Bien que la température soit connue pour affecter le développement, d'autres paramètres environnementaux peuvent affecter les patrons ontogénétiques comme la vélocité du courant, et ce, particulièrement chez les Salmonidae. La vélocité du courant s'avère être un paramètre fondamental en morphologie fonctionnelle, car elle influe sur le régime hydrodynamique et donc affecte le comportement de nage des poissons. Durant les 10 dernières années, beaucoup d'études se sont penchées sur l'effet de la vélocité du courant sur la morphologie du corps chez les Salmonidae. Dans l'ensemble, les études montrent que plus la vélocité augmente, plus cela induit de la plasticité phénotypique, bien que la réponse directionnelle prise par les traits morphométriques soit espèce-dépendante chez les Salmonidae. Néanmoins, la plupart des études tendent à suggérer que les morphologies résultantes sont adaptatives au regard des conditions hydrodynamiques. Pourtant, les interactions entre vélocité du courant, morphologie et développement squelettique n'ont jamais été étudiées. Ceci est surprenant compte tenu que des liens évidents existent entre la locomotion et le développement du squelette. D'autant plus que le développement des structures osseuses ne serait pas contrôlé que génétiquement, mais aussi épigénétiquement. En effet, des études montrent que des exercises de nage soutenue augmentent la masse osseuse ou la longueur des os chez les mammifères. L'hypothèse suggérée est que les contraintes mécaniques associées à la nage générées par les muscles augmentent. Or, les tissus osseux sont reconnus pour être mécanorépondants. Aucune recherche n'a étudié expérimentalement l'effet de la vélocité du courant sur la plasticité développementale en intégrant l'analyse sur plusieurs niveaux d'organisation comme la morphologie du corps et le squelette. Ceci constitue la problématique de la présente thèse. Le premier chapitre avait pour objectif d'étudier au cours de l'ontogénie précoce d'une espèce de Salmonidae, l'Omble chevalier (Salvelinus alpinus), si une augmentation de vélocité de courant induisait de la plasticité morphologique et changeait l'interaction des traits au cours du développement. Les résultats de cette étude sont les premiers à avoir mis au jour chez l'Omble chevalier que : (1) l'augmentation de la vélocité du courant induit de la plasticité développementale des traits morphologiques; (2) la variation des traits morphométriques présente une période critique autour de 50 jours post-éclosion au cours de laquelle la sensibilité aux contraintes environnementales est accrue; (3) le gradient morphologique de l'interaction des traits en termes de forme ne suit pas le gradient environnemental. À haute vélocité, un seuil apparaît qui induit le maintien de l'intégration des traits associés à la taille plus que l'intégration des traits associés à la forme. Les morphologies résultantes de la haute vélocité sont plus proches des morphologies induites par les faibles vélocités que celles des vélocités intermédiaires. Ceci suggère une réponse spécifique de la plasticité développementale au cours du développement aux conditions de vélocités afin de mieux coordonner à des moments critiques du développement les modifications de taille et de forme de l'organisme avec les exigences fonctionnelles imposées par l'environnement. Le second volet avait pour objectif de vérifier que l'augmentation de la vélocité du courant induisait de la plasticité dans le développement des cartilages et des os au sein des nageoires médianes chez l'Omble chevalier. Cette étude est la première à montrer expérimentalement que: (1) l'augmentation de la vélocité du courant induit de la plasticité développementale de l'endosquelette des nageoires médianes; (2) la formation des cartilages est moins affectée par l'augmentation de la vélocité du courant que leur ossification. En effet, la plupart des éléments s'ossifient à des tailles de spécimens plus petites plus la vélocité du courant augmente, et ce, pour les trois nageoires; et (3) les trajectoires de mise en place des cartilages et des os révèlent des périodes développementales de réponses synchrones entre les nageoires. Ces résultats suggèrent une plus grande plasticité développementale de l'ossification que de la chondrification. Cette plasticité est vraisemblablement associée à une plus grande influence épigénétique des contraintes mécaniques sur les os que sur les cartilages et/ou au fait que les structures déjà présentes ont moins de temps pour répondre aux traitements. D'autre part, il est suggéré que le synchronisme de la formation des cartilages et des os au sein des trois nageoires se fait en association avec des transitions de périodes ontogénétiques (embryon versus alevin, alevin versus juvénile). Ce synchronisme est potentiellement adaptatif du point de vue fonctionnel. Le troisième volet avait pour objectif d'étudier plus spécifiquement le développement du squelette caudal et d'analyser la variation induite ou non par la vélocité du courant dans un contexte évolutif. Les résultats de ce chapitre montrent l'existence chez les Salmonidae d'éléments squelettiques jamais ou rarement décrits. Contrairement à la condition généralement observée chez ce clade, sept hypuraux (au lieu de six) ainsi que quatre uroneuraux (au lieu de trois) ont été trouvés chez plusieurs spécimens. Les variations en nombre des éléments squelettiques ont permis de reconsidérer de précédentes hypothèses ayant trait à : (1) l'interrelation entre corps vertébraux et les éléments qui leur ont été supposément associés; (2) la distribution phylogénétique des états de caractère de ces éléments chez les Salmonidae; et (3) la réévaluation des homologies proposées dans la littérature. À l'aide d'hypothèses phylogénétiques précédemment publiées, il est suggéré que les éléments nouvellement observés (en particulier un septième hypural et un quatrième uroneural) représentent des atavismes taxiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : plasticité phénotypique, développement, morphologie, endosquelette des nageoires, Salmonidae.

Grâce à la forte association entre la nage et l'utilisation d'habitat chez les poissons, la morphologie influence davantage le mouvement comparativement à d'autres groupes d'organisme. Toutefois, malgré le nombre grandissant d'études qui explorent le comportement de déplacement chez les poissons et la morphologie individuelle, cette étude est la première, à notre connaissance, qui relie ces deux aspects du phénotype. Nous avons suivi le déplacement d'une communauté de poissons d'une rivière de la région des Laurentides (QC, Canada) durant 16 semaines à l'aide d'étiquettes à transpondeurs passifs intégrés (PIT tags). Sur une distance de 1 km, différentes sections correspondant à différents microhabitats (rapides, fosses, coulées) ont été visitées chaque semaine afin de tracer le parcours hebdomadaire de chaque individu marqué de plusieurs espèces de poissons. L'hétérogénéité d'habitat que l'on observe en rivières permet l'évaluation du lien entre l'adaptation aux conditions locales, la variation phénotypique au niveau interindividuelle ainsi que le comportement de déplacement. Les fluctuations temporelles de température et de niveau d'eau ont aussi été mesurées sur une base horaire grâce à l'emploi d'enregistreurs de donnés placés le long du tronçon de la rivière. Les populations observées ont toutes présenté une diversité de comportement de déplacement, soit stationnaires, mobiles ou émigrant. Malgré les grandes fluctuations environnementales durant l'été, seulement une petite partie des individus marqués se sont déplacés, ce qui suggère que la dynamique environnementale n'agit pas en tant que déclencheur au mouvement. De plus, toutes les espèces ont présenté des différences morphologiques selon leur préférence d'habitat et le type de comportement de déplacement adopté. Selon ce dernier facteur, les différences étaient constantes puisque les individus provenant de différentes espèces convergeaient à travers plusieurs aspects de leur morphologie. Nos résultats supportent l'hypothèse de l'hétérogénéité de la population, qui attribue la présence de deux sous-groupes phénotypiquement distincts à l'intérieur d'une population. Les futures recherches devront se consacrer à comprendre comment ce polymorphisme est maintenu au sein des populations et son implication à l'évolution et à la coexistence des espèces. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Communautés de poissons, mouvement, morphologie, comportement de déplacement, individu, PIT tags, dynamique de l'habitat, ruisseaux.

Early anthropological examination of Neandertal skeletal material by Marcellin Boule gave rise to popular images of Neandertals as brutish, ape-like creatures who walked hunched over with bent knees and a shuffling gait. Today, it is generally thought that Neandertals moved in a similar manner to humans with locomotive patterns within human ranges of variation and a bipedal gait likely to be indistinguishable from that of modern humans However, this hypothesis has not been tested by using the Neandertal skeleton as a whole. There is no complete Neandertal skeleton in the fossil record. The aim of this thesis was to reconstruct a complete virtual skeleton of a Neandertal based on the Spy II remains for educational museology purposes and for biomechanical analysis. Comparative analyses of Neandertal and modern human bones (pelvis, femur, rib) using different reference populations from Belgium were also undertaken. These studies were performed with a view to further understanding Neandertal bone morphology in comparison to modern humans, to assist in the reconstruction of the Neandertal Spy II skeleton and to aid in biomechanical analysis. A study on the sex determination of the pelves showed that there was no difference between physical linear measurements and virtual measurements, which was an important validation. The lhpFusionBox musculoskeletal software, which was developed at ULB, was used to scale available Neandertal and modern human bones to reconstruct the skeleton. Previous methods in the literature have only scaled bones of the same nature. A novel and validated scaling method was used to scale the Kebara 2 pelvis to the dimensions of the Spy II femur (as Spy II only has a small piece of sacrum) via the Neandertal 1 femur and pelvis. The reconstruction of a complete Neandertal skeleton based on the Spy II remains enabled the validation of individual reconstructions of bones, reconstructed long bones to be compared together with other limb proportions of Neandertals, stature estimation to be performed, and questions to be asked on previous attributions of bones to Spy II. The thoracic shape of Neandertals has previously been subject to much debate with many authors stating that it would have been markedly different from modern humans. This thesis created a Neandertal thorax with assistance from rib and thoracic experts from different domains using the Kebara 2 remains. One reconstruction was found to have a similar shape to modern humans and the other a markedly different shape, highlighting difficulties in thoracic reconstruction of fossil hominids.The full scale Neandertal skeleton has been printed in 3D and used in RBINS and other Museums in Europe as a reference for the Neandertal Skeleton in permanent gallery exhibitions. This skeleton is also used as the base for Neandertal hyper-realistic artistic reconstructions based on scientific evidence by the artists, the Kennis brothers which are in the Centre d'Interprétation de l'Homme de Spy, the National History Museum, London and other museums around the world. The reconstruction of a complete lower limb also allowed biomechanical studies. The various biomechanical studies have looked at what happens when you fuse the motion of a living modern human to Neandertal bones. We cannot say that the Neandertal would have walked or squatted similar to the volunteers in the studies but we can say that the morphology of their bones would have enabled them to walk or squat in this way. All the moment arms of the major muscles of the hip and knee were analysed and it was demonstrated that the Neandertal models largely had greater muscle moment arms than the AMH models meaning Neandertals could have had a significant mechanical advantage over modern humans. These studies demonstrate Neandertal postcranial morphology can be different to modern humans although certain aspects may be more similar than previously thought. / Historiquement, le travaux de Marcellin Boule ont donné lieu à des représentations populaires de Néandertaliens vus comme des créatures simiesques bestiales qui se déplaçaient courbés avec des genoux pliés en traînant les pieds. Aujourd'hui, il est généralement admis que les Néandertaliens se déplaçaient d'une manière similaire à l'homme moderne avec une locomotion bipède. Toutefois, cette hypothèse n'a pas été encore testée sur un squelette néandertalien dans son ensemble. Comme il n’existe aucun squelette de Néandertalien entier, le but de cette thèse était de reconstituer un squelette virtuel complet sur la base des restes de Spy II à des fins éducatives de muséologie et pour l'analyse biomécanique.Des analyses comparatives d’os de Néandertalien et d’humains modernes (bassin, fémur, côtes) en utilisant diverses populations de référence de Belgique ont également été menées. Ces études ont été réalisées en vue de comprendre la morphologie néandertalienne, pour aider à la reconstruction du squelette Spy II et à l'analyse biomécanique. Une étude sur la détermination du sexe à partir des pelvis a montré qu'il n'y avait pas de différence entre les mesures linéaires physiques et les mesures virtuelles, ce qui était une validation importante.Le logiciel musculosquelettique lhpFusionBox, développé à l'ULB, a été utilisé pour reconstruire le squelette. Un nouveau procédé de mise à l'échelle validé a été utilisé pour mettre à l'échelle le bassin de Kebara 2 aux dimensions du fémur de Spy II (comme Spy II ne possède qu’un petit fragment de sacrum) via le fémur et le bassin de Neandertal 1. La reconstruction d'un squelette complet de Néandertalien a apporté de nouvelles connaissances sur cette espèce dans différents domaines. Elle a permis la validation des reconstructions individuelles des os, de comparer les os longs reconstruits avec d'autres proportions des membres de Néandertaliens, de faire une estimation de stature, et de reconsidérer les attributions antérieures d'os à Spy II. La forme thoracique des Néandertaliens a déjà fait l'objet de nombreux débats. Cette reconstruction de Spy II, creé avec l'aide des experts utilisant les restes de Kebara 2, montre deux formes de reconstruction differentes, et indique les difficultés de la reconstruction thoracique des fossiles. Le squelette virtuel complet a été imprimé en 3D et utilisé par l’IRSNB et d'autres musées en Europe comme une référence de squelette néandertalien. Ce squelette a également été utilisé comme base pour les reconstructions artistiques hyper-réalistes de Néandertaliens, basées sur des données scientifiques, par les artistes Kennis et sont présentés dans les musées du monde entier. La reconstruction d'un membre inférieur complet a également permis des études biomécaniques. Ces dernières ont étudié la fusion du mouvement d'un homme moderne actuel avec des os néandertaliens. On ne peut pas se prononcer si le Néandertalien marchait ou s’accroupissait de manière similaire aux hommes modernes, mais on peut affirmer que leur morphologie osseuse leur permettait de marcher ou de s’accroupir de cette façon. Tous les bras de levier des principaux muscles de la hanche et du genou ont été analysés et il a été démontré que les Néandertaliens avaient les bras de levier plus grand que le modèle homme moderne signifiant Néandertaliens auraient eu un avantage mécanique important. Cette études démontre que des aspects de la morphologie postcrânienne néandertalienne soient différents, bien que certains d’entre eux soient plus semblables aux humains modernes qu'on ne le pensait. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished