Faculté des sciences

Experimental Evolutionary Biology of Learning in “drosophila melanogaster”

Mery, Frederic ; Kawecki, Tadeusz (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Fribourg : 2003 ; 1403.

La plupart des animaux, invertébrés inclus, ont la capacité de modifier leur comportement à la suite d'expériences, ils sont capables d'apprendre. Leur capacité d'apprentissage est elle-même un produit de l'évolution et le degré de modification d'un comportement par l'apprentissage varie selon les espèces et selon le comportement considéré. Pour un biologiste de l'évolution ceci... Plus

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    Résumé
    La plupart des animaux, invertébrés inclus, ont la capacité de modifier leur comportement à la suite d'expériences, ils sont capables d'apprendre. Leur capacité d'apprentissage est elle-même un produit de l'évolution et le degré de modification d'un comportement par l'apprentissage varie selon les espèces et selon le comportement considéré. Pour un biologiste de l'évolution ceci soulève la question des conditions sous lesquelles les capacités d'apprentissage devraient évoluer. La façon selon laquelle la sélection naturelle favorise l'évolution des capacités d'apprentissage doit dépendre de la balance entre coûts et bénéfices liés à cette capacité. L'argument général est que l'apprentissage devrait être favorisé dans des environnements à fortes variations temporelles ou spatiales. En revanche, l'existence de coûts constitutifs ou induits pouvant contrecarrer cet avantage a été plusieurs fois postulé. Le thème général de cette thèse est l'étude des conditions environnementales sous lesquelles les capacités d'apprentissage devraient évoluer, des coûts et bénéfices associés à ces capacités et de l'impact de l'apprentissage dans l'évolution de la base innée du comportement. Afin de répondre à ces questions j'ai réalisé des expériences sur Drosophila melanogaster. Grâce à une approche d'évolution expérimentale j'ai sélectionné des drosophiles ayant une plus grande capacité d'apprentissage mettant ainsi en évidence la valeur adaptative de l'apprentissage en conditions environnementales variables. Cependant, ces drosophiles sélectionnées payent en retour un coût constitutif et un coût induit affectant leur fitness. Par un procédé similaire, je montre aussi que les capacités d'apprentissage peuvent évoluer dans un environnement constant et accélérer ou ralentir l'évolution des réponses innées. J'ai étudié cet effet en réalisant des simulations théoriques. En découplant le comportement en sa composante innée et sa composante acquise, ce travail met en évidence les conditions d'évolution de chaque composante ainsi que les interactions entre elles et la conséquence de ces interactions sur leur évolution respective.
    Summary
    Many animals, including small invertebrates, have the capacity to modify their behaviour based on experience - they can learn. The ability to learn is itself a product of evolution, and the degree to which a given behaviour is modified by learning varies among species and among different types of behaviour. For an evolutionary biologist this raises the question of the conditions under which learning ability should evolve. The extent to which natural selection favours investment in developing learning ability will depend on the balance between costs and benefits of learning. On the one hand, it has been proposed that learning should be advantageous when the environment is temporally or spatially variable. On the other hand, constitutive or induced costs of learning have been repeatedly postulated and may counter select its evolution. The general aim of this PhD is to understand under which environmental conditions learning ability should evolve, what are the costs of learning ability and how an opportunity to learn influences the evolution of innate behaviour. To address these questions I carried out experimental work with Drosophila melanogaster. Under an experimental evolution set-up, I selected flies with higher learning ability and showed the adaptive value of learning under variable environment. However, lines selected for improved learning abilities pay constitutive and induced fitness costs associated with increased learning ability. I also present experimental evidence that learning ability can evolve under constant environment and accelerates or slows down the evolution of innate response. I investigated this effect with mathematical simulations. By decoupling the behaviour into its innate and learned component, this work provides evidence about the condition of evolution of each component and the evolutionary interaction between them.