Urbanisation of natural habitats is rapidly intensifying and poses a potential global threat for wildlife. Thus, it is
important to explore its impact on wildlife in order to understand the present and future threats and how resilient
organisms are to them. Although many species decline in abundance or even disappear once an area is urbanised,
some species, populations and/or individuals are able to succeed in this new environment. Indeed, marked phenotypic
differences in behaviour, morphology and physiology have been demonstrated among species inhabiting urban
environments. In this thesis, using birds as model organisms, I investigate the role of urbanisation and the implications
of two important life-history traits; telomere dynamics and oxidative stress physiology. In addition, I studied the genomic
structure of multiple urban and natural/semi-natural populations of great tit (Parus major), a common urban-dwelling
species, in order to explore potential common signatures of selection and local adaptation to urban habitats.
Regarding telomere dynamics, the results show that urban environments inflict an early-life detrimental effect on
telomere length, probably through a combination of being exposed to multiple urban stressors and poorer diet. This
early-life effect on telomere length had implications for survival, with strong selection against short telomere length
individuals in the first year, especially in the urban environment. However, if the bird survives their first year, the urban
environment does not seem to affect the telomere shortening more than the rural environment. Possibly, some of the
urban factors such as supplementary feeding, higher temperatures or lower predation risk, may outweigh the costs of
being exposed to different stressors (e.g. air and noise pollution or artificial light at night).
With respect to oxidative stress physiology, we found that in four common urban passerine species, the plasma
antioxidant capacity was positively correlated with increases in urbanisation and air pollution intensity (i.e., NOx
exposure estimates). Although, their response to urbanisation/NOx was similar, there were significant differences
between the four species in absolute levels, suggesting different reaction norms to urbanisation/NOx or different
capacities in the up-regulation of the antioxidant physiology. Indeed, and despite the increase in the antioxidant
capacity, one of the species, the tree sparrow (Passer montanus), had increased levels of protein carbonyls (oxidative
damage biomarker), but only in relation to NOx exposure. This suggests that this species is more sensitive to pollution.
Furthermore, the latter result highlights the importance to study markers of oxidative stress across species and in the
same environments, in order to understand how urban environmental stress affects species differently.
Finally, our genomic analysis of multiple great tit urban populations reveals that despite the overall low genetic
differentiation, some loci diverged in relation to urbanisation. This implies that parallel evolution of a few key genes may
play an important role for adaption to the urban environment.
In summary, the results presented in this thesis shed light and offer new perspectives in the emerging field of urban
ecology, particularly for bird urban ecology, but also regarding life-history variation and the potential mechanisms
involved in shaping phenotypic traits to novel environmental stressors.
Intitulé de la thèse
L'urbanisation et les oiseaux: Aperçus d'un point de vue moléculaire et physiologique
L'urbanisation et les oiseaux: Aperçus d'un point de vue moléculaire et physiologique
Introduction à la thèse
Les zones urbaines ne font que se développer avec l'augmentation de la population humaine, transformant ainsi les paysages naturels. Certaines espèces sauvages comme les oiseaux arrivent à prospérer dans ce nouvelle environnement en s'adaptant à des niveaux de pollution élevés, de la nourriture en abondance et des températures plus chaudes. Cela se traduit souvent par un comportement différent par rapport aux espèces rurales, des modifications physiologiques et morphologiques. En plus de ces modifications du phénotype, il peut y en avoir dans le génotype et ce de manière rapide. Cette thèse a étudié quatre espèces d'oiseaux urbains sur:
-L’impact de l’environnement urbain sur la taille des télomères de la mésange charbonnière, pour en connaitre l'impact sur la durée de vie des individus.
-La réponse des oiseaux à la pollution atmosphérique en terme de stress oxydant, pouvant impacter leur état de santé.
-Et la comparaison des génomes de plusieurs populations urbaines et rurales d'Europe.
Les zones urbaines ne font que se développer avec l'augmentation de la population humaine, transformant ainsi les paysages naturels. Certaines espèces sauvages comme les oiseaux arrivent à prospérer dans ce nouvelle environnement en s'adaptant à des niveaux de pollution élevés, de la nourriture en abondance et des températures plus chaudes. Cela se traduit souvent par un comportement différent par rapport aux espèces rurales, des modifications physiologiques et morphologiques. En plus de ces modifications du phénotype, il peut y en avoir dans le génotype et ce de manière rapide. Cette thèse a étudié quatre espèces d'oiseaux urbains sur:
-L’impact de l’environnement urbain sur la taille des télomères de la mésange charbonnière, pour en connaitre l'impact sur la durée de vie des individus.
-La réponse des oiseaux à la pollution atmosphérique en terme de stress oxydant, pouvant impacter leur état de santé.
-Et la comparaison des génomes de plusieurs populations urbaines et rurales d'Europe.
Résumé et résultats de la thèse
L'étude a été menée dans la province de Scania en Suède, de la ville de Malmö à Vombs fure un habitat naturel.
Quatre espèces d'oiseaux ont été étudiés la mésange charbonnière, la mésange bleue eurasienne, le moineau domestique et le moineau arboricole d'eurasie.
La longueur des télomères a été mesurée dans les globules rouges, avec un rapport (nombre de copies répétées de télomères / nombre de copies de gène contrôle).
Cinq biomarqueurs au stress oxydant ont été utilisés. Trois sont des biomarqueurs antioxydants, la superoxyde dismutase et le glutathion total pour les globules rouges, et la capacité antioxydante totale pour le plasma. Deux sont des biomarqueurs de dommages oxydatifs, l'acide thiobarbiturique et les protéines carbonylées présent dans les globules rouges. Tous les échantillons ont été analysés en double, avec correction des valeurs.
Une base de données sur les émissions de polluant a été utilisé pour connaitre les niveaux horaires et hebdomadaires de d'oxyde d'azote dans l'air, pour chaque lieux d'étude. Un modèle a calculé les niveaux d'exposition à l'oxyde d'azote pour chaque lieux.
Cette thèse cherche à mieux comprendre l'impact du stress urbain (négatif ou positif) sur les espèces d'oiseaux et les potentiels adaptions physiologiques et génétiques qui en découlent, par rapport aux espèces rurales. Les environnements urbains et ruraux exercent des pressions de sélection différentielles sur la physiologie des oiseaux.
La longueur des télomères raccourcie avec l'âge et peuvent aussi être raccourcis par des effets liés au stress physiologique, donc par des stress environnementaux liés à l'urbanisation. En zones urbaines la longueur des télomères des oisillons est plus courte que dans les zones rurales. Ce raccourcissement peut être dû à une restriction alimentaire, en plus des autres facteurs de stress urbains.
Cependant malgré cette diminution des télomères, la longueur des télomères des adultes en milieu urbain est plus élevée quand milieu rural. En environnement urbain les individus ayant une faible longueur de télomères sont contre sélectionné, ils meurent dès la première année. A l'âge adulte, il n'y avait plus différence entre les environnements urbains et ruraux pour la longueur des télomères et n'a aucun lien avec le taux de survie. Il est possible que l'environnement urbain ne présente pas le même niveau de stress pour les oiseaux adultes que pour les oisillons.
L'urbanisation a tendance à augmenter le stress oxydatif chez les organismes. Il existe des différences de stress oxydatif entre les environnements urbains et ruraux, le degré d'urbanisation étant corrélé à la pollution atmosphérique causée par les oxydes d'azote. Les quatre espèces d'oiseaux de cette étude ont une même réponse de capacité antioxydante totale face aux niveaux de pollution à l'oxyde d'azote et le degré d'urbanisation. Les autres biomarqueurs antioxydants ne sont pas corrélés à l'exposition aux oxydes d'azote ou au degré d'urbanisation. Les biomarqueurs de dommages oxydatifs, sont corrélés au taux exposition d'oxyde d'azote mais pas au degré d'urbanisation. Les moineaux sont plus sensibles à l'exposition aux oxydes d'azote. La réponse au stress oxydatif dépend de l'espèce.
La comparaison des génomes de plusieurs populations urbaines et rurales d'Europe a montré une faible différenciation génétique entre ces populations, ce qui suggère que l'urbanisation n’empêche pas le flux de gènes entre les populations urbaines et rurales. Cependant, un grand nombre de locus du génome ont montré des différences de fréquence alléliques entre les zones urbaines et rurales. Ces populations sont génétiquement homogènes, avec des différences de fréquence alléliques, ce qui laisse supposer qu'il y a de la sélection naturelle causée par l'urbanisation.
L'étude a été menée dans la province de Scania en Suède, de la ville de Malmö à Vombs fure un habitat naturel.
Quatre espèces d'oiseaux ont été étudiés la mésange charbonnière, la mésange bleue eurasienne, le moineau domestique et le moineau arboricole d'eurasie.
La longueur des télomères a été mesurée dans les globules rouges, avec un rapport (nombre de copies répétées de télomères / nombre de copies de gène contrôle).
Cinq biomarqueurs au stress oxydant ont été utilisés. Trois sont des biomarqueurs antioxydants, la superoxyde dismutase et le glutathion total pour les globules rouges, et la capacité antioxydante totale pour le plasma. Deux sont des biomarqueurs de dommages oxydatifs, l'acide thiobarbiturique et les protéines carbonylées présent dans les globules rouges. Tous les échantillons ont été analysés en double, avec correction des valeurs.
Une base de données sur les émissions de polluant a été utilisé pour connaitre les niveaux horaires et hebdomadaires de d'oxyde d'azote dans l'air, pour chaque lieux d'étude. Un modèle a calculé les niveaux d'exposition à l'oxyde d'azote pour chaque lieux.
Cette thèse cherche à mieux comprendre l'impact du stress urbain (négatif ou positif) sur les espèces d'oiseaux et les potentiels adaptions physiologiques et génétiques qui en découlent, par rapport aux espèces rurales. Les environnements urbains et ruraux exercent des pressions de sélection différentielles sur la physiologie des oiseaux.
La longueur des télomères raccourcie avec l'âge et peuvent aussi être raccourcis par des effets liés au stress physiologique, donc par des stress environnementaux liés à l'urbanisation. En zones urbaines la longueur des télomères des oisillons est plus courte que dans les zones rurales. Ce raccourcissement peut être dû à une restriction alimentaire, en plus des autres facteurs de stress urbains.
Cependant malgré cette diminution des télomères, la longueur des télomères des adultes en milieu urbain est plus élevée quand milieu rural. En environnement urbain les individus ayant une faible longueur de télomères sont contre sélectionné, ils meurent dès la première année. A l'âge adulte, il n'y avait plus différence entre les environnements urbains et ruraux pour la longueur des télomères et n'a aucun lien avec le taux de survie. Il est possible que l'environnement urbain ne présente pas le même niveau de stress pour les oiseaux adultes que pour les oisillons.
L'urbanisation a tendance à augmenter le stress oxydatif chez les organismes. Il existe des différences de stress oxydatif entre les environnements urbains et ruraux, le degré d'urbanisation étant corrélé à la pollution atmosphérique causée par les oxydes d'azote. Les quatre espèces d'oiseaux de cette étude ont une même réponse de capacité antioxydante totale face aux niveaux de pollution à l'oxyde d'azote et le degré d'urbanisation. Les autres biomarqueurs antioxydants ne sont pas corrélés à l'exposition aux oxydes d'azote ou au degré d'urbanisation. Les biomarqueurs de dommages oxydatifs, sont corrélés au taux exposition d'oxyde d'azote mais pas au degré d'urbanisation. Les moineaux sont plus sensibles à l'exposition aux oxydes d'azote. La réponse au stress oxydatif dépend de l'espèce.
La comparaison des génomes de plusieurs populations urbaines et rurales d'Europe a montré une faible différenciation génétique entre ces populations, ce qui suggère que l'urbanisation n’empêche pas le flux de gènes entre les populations urbaines et rurales. Cependant, un grand nombre de locus du génome ont montré des différences de fréquence alléliques entre les zones urbaines et rurales. Ces populations sont génétiquement homogènes, avec des différences de fréquence alléliques, ce qui laisse supposer qu'il y a de la sélection naturelle causée par l'urbanisation.
Rigueur de la thèse
La thèse de mentionne jamais comment ont été prélevés/obtenus les échantillons d'ADN pour l'analyse génétique des populations d'Europe, ni comment cette analyse a été réalisée.
La thèse de mentionne jamais comment ont été prélevés/obtenus les échantillons d'ADN pour l'analyse génétique des populations d'Europe, ni comment cette analyse a été réalisée.
Ce que cette thèse apporte au débat
Les villes peuvent avoir un effet négatif aux niveaux moléculaires, physiologiques et écologiques sur les jeunes oiseaux, elles peuvent entraîner une sélection très forte sur les individus favorisant ainsi certains phénotypes et créent des pressions de sélection différentielles entre les environnements urbains et ruraux. Les villes augmentent le taux de stress oxydatif chez les animaux causé par la pollution, auquel ils doivent s'adapter, ces adaptions sont propres à chaque espèce, mais l'on ne sait toujours pas si elles sont dues à une plasticité adaptative ou à une adaptation par modification phénétique ou génomique. Contrairement à d'autres espèces étudiées, le flux de gènes entre les populations d’oiseaux urbaines et rurales est continu, avec des différences de fréquence alléliques entre ces populations confirmant la présence de sélection naturelle causée par l'urbanisation ,et des divergences phénotypiques et génétiques entre ces populations d'oiseaux urbaines et rurales.
Les villes peuvent avoir un effet négatif aux niveaux moléculaires, physiologiques et écologiques sur les jeunes oiseaux, elles peuvent entraîner une sélection très forte sur les individus favorisant ainsi certains phénotypes et créent des pressions de sélection différentielles entre les environnements urbains et ruraux. Les villes augmentent le taux de stress oxydatif chez les animaux causé par la pollution, auquel ils doivent s'adapter, ces adaptions sont propres à chaque espèce, mais l'on ne sait toujours pas si elles sont dues à une plasticité adaptative ou à une adaptation par modification phénétique ou génomique. Contrairement à d'autres espèces étudiées, le flux de gènes entre les populations d’oiseaux urbaines et rurales est continu, avec des différences de fréquence alléliques entre ces populations confirmant la présence de sélection naturelle causée par l'urbanisation ,et des divergences phénotypiques et génétiques entre ces populations d'oiseaux urbaines et rurales.
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