Histoire des Arvicolinae (Mammalia, Rodentia) au cours des changements climatiques du Quaternaire : évolution phénotypique, génétique et développementale

par Elodie Renvoisé

Thèse de doctorat en Paléontologie

Sous la direction de Sophie Montuire et de Christelle Tougard.

Soutenue en 2009

à Dijon .


  • Résumé

    Les Arvicolinae, campagnols, lemmings et rats musqués sont apparus en Europe et en Asie il y a environ 5-6 millions d’années. Ils ont connu une radiation explosive vers 2 Ma, coïncidant avec la mise en place des cycles glaciaires/interglaciaires du début du Quaternaire. Des études antérieures ont montré que le phénotype dentaire des campagnols actuels et fossiles et la structuration génétique des populations pouvaient être liés au climat. A partir de ces études plusieurs questions ont été posées : Existe-t-il véritablement un lien entre les réponses phénotypique et génétique et les variations du climat actuel ? Quelle peut être l’influence des facteurs internes (développement) dans la mise en place de la radiation des campagnols ? Peut-on confirmer les hypothèses de mise en place de la structuration génétique au cours du Quaternaire par l'étude de la paléogénétique chez les campagnols ? Nos études se sont focalisées en particulier sur le campagnol des champs (Microtus arvalis) car cette espèce est très répandue actuellement en Europe et elle est très présente dans le registre fossile depuis environ 470 000 ans. Chez les populations françaises actuelles de M. Arvalis, la structuration morphologique de la première molaire inférieure est significativement corrélée au climat, notamment la température. De plus, la structuration génétique des populations est corrélée significativement à leur distribution géographique, elle-même dépendante du climat. Les mécanismes développementaux permettent de comprendre l'organisation des molaires au sein de la rangée dentaire. Nous avons montré que chaque molaire constituait un module développemental reflétant les mécanismes du développement sous-jacents. En outre, nous avons proposé un modèle de développement permettant de caractériser l’allongement important de la première molaire inférieure chez les campagnols. L'évolution du développement dentaire suggère une mise en place unique et brutale de cet allongement au moment de la deuxième radiation des campagnols, lors de l'installation des cycles glaciaires de la fin du Pliocène. L’étude de la paléogénétique chez les petits mammifères constitue aujourd’hui un véritable challenge, car les possibilités de préservation de l'ADN au-delà de 12 000 ans semblent limitées. Nous avons pu montrer que l’ADN des mandibules de pelotes de rejection était dégradé lors de la digestion par les rapaces. Cette dégradation, antérieure à la fossilisation dans les sites de grottes, peutêtre à l'origine de la préservation difficile de l’ADN chez les petits mammifères. Ainsi, l'étude couplée de la morphométrie, de la modularité, de l'Evo-Dévo et de la paléogénétique peut permettre de comprendre les interactions entre échelles macro- et micro-évolutives influant sur la mise en place des radiations au cours des changements climatiques passés.

  • Titre traduit

    Arvicoline history (Mammalia, Rodentia) through climate change of Quaternary : phenotypic, genetic and developmental evolution


  • Résumé

    Arvicolinae, voles, lemmings and muskrats appeared in Europe and Asia 5-6 million years ago. An explosive radiation was registered for this sub-family around 2 My at the onset of the Quaternary glacial/interglacial cycles. Anterior studies have demonstrated that the dental phenotype of modern and fossil voles and the genetic structuring are potentially related to climate changes. Therefore, several questions can be asked: Are the phenotypic and genetic response link to climate variation? What is the influence of internal factors (development) in the vole radiation? Can the hypotheses on vole genetic structuring during Quaternary be confirmed by paleogenetic studies? Our studies were particularly focused on the common vole (Microtus arvalis). This species is currently widespread all over Europe and has been present in the fossil record for about 470 000 years. On Recent French populations of M. Arvalis, we have demonstrated that the morphological structuring of the first lower molar is significantly correlated with climate, in particular, to temperature. In addition, the genetic structuring of vole populations is significantly correlated with their geographical distribution, which also depends on climate. Developmental mechanisms can explain the molar organization inside the dental row. We have shown that each molar is a single developmental module, which reflects the underlying developmental mechanisms. Moreover, we have characterized the great elongation of the vole first lower molar by establishing a new developmental model. The evolution of dental development suggests that this elongation was unique and sudden in the vole radiation, at the onset of the upper Pliocene glacial cycles. Paleogenetic studies in small mammals is nowadays a true challenge as the DNA preservation potentialities over 12 000 years seems to be limited. We have highlighted that DNA of owl pellet mandibles is degraded during rapacious digestion. Consequently, we have hypothesized that this degradation, anterior to the fossilization in cave sites, might be responsible of the low preservation of DNA in small mammals. Thus, morphometry, modularity, Evo-Devo and paleogenetic studies can improve our knowledge in macro- and micro-evolution relationships involved in the radiation settings during past climate changes.

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Informations

  • Détails : 1 vol.(253 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 191-208, [206] réf.

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  • Bibliothèque : Université de Bourgogne. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TDDIJON/2009/11
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