Evolution des circuits neuronaux sous-jacents à la locomotion chez des espèces de vertébrés proches

par Gokul Rajan

Projet de thèse en Neurosciences

Sous la direction de Filippo Del bene.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Cerveau, cognition, comportement , en partenariat avec Génétique et biologie du développement (laboratoire) et de Institut Curie (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 12-10-2016 .


  • Résumé

    L'évolution des circuits neuronaux est à la base de l'évolution des comportements et est ajustée pour optimiser la survie dans diverses niches écologiques. En particulier, la locomotion est adaptée aux contraintes environnementales des animaux. Nous avons développé une approche pour comprendre comment les circuits neuronaux sous-jacents à la locomotion divergent dans la nature en comparant les larves de deux espèces étroitement apparentées occupant des environnements similaires, présentant des comportements de nage différents: le modèle génétique classique Danio rerio translucida (DT). Nous montrons que DT nage avec deux vagues de courbure sur le corps, transmettant le pouvoir à l'eau sur toute leur longueur. Au contraire, DR avec un pédoncule caudal et une lame de queue élancés et étroits nage avec une seule onde sur le corps, ce qui conduit à une génération de poussée principalement au niveau de la queue. Par rapport à la nage rapide et rapide des larves de DR, les larves de DT utilisent des fréquences de battement de queue plus basses pour exécuter des épisodes de nage plus lents mais plus longs avec une «rafale continue». Ici, nous posons deux questions - malgré leur proximité phylogénétique et leur répartition géographique similaire, comment et pourquoi DT et DR nagent-ils différemment? Nous utilisons des injections de colorants, des transgéniques et des hybridations in situ pour explorer l'anatomie et la physiologie des circuits du cerveau postérieur et de la colonne vertébrale chez les deux espèces. Nous suggérons également que les épisodes plus lents mais plus longs de DT ont émergé alors qu'ils rencontraient des débits faibles en tant qu'homme de fond. Nous testons ce comportement en évaluant la préférence de profondeur des larves DT et DR. Au total, ce travail devrait fournir une vue complète de l'organisation de base sous-jacente à l'activité des muscles oscillatoires et des différences de propriétés de propagation et de puissance du réseau.

  • Titre traduit

    Evolution of neuronal circuits underlying locomotion in closely-related vertebrate species


  • Résumé

    Evolution of neuronal circuits underlie evolution of behaviors and are tuned to optimize survival in diverse ecological niches. Particularly, locomotion is adapted to the environmental constraints of animals. We developed an approach to understand how neuronal circuits underlying locomotion diverge in nature by comparing larvae of two closely-related species occupying similar environments, exhibiting different swimming behaviors – the classical genetic model organism Danio rerio (DR) and the closely-related emerging model Danionella translucida (DT). We show that DT swim with two waves of curvature on the body, transmitting power to the water along their whole length. Contrariwise, DR with a narrow, streamlined caudal peduncle and tailblade, swim with only one wave on the body, leading to thrust generation mainly at the tail. Compared to the fast and short ‘burst-and-glide' swimming of DR larvae, DT larvae utilize lower tail-beat frequencies to execute slower yet longer swim bouts with a ‘continuous-burst'. Here we ask two questions – despite their phylogenetic proximity and similar geographic distribution, how and why do DT and DR swim differently? We use dye injections, transgenics and in-situ hybridization to explore the anatomy and physiology of hindbrain and spinal circuits in both species. We also suggest that DT's slower yet longer bouts emerged as it encounters low stream flow-rates as a bottom-dweller. We test this behaviorally by evaluating depth preference of DT and DR larvae. Altogether, this work should provide a comprehensive view of the core organisation underlying oscillatory muscle activity and the differences in propagation and power properties of the network.