Ajustements phénotypiques en réponse aux contraintes associées à l'hiver, la migration et la reproduction chez le plectrophane des neiges

Les organismes sont confrontés à de multiples contraintes environnementales auxquelles ils peuvent répondre par des ajustements phénotypiques menant potentiellement à des compromis physiologiques. Contrairement aux espèces vivant uniquement en milieux tempérés, les mécanismes sous-jacents aux ajustements phénotypiques des espèces confrontées au froid la majeure partie de l’année sont encore mal compris. Ma thèse porte sur les ajustements phénotypiques du plectrophane des neiges (Plectrophenax nivalis), un passereau migrateur qui hiverne en zone tempérée (entre 40° et 60°N) et migre au printemps vers les régions arctiques pour se reproduire. Plus particulièrement, je me suis intéressée aux variations de composition corporelle (masse corporelle, lipidique et maigre, épaisseur des muscles pectoraux), de capacité de transport de l’oxygène (hématocrite) et de performance métabolique (coûts de maintenance physiologiques – BMR et de capacité thermogénique – Msum) au cours de l’hiver, de la migration et de la reproduction. Pour cela, j’ai effectué de 2013 à 2019, des mesures (1) sur des individus maintenus captifs en volière extérieure à Rimouski (QC, 48°N), (2) sur des individus capturés sur leur aire d’hivernage à Rimouski et (3) à l’extrême nord de leur aire de reproduction, à Alert au Nunavut (82°N). Dans le chapitre 1, j’ai étudié les ajustements phénotypiques hivernaux des plectrophanes maintenus captifs en zone tempérée. L’objectif était de déterminer si le patron d’ajustements de cette espèce associée au froid la majeure partie de sa vie se conformait à celui des espèces résidentes aux mêmes latitudes. Les augmentations de masse corporelle et lipidique, d’épaisseur des muscles pectoraux, d’hématocrite et de Msum observées entre l’été et l’hiver suggèrent que la flexibilité phénotypique des traits associés à l’acclimatation thermique chez les espèces nordiques est comparable à celle des passereaux résidents des zones tempérées et donc que ces ajustements ne sont pas contraints par la vie dans un environnement froid. Toutefois, le déclin de masse maigre et la stabilité du BMR observés au cours de l'hiver suggèrent que les plectrophanes peuvent aussi minimiser les coûts énergétiques de la vie en milieux froids. Au chapitre 2, j’ai analysé les patrons d’ajustements phénotypiques de plectrophanes maintenus captifs au cours des périodes correspondant à la migration et la reproduction et je les ai comparées au phénotype hivernal. L’objectif était de voir si et par quel mécanisme, les traits associés à l’acclimatation au froid hivernal pouvaient être transférés aux stades ultérieurs du cycle annuel. Les résultats montrent que, bien que la masse corporelle, la masse lipidique et le BMR augmentent pour la migration, les traits liés à l’endurance au froid ne changent pas en parallèle puisqu’ils sont déjà élevés à la sortie de l’hiver. Il s’agit de la première démonstration directe que des traits phénotypiques associés à l’acclimatation hivernale peuvent se transférer au phénotype migratoire et même se maintenir en période de reproduction. Au travers du chapitre 3, j’ai comparé le phénotype de plectrophanes capturés en milieu naturel en hiver à Rimouski et en pré-reproduction à Alert. L’objectif était de déterminer si l’endurance au froid et les traits associés pouvaient se maintenir à un niveau hivernal durant la migration et la pré-reproduction. Les résultats indiquent que malgré un déclin d’épaisseur des muscles et d’hématocrite, l'endurance au froid et les réserves énergétiques étaient maintenues. Ces résultats confirment l’hypothèse selon laquelle les espèces migratrices spécialistes du froid pourraient maintenir leur endurance au froid à un niveau hivernal jusqu’à la pré-reproduction. Enfin dans le chapitre 4, j’ai examiné l'évolution du phénotype entre la période de pré-reproduction et d'approvisionnement des oisillons à Alert afin de déterminer comment la transition entre les stades de vie sur les aires de reproduction, en interaction avec les conditions thermiques printanières, pouvait influencer l’endurance au froid. Les résultats montrent que les plectrophanes maintiennent une capacité thermogénique élevée tant que les températures demeurent inférieures à 0-2°C, qu'ils se reproduisent activement ou non. Ces observations suggèrent donc que les plectrophanes subissent probablement un double coût physiologique à la fin du printemps, lorsque les activités de reproduction (c.-à-d., production et incubation des oeufs) commencent alors que les températures sont encore inférieures à 0-2°C. De manière générale, cette étude démontre que les mécanismes d’acclimatation thermique établis jusqu’à maintenant ne sont pas tous généralisables aux espèces arctiques. Elle constitue donc un point de référence pour de futures recherches comparatives.
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\nMOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Flexibilité phénotypique, Acclimatation au froid, Migration, Taux métabolique de base, Capacité thermogénique maximale, Composition corporelle, Effets reportés, Oiseaux arctiques

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