depositions in the brain, presumably markers of a history of cerebral microbleeds, are associated with both lifelong-stable intelligence differences and age-related decline in cognitive functioning.

Les ephrines et leurs récepteurs Eph constituent une famille multigénique de facteurs de guidage cellulaire et axonal. Ces facteurs jouent un rôle-clé dans l’établissement de cartes neurales topographiques, notamment au niveau des connexions thalamocorticales, réseau neuronal majeur du cerveau des mammifères.<p><p>Notre projet visait initialement à étudier l’implication des ephrines corticales dans la génèse des connexions thalamocorticales par une approche de gain de fonction. Pour ce faire, nous avons généré des souris transgéniques présentant une expression ectopique spécifique de l’ephrine-A5 dans le cortex en développement, en utilisant une technique de transgénèse d’addition par chromosome artificiel de bactéries (BAC). <p><p>De façon surprenante, l’analyse de ces souris nous a révélé que les ephrines, à côté de leurs rôles classiques de facteurs de guidage, influençaient la taille du cortex cérébral en régulant l’apoptose des progéniteurs neuronaux. En effet, nous avons pu montrer que l’expression ectopique du ligand ephrine-A5 par les progéniteurs corticaux exprimant son récepteur EphA7 résultait en une déplétion précoce en progéniteurs corticaux par apoptose, et une diminution subséquente de la taille du cortex. Cette vague apoptotique est observée en l’absence de toute altération détectable de la prolifération, la différenciation et la migration neurale dans le cortex.<p><p>Nous avons étayé notre étude in vivo par des expériences in vitro, qui ont montré que l’ephrine-A5 recombinante était capable d’induire rapidement la mort des progéniteurs neuronaux dissociés. Nous avons également montré que cette mort cellulaire impliquait l’activation de la caspase-3, confirmant ainsi l’effet direct des ephrines et de leurs récepteurs sur une ou plusieurs cascades apoptotiques. Par contre, la stimulation des neurones post-mitotiques corticaux par l’ephrine-A5 est accompagnée d’une activation de la caspase-3 sans mort cellulaire apparente. La signalisation ephrine/Eph induirait donc l’activation de la caspase-3 dans différents types cellulaires, sans que celle-ci ne soit systématiquement le reflet d’une mort cellulaire programmée. <p><p>Parallèlement, afin d’évaluer l’importance physiologique de cette voie pro-apoptotique dépendante des ephrines, nous avons étudié des souris présentant une perte de fonction du récepteur EphA7. L’analyse de ces mutants nous a permis de mettre en évidence une diminution de l’apoptose des progéniteurs corticaux, une augmentation de la taille du cortex, ainsi qu’une hypercroissance exencéphalique de tout le cerveau antérieur dans les cas les plus extrêmes. Ces observations indiquent donc que les ephrines sont nécessaires au contrôle de la mort cellulaire programmée des progéniteurs du cortex cérébral. Nous avons également observé le même phénotype exencéphalique dans des mutants déficients en ephrines-A2, -A3 et -A5, dont l’analyse préliminaire suggère également des défauts de processus apoptotiques. <p><p>Nos diverses expériences, combinant une approche par gain et perte de fonction, à la fois in vivo et in vitro, ont ainsi permis de proposer un nouveau rôle des ephrines en marge de leur implication dans la guidance axonale, à savoir un rôle dans le contrôle de la taille cérébrale par induction de l’apoptose des progéniteurs corticaux.<p>La mise en évidence de cette nouvelle voie de signalisation pro-apoptotique pourrait avoir des implications importantes dans d’autres aspects de la biologie du développement et des cellules souches, ainsi que dans l’oncogénèse. <p> / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished