Mammalian reproduction strategies and calcium isotopes : modern evidence and deep-time perspectives
Stratégies de reproduction mammaliennes et isotopie du calcium : témoins actuels et perspectives fossiles
Résumé
The ability to produce milk (i.e. the lactation) is a trait shared by all current mammal species. This ability is fundamental for juvenile development and is an important factor for determining the range of ecologies and reproductive strategies adopted by mammals. However, it is difficult to explore the temporal and evolutionary origins of this trait based on conventional methods and available fossil evidences. In this thesis, I explored the possibilities offered by the isotopic compositions of the calcium (Ca) that is contained in the mineral structure of bones and teeth. Several studies published prior this thesis suggest that Ca isotopic compositions (notably 44Ca and 42Ca) of mineralized tissues can be affect by milk production and consumption. Besides, other studies suggest that in vivo enamel Ca isotopic composition can be preserved in fossilized enamel and can provide information about the ecology and physiology of extinct species. However, the effect of milk consumption and production on these isotopic compositions were documented for a few species only. Besides, the involvement of lactation on these isotopic changes was still poorly described. It was thus necessary to expend the spectrum of mammal species among which these isotopic changes were documented, and to identify more precisely the physiologic causes behind these changes. To investigate these questions, I realized a temporal monitoring of body Ca isotopic compositions in a population of female domestic pigs (Sus scrofa domesticus) over a full reproductive cycle. I then compared these experimental data with data obtained from computer assisted modeling, in order to identify the physiological factors that generated the isotopic changes observed experimentally. I also studied the Ca isotopic compositions of mineralized tissues from modern mammal populations of red deer (Cervus elaphus), house mouth (Mus musculus), tammar wallaby (Macropus eugenii), short-beaked echidna (Tachyglossus aculeatus) and platypus (Ornithorhynchus anatinus), as well as a fossil population of reindeer (Rangifer tarandus). These studies outline the major role of lactation in the generation of inter-sexual differences of Ca isotopic compositions in mammalian mineralized tissues, and document the heterogeneity of these differences at the scale of placental, marsupial and monotreme mammals. The results presented in this thesis clarify some aspects of the body Ca isotopic cycle of mammals, and provide new perspectives to explore the evolutionary history of lactation. Moreover, these results also provide interesting perspectives in biomedical and paleo-ecological fields.
La capacité à produire du lait (i.e. la lactation) est un trait partagé par toutes les espèces de mammifères actuelles. Cette capacité est capitale pour le développement des juvéniles et constitue un facteur déterminant de l’écologie et des stratégies de reproduction des espèces mammaliennes. Toutefois, sur la base des méthodes conventionnelles et des indices fossiles disponibles, il est difficile d’ancrer évolutivement et temporellement l’origine précise de la lactation et de ses fonctions biologiques. Dans la présente thèse, j’ai exploré les possibilités offertes par l’étude des isotopes du calcium (Ca) contenus dans la structure minérale des os et des dents. Plusieurs études publiées en amont de cette thèse suggèrent que la composition en isotopes stables du Ca des tissus minéralisés (44Ca et 42Ca notamment) est susceptible d’être modifiée par la consommation et la production de lait. Par ailleurs, d’autres publications suggèrent que la composition isotopique du Ca de l’émail dentaire est capable de se préserver dans l’émail fossilisé et de fournir des informations sur l’écologie et la physiologie d’espèces disparues. Toutefois, les effets de la consommation et de la production de lait sur ces compositions isotopiques étaient jusqu’ici documentés chez une poignée d’espèces seulement. En outre, des doutes planaient encore sur la responsabilité réelle de la lactation sur certains de ces changements isotopiques. Il était donc nécessaire d’étendre le spectre des mammifères chez qui ces changements isotopiques étaient documentés et d’identifier plus précisément les causes physiologiques derrière ces changements. Pour investiguer ces questions, j’ai réalisé un suivi temporel des compositions isotopiques du Ca organique d’une population de cochons domestiques (Sus scrofa domesticus) durant un cycle de reproduction complet. J’ai ensuite comparé ces données expérimentales avec des données de modélisations permettant d’identifier les facteurs en jeu dans les variations de compositions isotopiques observées expérimentalement. J’ai également étudié les compositions isotopiques du Ca des tissus minéralisés de différentes populations de mammifères actuels comprenant des cerfs élaphes (Cervus elaphus), des souris grises (Mus musculus), des tammar wallabys (Macropus eugenii), des échidnés à nez court (Tachyglossus aculeatus) et des ornithorynques (Ornithorhynchus anatinus), ainsi qu’une population de rennes fossiles (Rangifer tarandus). Les résultats de ces études soulignent le rôle majeur de la lactation dans l’apparition de différences inter-sexes de compositions isotopiques du Ca des tissus minéralisés, et ont permis de documenter l’hétérogénéité de ces différences isotopiques à l’échelle des mammifères placentaires, des marsupiaux et des monotrèmes. Les résultats obtenus au cours de cette thèse permettent des avancées importantes dans la compréhension du cycle isotopique du Ca chez les mammifères, et offrent de nouvelles perspectives pour explorer l’histoire évolutive de la lactation. En outre, ces résultats offrent aussi des perspectives intéressantes dans les domaines du biomédical et de la paléoécologie.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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