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Measuring and assessing vital rates such as births and deaths are prerequisites for understanding population dynamics. Vital rates may be affected by the density of individuals, even though the importance of density dependence on population dynamics has been debated for a long time. The mallard Anas platyrhynchos is one of the foremost game species in the Holarctic, with millions of birds in hunters’ bags annually. Still, basic knowledge about regulation of mallards’ vital rates is poor, and experimental studies on this topic are rare. In this thesis I have studied survival patterns and density dependence in mallards breeding in Sweden and Finland. Long-term ringing data from both countries were analysed for mortality patterns and causation, as well as for e.g. survival rate estimation. Most of the studies were, though, experiments run over two years involving manipulations of the density of nests, broods and/or adults, in southern and northern Sweden, comprising different biotic regions. Common response variables were survival of nests, ducklings and hens, mainly analysed with program MARK. About 90% of the recovered mallards in Finland and Sweden were hunting kills. However, survival rates were high, ranging from 0.66 to 0.81 for most groups (sex*age). The generality of density dependence was evident since such processes were detected in all studies. Consequently, depredation rate was higher in high nest density compared to low nest density. Survival of ducklings was density-dependent in both boreal and nemoral biotic regions, with food limitation being evident in the former region but not in the latter. In spite of their generality, density-dependent patterns varied within as well between years, and for nest predation rates also between landscape types. The findings about density dependence in breeding mallards in this thesis are novel since they are based on experiments. They are potentially of general interest for management because they embrace a variety of lakes in two geographically distant areas, each being representative for large temperate areas in the northern hemisphere. Detection of density dependence at the local scale may be important at larger scales, too, following the principle of ‘ideal preemptive distribution’ in a source-sink dynamic system.

Tout au long de leur vie, les espèces animales vont transformer de l'énergie apportée par l'alimentation en énergie utilisable par la cellule. Cependant, dans l'environnement naturel, l'accès à la ressource alimentaire est souvent limité et dépendant des conditions climatiques. Cette contrainte oblige les espèces sauvages à mettre en place des compromis d'allocation d'énergie permettant de favoriser la survie, la croissance ou la reproduction. Les espèces aviaires représentent de bons modèles pour étudier les adaptations aux contraintes environnementales puisqu'elles ont colonisé la quasi-totalité du globe et notamment les niches écologiques les plus « extrêmes ». Parmi les oiseaux sauvages vivant en conditions défavorables, notre intérêt s'est porté sur le manchot royal (Adptenodytes patagonicus) et plus particulièrement sur son poussin qui, au cours la 1ère année de vie va subir un jeûne hivernal de 4 à 5 mois au cours duquel les nourrissages sont peu fréquents et aléatoires. Ainsi, cette espèce est naturellement adaptée à des conditions thermiques défavorables pouvant être associées à des phases de jeûne alimentaire. Plusieurs travaux ont montré que malgré l'exposition prolongée au froid, la dépense énergétique diminue au cours des phases de jeûne, permettant ainsi d'économiser les réserves énergétiques et de préserver les protéines nécessaires aux fonctions cellulaires. La forte proportion que représente le muscle squelettique lui confère une part importante de la dépense énergétique. Des études ont montré que malgré son implication dans la thermogenèse, l'activité oxydative (consommation d'oxygène) mitochondriale est diminuée au cours du jeûne hivernal. Cependant, ces travaux ont porté uniquement sur l'étude de la capacité oxydative et non sur le couplage entre les oxydations et les phosphorylations (synthèse d'ATP). Ce couplage représente l'efficacité avec laquelle les mitochondries vont produire de l'énergie (ATP) en consommant de l'oxygène. C'est donc un paramètre important dans la gestion des réserves énergétiques. Mes travaux de thèse ont reposé sur l'hypothèse selon laquelle, la plasticité de l'efficacité mitochondriale du muscle squelettique expliquerait en partie les capacités de survie des oiseaux en conditions défavorables, aussi bien lorsque ces derniers sont exposés à une contrainte thermique importante que lorsqu'ils sont soumis à un jeûne prolongé / Throughout their life, wild species face periods of food-deprivation that induce energy tradeoffs between survival, growth and reproduction. These fasting periods occur either when food availability is lacking due to adverse climatic conditions or because individuals are engaged in biological processes that prevent food access. This later reason is particularly well illustrated in the king penguin (Aptenodytes patagonicus), a sea bird that has to moult and reproduce on shore whereas he feed exclusively at sea. Moreover king penguin chicks exhibit exceptional survival capacities during their first year of life when they experience a long period of fast in winter. Thus, this species that lives in sub-Antarctic latitudes, is exposed to environmental and physiological energy constraints during food shortage periods. Since king penguins are endotherms, they need to maintain their body temperature at high level despite variations of ambient temperature. Thus thermoregulation is one of the most expensive process and skeletal muscles account for the greater part of heat production in birds. Several studies showed that despite long term cold exposure, energy expenditure of fasting birds decreases allowing energy savings and especially protein sparing. Since skeletal muscles have high implications in energy expenditure and heat production the question of their implication in energy saving mechanisms arises. During my PhD project I studied skeletal muscle metabolism through mitochondrial efficiency. These sub-cellular organelles are the last effectors of energy transduction from nutrient into ATP, an usable energy for cells. Our hypothesis is based on the flexibility of mitochondrial efficiency as a regulator of energy sparing mechanisms which would explain long term resistance to starvation. My studies were conducted in a wild species, the king penguin chicks, that are naturally acclimated to cold environment and experienced long term fasting stage. To further investigate mitochondrial plasticity in response to energy constraints, I developed several experimental procedures in controlled conditions on a laboratory model (Muscovy ducklings)

Les jeunes oiseaux exposés au froid assurent leur homéothermie en stimulant les oxydations mitochondriales dans les muscles squelettiques. L’exposition prolongée au froid accroit les capacités de thermogenèse musculaire grâce à une plasticité bioénergétique mitochondriale dont le contrôle reste hypothétique. Chez les mammifères, des protéines de fusion (les mitofusines (Mfns) et OPA1(OPtic Atrophy 1)) participent au remaniement des réseaux dynamiques mitochondriaux dans de multiples types cellulaires. Le but de ce travail de thèse était de caractériser l’expression d’homologues aviaires des protéines de fusion mammaliennes et d’étudier leurs variations d’expression lors de la mise en place des processus bioénergétiques chez l’oiseau en croissance, lors d’une exposition aiguë ou prolongée au froid ou lors de challenges nutritionnels ou endocrines.Sur le plan méthodologique, une approche intégrative a été utilisée de l’animal entier (calorimétrie indirecte) à l’expression protéique (western blot) ou transcriptionnelle (RT-PCR) en passant par des mesures de la fonctionnalité bioénergétique sur des fibres musculaires perméabilisées et mitochondries isolées. Deux modèles animaux ont été utilisés, une espèce naturellement adaptée aux conditions extrêmes de l’Antarctique, le manchot Adélie (Pygoscelisadeliae), et un modèle de laboratoire, le canard de Barbarie (Cairina moschata). Nos résultats ont permis de caractériser chez l’oiseau l’expression de protéines de fusion (Mfn2, OPA1) immunoréactives homologues à celles des mammifères. Le séquençage d’une partie de la séquence codante des gènes codant les Mfns a montré une bonne similitude entre les espècesd’oiseaux et les mammifères. Chez le manchot, l’abondance relative de ces protéines dans lesmitochondries musculaires variait avec la croissance et l’exposition thermique en corrélation positiveavec les capacités bioénergétiques musculaires. Chez le canard, l’activité respiratoire et l’abondance relative de ces protéines étaient également corrélées suite à un jeûne de 60h ou, bien que dans une moindre mesure, après altération pharmacologique du statut thyroïdien.Ces résultats montrent pour la première fois chez l’oiseau l’expression de protéines homologues aux protéines de fusion des mammifères. L’association entre les variations d’expression de ces protéines et les modifications bioénergétiques du muscle squelettique indiquent qu’elles pourraient contribuer à la plasticité bioénergétique observée chez l’oiseau en croissance. Ces résultats suggèrent que des modifications potentielles de l’organisation des réseaux mitochondriaux musculaires pourraient contribuer aux réponses adaptatives des organismes face aux contraintes environnementales. / Cold-exposed young birds maintain their homeothermy by stimulating mitochondrial oxidations in skeletal muscle. Prolonged cold exposure enhances muscle thermogenic capacities through mitochondrial bioenergetics plasticity which control still remains hypothetical. In mammals, fusion proteins (mitofusins (Mfns) and OPA1 (Optic Atrophy 1)) contribute to the permanent and dynamic changes in mitochondrial networks in multiple cell types. The aim of our work was to characterize the expression of avian homologues of mammalian fusion proteins and to study the variations of their expression during the establishment of bioenergetics processes in growing birds, during an acute or a prolonged cold exposure and finally during nutritional or endocrine challenges. Methodologically, an integrative approach has been used from whole animal (indirect calorimetry) to protein (western-blot) or gene (RT-PCR) expression through measurements of the bioenergetics functionality of permeabilized muscle fibers and isolated mitochondria. Two animal models were used, a species naturally adapted to Antarctica harsh conditions, the Adélie penguin (Pygoscelis adeliae), and a laboratory model, the Muscovy duck (Cairina moschata).Our results allowed us to characterize, in birds, the expression of immunoreactive fusion proteins (Mfn2, OPA1) which were homologous to those of mammals. The sequencing of a part of the coding sequence of Mfns genes showed a great similitude between avian and mammalian species. In penguins, the relative abundance of these proteins in muscle mitochondria was modified by growth in the cold and was positively correlated with muscle bioenergetics capacities. In ducks, the respiratory activity and the relative abundance of these proteins were also correlated after a 60h fasting period or,though a lesser extent, after a pharmacological alteration of thyroid status. Our results show, for the first time in birds, the expression of proteins homologous to mammalian fusion proteins. The association between the changes in expression of these proteins and the bioenergetics modifications in skeletal muscle indicates that these proteins could contribute to thebioenergetics plasticity observed in growing chicks. These results suggest that potential modifications of the muscle mitochondrial network organization could play a role in the adaptive responses of organisms to the environmental constraints.