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THESE
Pourl’obtentionduGradede
DOCTEURDEL’UNIVERSITEDEPOITIERS
(FacultédesSciencesFondamentalesetAppliquées)
(DiplômeNationalArrêtédu7août2006)
EcoleDoctorale:Sciencespourl’EnvironnementGayLussac.
SecteurdeRecherche:Physiologie,biologiedesorganismes,populations,interactions
Présentéepar:
SophieLORIOUX
************************
INFLUENCES ENVIRONNEMENTALES PRECOCES ET REGULATION
MATERNELLE DU DEVELOPPEMENT : IMPLICATIONS ECOLOGIQUES ET
EVOLUTIVES CHEZ DEUX ESPECES DE SQUAMATES
************************
Directeur de Thèse : Olivier LOURDAIS (CR1)
************************
Soutenue le 24 Octobre 2011
devant la Commission d’Examen
************************
JURY
FrédéricGRANDJEAN,Professeur,UniversitédePoitiers Président
BenoitHEULIN,ChargédeRecherche,UniversitédeRennes1Rapporteur
SandrineMEYLAN,MaitredeConférenceRapporteur
TaharSLIMANI,Professeur,UniversitédeMarrackech,MarocExaminateur
OlivierLOURDAIS,ChargédeRecherche,CEBCCNRSDirecteurdeThèse
XavierBONNET,DirecteurdeRecherche,CEBCCNRSCodirecteur

Remerciements
Voicivenuletempsd’accoucherd’unlongtravail…etderemerciertouteslespersonnes,sansquice
manuscritn’auraitjamaisabouti.
Je remercie tout d’abord le directeur, Vincent Bretagnolle pour m’avoir accueillie dans son
laboratoire.
JeremercieégalementlesmembresduJuryd’avoiracceptéd’évaluermontravail.
JeremercieOlivierpourm’avoirdonnéemachanceetpermisderéalisercetravaildethèse,après2
ansdecombatderecherchedefinancements.Jeleremerciepoursamotivationetlesbonséchanges
scientifiques de ces derniers mois. Merci aussi de m’avoir assistée aussi, durant les manips et les
coupsdursassociés(ahsatanéFévrier2009!).Mercidem’avoirtransmislarigueuretl’organisation
(maisça,c’estpasencoregagné…).Enfinmercipourtonencadrementettoninvestissementsans
bornesdurantcesannées.
Je remercie aussi Xavier Bonnet, qui fût la première personne à m’avoir fait intégrer le labo
d’herpéto.Mercipourtabonnehumeur.Dommagequenoséchangesfussenttroprares.
Merci à Sylvie Perez et Sabrina Biais de l’Université de Poitiers pour leur sympathie et pour avoir
facilitétoutesceslaborieusesdémarchesadministratives(surtoutàdistance).
Enfin tout ce travail de thèse n’aurait pas été possible sans la contribution de nombreuses
personnes:
Merciàtouteslespersonnesquiontcontribuéàlafinitiondecemanuscrit(àlafinçadevientun
travaild’équipeplusquejamais):
MerciàMat,Roger,Thibaut,Audrey,Hélène,FredA,Maxpourleursrelecturesetcommentaires;
Merciàthe«BlondhairedgirlsTeam»pourleuraideprécieusederentréebibliographique;
MerciàBoubouetLassapourleurs(vaines)tentativesdecontributions;
MerciauxfillesdelaBioch’:Colette,CharlineetStéphaniepourleurcontributionsignificativedans
lesdosagesd’hormonesetpourleurgentillesseàtouteépreuve.
MerciàChristianThiburcepourm’avoirassistéedansmespremièresmanipulationsdevipères(et
dieusaits’ilyenaeuparlasuite!)etenseignéesesconnaissanceszootechniques.Jeleremercie
aussi pour sa gentillesse, ses nombreux services renduset ses nombreuses créations: on citera le
nonmoinscélèbre«QueenMary»ouLoveBoatdelavipèreaspic.
MerciàXavierDucheminpourm’avoirfilédenombreuxcoupsdemains,auxsoinsetdanslesmanip’
(ehoui,desgrosbrasçaaidepourmaintenirlespythons!).Mercipourtabonnehumeuraussi.
Mercienfinàtouslesétudiantsquim’ontconsidérablementaidéetoutaulongdeceparcoursdu
combattant, notamment Marie Vaugoyau et Hélène Lisse, pour leur aide très précieuse sur de
nombreuxmois,maiségalement,JulieVolette,Gersie,NathalieLachize,EmelineAudebeau,Aimeric
Aible,AndréazetJérémyRio…etmerciaussiàMarieracapé.

MerciàMichelineetChristophepourleursbonspetitsplats(mêmesijen’étaispaslameilleuredes
candidates!)
Etmaintenant,autourdelaATeam(enfinl’ex,cardéjàplusoumoinsdélitéedepuisledépartde
littleRoger):
Eh bien commençons par toi petit Roger: MERCI! Pour ta bonne humeur permanente, et
parcequ’onaétécoloc’debureaupendantunpeudetemps(mêmesit’aspréféréfuirauboutd’un
an,toutçapourteretrouverdanslesnouveauxbureaux!!!pfffçac’esttonp’titcôtématérialiste!).
Merciaussipourtonaideenfindethèse.J’enprofiteaussipourremercierCocottepourtoutesa
gentillesse.
UnBIGmerciàMichesparcequ’illevautbien:poursesmultiplesimplications:capturedes
serpents,conceptiondumatérielexpérimental,aidesstat…etparcequ’ilesttoujoursprêtàaider…si
jepeuxunjourterendrelapareille,ceseraavecgrandplaisir!
Enfin merci à mon p’tit Maxoubidou: eh oui, 3 ans de partage de bureau, ça fait des
souvenirs: des échanges, des prises de becs, des fousrire et des craquages….c’était vraiment
chouette de partager tout ça avec toimon p’tit lapin! Allez j’te fais un Shoulder Kiss, parc’que
finalement on s’aime bien?! ah par contre j’te remercie vraiment pas pour tes blagues dont la
qualité (douteuse) s’effondrait lamentablement au fur et à mesure de l’avancée de la semaine et
parcequelelundi,c’étaitdéjàpasbrillant.Maisbonc’estdudétail…etpisouic’estvrai,jesuisbon
public!
Enfinaprès7anspassésaulaboratoire,cettethèsefutuneformidableaventurehumaine,avecdes
coupsdecœur(parfoisaussidesdéceptions),alorsjedisungrandMercià:
LapromoDEA2005,c’estunpeuvousquim’avezdonnéel’enviederesterici!JB,Audrey,Labelle
Cécile,TomTom…etj’enpasse.
L’aubergeespagnoledeRimbaultetsesmultiplesalléesvenues(çacesontlesdiresdeFredA,une
vraielanguedevipèreceluilà!aufaitmerciquandmêmeFred):Touscessouvenirspartagésavec
AudreyJ.,petitgecko,etmoncoupdecœurpourLéoetCam’sforcément.
Etenfintouslesétudiantsquej’aicroisédepuis:LesAgropip(Steeeeeve,Salom,Viiiiictoooor,petit
gecko, Alex, Benoit, Adrien; Boenie, Vincent, Marie R; Fabrice….), les prédateurs marrants
(Morgane,Cécile,Débo,Cédric,Laurène,Paul,Annette,Clara,FredB,Vincent….),etsansoublierles
écophybienévidemment(Stéphane,Andreaz,Sabrina…).Lalisteestlonguedoncparavancedésolé
pourlesoublis,ilesttard(trop)….
Merciaussiàceuxquisontloin:Audrey,Cécile,Marine,AlexetJessetmapetiteSteph
(jepensebienfortàtoimêmesijedonnepeudenouvelles)
MerciauxmembresduclubAmerocavecquij’aipassédetrèsbonsmoments,souventen
l’air;
Merci aussi à Thibaut (espèce de carnivore! j’m’en fous, j’continuerai à donner du melon à ton
chien),Mathieu,HélèneetMaxoubidoupourcesderniersmoisderéconfort,durantlespausesthés
etautourd’apérosetdebonsrepas!MerciaussiàZézelleparcequejel’aimebeaucoupaussimême
si elle est pas toujours là (Madame préfère la ville, ben voyons!) et aussi à zézette parce que
maintenant j’ai une nouvelle copine de piscine trop sympa (et qui est bien plus sportive que son
«grosvilain»quifaitquedubainàremous!bonjourlesmycoses…)
Enfin Merci à mes amis d’à côté, parce que oui, faut pas croire, on a beau passer 7 ans dans un
endroitisolé,lesamisc’estsacré,etailleursc’estvital!Alorsjediraismesplussincèresmercià:
131

DometSandrinepourleuramitié.BonDom,Samt’attendsurlafalaise!Maisfaisgaffey’aunvaran
ausommet!
Oliviapourcettebelledécouverteàl’escalade,pourêtrecettepersonneintègreetgénéreuse,pour
sonsoutienégalementdanslesmomentsdifficiles;
CamilleetLéo(ehouiencoreunefois,parcequedumeilleuronneselassepas)pourleuramitié
sansfaille;etparcequec’estpourlavie;
Flore parce malgré la distance, t’es toujours là...Merci pour ton soutien dans les coups durs! et
maintenantquej’aifinicettethèse,t’inquiètes,jedébarque!
Hélène,nonj’rigole!parcequet’asbeauêtreblondeetfairedesgaffes,j’teKrouchbouch’àmort!
Mes «vieilles copines» pour ces 20 années d’amitié, pour m’avoir toujours soutenue, malgré la
distance et les routes divergentes; parce que des histoires comme celleslà, on en a pas souvent
danssavie,alorsmerciMarie,Clairette,DeeDee,CharlotteetJuju.
Merciaussiàmonsieurpatate,mêmesicefutdur,pourcequetum’asapportée,pourcessouvenirs
pastoujourssipires,pournoséchangesde«Goldenmoly»,noséclatsderire….
EnfinledernieretleplusgranddesMERCIiraàmafamille,particulièrementàmesparentsetMimi,
pourm’avoirtoujourssoutenue,jamaisjugée,acceptémeschoixdevie,pourm’avoirapportéetout
cetamour.
ARobert,RaouletZdenka…
132

«Tutraiterasaveclesmêmescourtoisiesserpents,scorpions,tarentulesettoutes
espècesdebêtesnuisibles.
Nuisible,tul'estoimêmeplusquelabête:estcetoimêmequetuvoudraispunir
enelle?Laisselapartir,ettesmalicesavecelle.»
LanzadelVasto,
PrincipesetPréceptesduRetouràl’Evidence.
133

RESUME
Influencesenvironnementalesprécocesetrégulationmaternelledudéveloppement:
ImplicationsécologiquesetévolutiveschezdeuxespècesdeSquamates
Les organismes sont soumis aux fluctuations de l’environnement et les stades précoces (vie
embryonnaire) sont particulièrement sensibles aux perturbations qui peuvent modifier les
trajectoires développementales. La sensibilité thermique des embryons est une caractéristique
généralechezlesvertébrésetauraitconstituéuneforcesélectivemajeuredansl’évolutiondessoins
parentaux (hypothèse de Farmer, 2000). Par ailleurs, le développement embryonnaire est un
processus complexe et les influences environnementales peuvent avoir des effets très différents
selon la période d’exposition. Pourtant cette variabilité est insuffisamment prise en compte en
écologieévolutiveetdansl’étudedessoinsparentaux.
L’environnementmaternelpeutconstitueruneinterfaceentrel’environnementextérieur
etlesembryons.Larégulationdesconditionsthermiquedudéveloppementesttrèsrépanduechez
lesvertébrés.Silesectothermesproduisentunechaleurmétaboliquenégligeable,ilsontdéveloppé
une diversité de stratégies comportementales et physiologiques pour protéger les embryons des
variations thermiques. Les soins parentaux prénataux sont associés à un changement du
comportement maternel avec une augmentation des activités de thermorégulation, ainsi qu’à de
profondesmodificationsénergétiquesetphysiologiques.
Nous avons examiné l’importance de la régulation maternelle des conditions prénatales
chez deux espèces de serpents aux modes de reproduction contrastés, une ovipare (python de
Children,Achildreni)etunevivipare(lavipèreaspic,Vaspis).L’originalitédecetravailreposesurla
prise en compte du caractère dynamique de la sensibilité embryonnaire et des contraintes
maternelles. Nos résultats nous ont permis de démontrer l’existence d’une sensibilité thermique
stadedépendent,avecuneplusfortesensibilitéauxperturbationsendébutdedéveloppement,et
l’importancedel’accèsàlatempératurepréféréependantcetteétape.Enparallèle,nousavonspu
mettreenévidenceuninvestissementmaternelimportant(thermorégulationcomportementale),et
lescontraintesassociées(augmentationdesprisesderisque,perteshydriques,coûtsénergétiques).
Ces données obtenues soutiennent la théorie de Farmer et l’importance de la prise en charge
maternelle des stades précoces. Cette sensibilité thermique pourrait avoir constitué une force
sélectivemajeuredanslacomplexificationdessoinsparentaux(transitionverslaviviparité,soinsaux
œufs).
Motsclés: Squamates, développement, température, soins parentaux prénataux, ovipares,
vivipares.
134

SUMMARY
Earlyenvironmentalinfluencesandmaternaldevelopmentalregulation:
ecologicalandevolutionaryimplicationsintwoSquamatespecies.
Organisms undergo environmental fluctuations and early stages (embryonic life) are especially
sensitivetoperturbationsthatcanmodifydevelopmentaltrajectories.Embryonicthermalsensitivity
isauniversalfeatureinvertebratesandmayhavebeenamajorselectiveforceintheevolutionof
parentalcare(Farmer’shypothesis,2000).Besides,embryonicdevelopmentisacomplexprocessand
environmentalinfluencescanhavecontrastedeffectsdependingonthetimingofexposure.However
thisvariabilityisinsufficientlyconsideredinevolutionaryecologyandinstudiesonparentalcare.
Maternal environment can constitute an interface between the external environment
and embryos. Regulation of thermal developmental conditions is widespread in vertebrates. Since
ectotherms produce negligible metabolic heat, they have developed a diversity of behavioral and
physiological strategies to buffer the embryos from thermal variations. Prenatal parental care is
associatedwithashiftinmaternalbehaviorwithanincreaseofthermoregulatoryactivities,aswell
asstrongphysiologicalandenergymodifications.
We examined the importance of maternal regulation of prenatal conditions in two
snakesspecieswithcontrastedreproductivemodes,oneoviparous(Children’spython,A.childreni)
andtheotherviviparous(theaspicviper,V.aspis).Theoriginalityofthisworkstemsfromtheexplicit
considerationofthedynamicnatureofembryonicsensitivityandmaternalconstraints.Ourresults
demonstrated(1)theexistenceofastagedependentthermalsensitivity,withahighersensitivityto
perturbations early in development; and (2) the importance of accessing preferred temperature
during that period. In parallel, we evidenced a strong maternal investment (behavioral
thermoregulation),andassociatedconstraints(risktakingincrease,waterloss,energeticcosts).Our
data supported Farmer’s theory and the importance of maternal regulation of early stages. This
stagedependent gradient in thermal sensitivity may have been a major selective force in the
evolutionofincreasedparentalcare(transitiontowardviviparity,eggscare).
Keywords:Squamates,Development,Temperature,Prenatalparentalcare,Oviparous,Viviparous.
135

136

SOMMAIRE
INTRODUCTION1
1Vivredansunmondevariable 2
11Fluctuationsspatiotemporellesdel’environnement 2
12Plasticitéphénotypique:répondreauchangementparlechangement3
13Influencesenvironnementalesprécoces 5
2Sensibilitédudéveloppement 821
Spécificitésdudéveloppementembryonnaire8
22Périodesdesensibilitéembryonnaire 10
23Lasensibilitéthermique:unecaractéristiqueuniverselle13
3Effetsmaternelsetévolutiondessoinsparentaux 15
31Quandlamèredevientl’environnement… 15
32Soinsparentauxetrégulationdudéveloppement 16
321Sensibilitéthermiqueetévolutiondessoinsparentaux 16
322Lessoinsparentauxprénataux 18
323Rôledessystèmesendocrinesdansl’expressiondessoinsparentaux 20
4SensibilitéthermiquedesectothermesetintérêtdesreptilesSquamates
22
41Cadrethéorique 22
411Notiondecourbedeperformance 22
412Lecasdesembryons 23
42LesreptilesSquamates(lézardsetserpents) 25
421Diversitédesmoyensderégulationmaternelledudéveloppement
25
422Sensibilitéthermiquedudéveloppement
29
43Lescoûtsassociésàlapriseenchargematernelle 32
137

431Contraintesphysiques,activitéetexpositionaurisque 32
432Contraintesénergétiques 32
5Problématiquedelathèseetprédictionsgénérales
33
MATERIELETMETHODES37
1Modèlesd’études 38
11uneespècevivipare:lavipèreaspic 38
111Caractéristiquesetrépartition 38
112Reproductionetnaturedessoinsparentauxprénataux 39
12Uneespèceovipareavecsoinsauxœufs:lepythondeChildren42
121Caractéristiquesetrépartition 42
122Reproductionetnaturedessoinsparentauxprénataux 43
2Matérielettechniques 46
21Manipulationsthermiquesexpérimentales 46
22Suiviéchographique 51
221EngagementdanslareproductionchezlepythondeChildren 51
222OvulationetsuividudéveloppementembryonnairechezlaVipèreaspic)52
23Suivisphysiologiques 54
231Suivishormonauxetréponseaustress 54
232Suivisénergétiques 55
233Perteshydriquestotalesetosmolalité 56
24Suivicomportementaladulte 56
25Mesuresdelaqualitéphénotypiquechezlesjeunes
58
251Morphologie 59
252Physiologie60
253Performances 61
254Comportementdesnouveaunés 62
RESULTATS65
138

Chapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire 66
Résuméduchapitre67
Article1:Agoodstartinlife:accesstopreferredtemperaturesduringgravidity
improvesoffspringqualityintheChildren’spython(Antaresiachildreni).70
Article2:Thesignificanceofthermalmaternaleffects:relevanceofstagedependent
embryonicsensitivity.97
Chapitre2:Régulationmaternelledudéveloppement 124
Résuméduchapitre124
Article3:Dedicatedmothers:pregnantvipersinvestinstageindependentandnon
dépréciablescaretotheirembryos127
Chapitre3:Lescoûtsdelarégulationdudéveloppement
152
Résuméduchapitre153
Article4:Structuralandperformancecostsofreproductioninanextreme
capitalbreeder,theChildren’spython,Antaresiachildreni155
Article5:Modificationsstructuralesetphysiologiquesassociéesàlagestation
chezunreproducteursurcapital,lavipèreaspic(Viperaaspis)172
Annexe:résultatspréliminairesdesmodificationsphysiologiqueschezles
femellesreproductricesdeAchildreni192
Chapitre4:Régulationhydriqueetcontraintesmaternelles
195
Résuméduchapitre196
IQuantificationdelapriseeneauchezVaspis197
IIImpactdelagestationetdelatempératuresurlesperteshydriquestotales
chezVaspis204
DISCUSSIONETPERSPECTIVES214
1Sensibilitéthermiqueembryonnaireetbénéficesdelarégulationmaternelle
217
11Sensibilitéthermiquedudéveloppement 217
139

111Cadreconceptuel 217
112L’importancedelatempératurepréférée(Tset) 218
113Sensibilitéthermiqueembryonnairestadedépendent 220
2Larégulationmaternelle:spécificitésetcontraintes222
21Dessoinsthermiquesnondépréciables 222
22Descontraintesélevées 223
221Altérationstructuraleetréductiondesperformances 223
222Contrainteshydriques 224
23Besoinshydriques:unconflitpotentiel?226
231Sensibilitéhydriquedesembryons 226
222Conflithydriquefoetomaternel 227
3Evolutiondessoinsparentaux 231
4Perspectivesexpérimentales 233
41Miseenévidenced’unesensibilitéthermiquesecondaire
233
42Miseenévidenced’unesensibilitéhydriquestadedépendent 234
43Miseenévidenced’unpotentielconflithydriqueparentenfant 235
5–Ouvertureconceptuelle:épigénétiqueettransmissionhéréditaire
desinfluencesenvironnementales 235
51Epigénétique 235
52Influencesenvironnementalesprécocesetprogrammationépigénétique237
53Transmissionhéréditairedesphénotypesacquis:unnouvelapport
danslacompréhensiondelarégulationmaternelledudéveloppement? 237
Créditphotos240
Bibliographie241
140

Présentationdesrésultats
Lesrésultats de ce manuscrit seront abordés sous forme d’articles pouvant être soit en révision
(Article 1), soit soumis (Article 2 et Article 4), soit en préparation (Article 3 et Article 5). Ils sont
composés de 4 chapitres qui correspondent aux articles cités précédemment. Le chapitre 4 est
présentésousformederésultats.Chaquechapitreestcomposéd’unrésumédétaillé(enfrançais)du
oudesarticles,etdel’article.Lesarticlessontlistéscidessous:
1: A good start in life: access to preferred temperatures during gravidity improves offspring
quality in the Children’s python (Antaresia childreni) (En révision pour Journal of Experimental
Biology).
2: The significance of thermal maternal effects: relevance of stagedependent embryonic
sensitivity(Soumis).
3:Dedicatedmothers:pregnantvipersinvestinstageindependentandnondépréciablescareto
theirembryos(Enpréparation):
4:Structuralandperformancecostsofreproductioninanextremecapitalbreeder,theChildren’s
python,Antaresiachildreni(Soumis).
5:Modificationsstructuralesetphysiologiquesassociéesàlagestationchezunreproducteursur
capital,lavipèreaspic(Viperaaspis)(Enpréparation,français).
141

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
INTRODUCTION
1

1Vivredansunmondevariable
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
11Fluctuationsspatiotemporellesdel’environnement
Lesorganismessontsoumisàdesvariationsspatiotemporelles,parfoisextrêmementimportantes,
des paramètres biotiques ou abiotiques du milieu (Meyers and Bull 2002). Les fluctuations
abiotiquessontreprésentéespardesconditionsclimatiquesetdestraitsphysiquesouchimiques
del’environnement.Lesfluctuationsbiotiquessemanifestentquantàelles,pardeschangements
dans la ressource et/ou l’abondance de proies, l’abondance de prédateurs ou de parasites, la
compétition interspécifique. Les fluctuations temporelles peuvent avoir lieu sur des échelles de
temps plus ou moins longues. A l’intérieur de ces échelles de temps, les variations peuvent se
produiresurdespasdetempsréguliers,commeilestobservépourleschangementssaisonniers
ou nycthéméraux, ou bien au contraire présenter des variations irrégulières ou aléatoires. Les
conséquencesdecesmodificationsenvironnementalessurlespopulations(humainesetanimales)
ontattiréunintérêtscientifiqueconsidérable(Choietal.2011;Sheriffetal.2011;Moyesetal.
2011). Ces variations de l’environnement biotiques et abiotiques vont affecter les traits des
individus,aussibienauniveaumorphologique,quephysiologiqueoubienencorecomportemental
(Pigliucci2005;Leimaretal.2006;Monaghan2008;Miaudetal.2011;Brönmarketal.2011).De
manière ultime, au delà de l’échelle individuelle, la dynamique des populations peut également
êtreaffectée,avecdesconséquencesentermesdeviabilitéoubienencoredesconséquencessur
les déplacements de certaines populations face à ces changements (Pulido 2007; Reed et al.
2010).
2

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
12Plasticitéphénotypique:répondreauchangementparlechangement
Tandisquecertainsorganismesvontmodérerlavariabilitétemporellerencontrée,àtraversdes
processusdemigrationoudedispersion(BothandMarvelde2007;VirkkalaandRajasarkka2011),
afin d’échapper à certaines conditions environnementales, l’une des options des individus pour
répondre à ces fluctuations est de développer des caractéristiques susceptibles d’être en
adéquation avec les caractéristiques de l’environnement vécu. En effet le milieu extérieur
représenteuneforcesélectivemajeure(sélectionnaturelle)dansl’évolutiondescaractéristiques
phénotypiquesdesindividus(MeyersandBull2002;Pigliucci2005;Leimaretal.2006;Monaghan
2008).Lamodulationduphénotypeenfonctiond’unenvironnementdonné,égalementappelée
plasticité phénotypique, est un processus majeur dans la réponse des organismes face aux
fluctuationsenvironnementales.Laplasticitéphénotypiquesedéfinitdonccommelacapacitéd’un
génotype à produire différents phénotypes en fonction de l’environnement. En génétique
quantitative, la variance phénotypique s’exprime sous la forme: VP = VG + VE + VGxE, où VP
représentelavariancephénotypique,VG,lavariancegénétique,VE,lavarianceenvironnementale
et VGxE la variance liée à l’interaction des gènes et de l’environnement. Ainsi, les variations
environnementales, en interaction avec le génotype vont moduler l’expression phénotypique à
l’échelledel’individutoutaulongdesavie.
Cependant, il reste assez difficile d’estimer le potentiel adaptatif de telles variations, et
tousleseffetsdel’environnementn’entrainentpasobligatoirementdesmodificationsadaptatives
(Fig.1). Les variations phénotypiques induites par l’environnement peuvent être liées à la
température, l’acidité, l’alimentation (Fig.2), la disponibilité en eau, la densité de population, la
présencedeprédateursoudepathogènes,etàl’expositionàdestoxines.
3

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure1.Effetsd’unchangementenvironnementalsurlafitness,àl’intérieurdelanormederéaction
de l’espèce. Quand l’environnement change durant le développement (axe des abscisses), des
changements phénotypiques seront déclenchés. Au sein d’une certaine gamme de changements, le
développementd’unphénotypealternatifn’aurapasdeconséquencesnégativessurlafitness.Audelà
decettegamme,lafitnessdéclinelorsqueledéveloppementd’unphénotypeoptimalestcontraint.Le
déclindelafitnessestinitialementlent,puisquelesajustementsphénotypiquespourraientmitigerles
effetsnégatifssurlafitness,etdescompromisentrelestraits,ouàtraverslesstadesd’histoiresdevie,
pourraient apparaître. Au delà de cette zone de mitige, des pathologies se développent et la fitness
chutedramatiquement.
Source:Monaghan2008.
Figure2.Changementdéveloppementaldu
crâne dépendant du régime alimentaire
chez des hyènes tachetées sauvages. Les
crânescollectésaprèslamortdesanimaux
(dedroiteàgauche),de3mois,24moiset
11 ans montrent des changements
marqués des sites d’attachements des
muscles liés à l’alimentation (crête
sagittale,lespommettes,etlefront).Chez
les animaux élevés en captivité, qui se
nourrissent rarement d’os, ces structures
alimentaires sont peu développées; les
hyènes captives âgées ont des crânes qui
ressemblentàceuxdesjeunes.
Source:WestEberhardt2003
4

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Lesinfluencespeuventainsiêtrenéfastespourlesorganismesavecpourrésultatl’engendrement
dephénotypesdélétères(HalesandBarker1992,HalesandBarker2001),et/oudesconséquences
plusoumoinslongtermessurlaféconditéfuture,lesuccèsreproducteuroubienmêmelasurvie
ellemême de l’individu. Ainsi l’environnement va agir de manière complexe sur l’expression
phénotypiquedesindividus,entrainantdeseffetsplusoumoinslongtermes,réversiblesounon,
adaptatifs ou bien au contraire tératogènes. Ces effets restent étroitement dépendants de
l’intensitéetlanaturedustimulusenvironnemental,maiségalementdelasensibilitéindividuelle.
Silesstadesdelavieadultepeuventdévelopperdesréponsesphénotypiquesadaptatives
ou compensatoires face aux variations environnementales, les phases précoces de la vie (vie
embryonnaireetviefœtale)sontparticulièrementsensibles.Classiquement,lanotiondeplasticité
phénotypique au sens large peut se scinder en deux souscatégories, selon l’échelle de temps
considérée,etlalabilitédesmodifications:
Lafléxibilitéphénotypique,consisteendeschangementspluscontinus,etsouventréversibles,de
la morphologie, du comportement, de la physiologie, lorsque les conditions environnementales
varientrapidementsurdecourteséchellesdetemps(PiersmaandDrent2003;WestEberhardt
2003);Elletraduituneplasticitédurantlaphaseadulte.
La plasticité développementale résulte d’une orientation, généralement irréversible, des traits
desindividuslorsdesprocessusontogéniques.Elletraduitainsiuneplasticitélorsdesprocessus
développementaux(vieembryonnaireetjuvénile).
13Influencesenvironnementalesprécoces
Plasticité et développement sont deux termes étroitement liés qui ont été de plus en plus
communément utilisés en écologie évolutive.Des progrès ont été réalisés afin d’intégrer le
développement,àtraversledomainedelabiologiedéveloppementaleévolutive(EvoDevo,Arthur
2000; 2002). Dans le contexte de l’EvoDevo, la plasticité développementale devient un point
central,commeétantlabasedelareconnaissancequelesphénotypesdesorganismesnesontpas
uniquementdéterminésparleurgénotype.Ledéveloppementphénotypiqueestlerésultatd’une
interactioncomplexeimpliquantlabasegénétiquepropreàl’organismeetl’environnementdontil
faitl’expériencedurantsondéveloppement.Silaproductiondephénotypesestconditionnelleet
dépendantedecontributionsenvironnementalesouexternes,alorsl’évolutionpeutprocéderpar
une voie favorisant «le phénotype en premier», les changements génétiques suivant, plutôt
qu’initiantlaformationdenouveautésmorphologiquesouphénotypiques.Ainsil’environnement
est susceptible d’induire des modifications morphologiques, physiologiques de l’individu en
développement et serait ainsi responsable de l’évolution de réponses adaptatives plastiques
5

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
morphologiqueschezlesanimaux(WestEberhardt2003).Cependantcettecapacitéimpliqueque
les indices de l’environnement agissent suffisamment tôt dans l’ontogénie pour générer le
développementd’unemorphologieappropriée.Parailleurs,cesindicesdoiventêtresuffisamment
prédictifsdescirconstancesfutures,àlafoisdansletempsetdansl’espace.
Les champs d’investigations sur l’étude de la plasticité développementale, incluent
notamment les polyphénismes morphologiques densitédépendant, l’altération des taux de
développementinduiteparlaprésencedeprédateurs,lesprogressionsaucoursducycledevie
contextedépendant(parexemple,lamétamorphosedépendantedelatempérature(Fig.3aet3b)
etlaphotopériode),larésistancedesœufsauxradiations(Marcoetal.2001;Beldenetal.2003),
l’alimentationmaiségalementl’implicationdeseffetsmaternels.Uneautreformebienétudiéede
modulation environnementale durant le développement est la détermination du sexe par la
température.Cemécanismeestconnudepuislongtempschezdenombreusesespècesdereptiles,
chez qui le sexe n’est non pas déterminé génétiquement mais par la température de
développement(Desvagesetal.1993;Pieauetal.1999;Shine1999;Valenzuela2004).
6

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure3a.Lesdeuxmorphessaisonniersdupapillon,BicyclusanynanadeMalawi.(A)Laformedela
saisonsècheseconfondavecleslitièresdesfeuillesmortes.(B)Laformedelasaisonhumideades
ocellesbienvisiblessousl’aile.Laformedelasaisonhumidepeutêtremiméeenélevantdeslarvesà
destempératuresélevées(23°C),tandisqueleslarvesquigrandissentàdestempératuresplusbasses
(17°C,approximativementlatempératureaumomentdelatransitionverslasaisonsèche)développent
lemorphedesaisonsèche.
Source:Gilbert2000
Figure3b.Lesstagesdéveloppementauxconduisantàlaformationdesocelles.(A)L’expressiondugène
Distallessalieudanslesrégionsdudisqueimaginaledel’aileoùlesocellesontleurformepotentielle.
(B)Lesfoyersdel’expressiondugèneDistallesssontstabilisésdansdesrégionsparticulièresdel’aile.
(C)Danslapupe,lefoyerDistallesss’agrandit.(D)Lescellulesenvironnantesrépondentausignalen
produisant des pigments particuliers, dépendant de leur distance au foyer et leur position sur l’aile.
ChezBicyclus,lesdeuxmorphessontindistinguablesjusqu’austadedesignalement(C).
Source:Gilbert2000
7

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Il est également important de considérer que les changements induits ne présentent pas
nécessairement un caractère adaptatif. En effet, les conditions de l’environnement précoce
peuventavoiruneffetnégatifsurlestraitsd’histoiredevieadultes,telsquelataille,lasurvieou
l’expressiondescaractèressexuelssecondaires(Lindstrom1999;MetcalfeandMonaghan2001).
Cependant, les organismes sont capables d’emprunter des stratégies compensatoires pour
contrebalancercertainseffetsdesconditionsdéfavorablesinitiales(NieciezaandMetcalfe1997;
Birkhead et al. 1999), par exemple en développant une croissance compensatoire après la
naissance (Metcalfe and Monaghan 2001). Alternativement, les actions de l’environnement
peuventavoirpourconséquencesdeseffetstératogènessurl’organismeendéveloppement,sans
possibilitédecompensation.Eneffet,lesembryonsnesontpastoujoursenmesurederépondre
favorablement aux indices environnementaux notamment lorsque les perturbations sont trop
importantes. Il apparait également essentiel de considérer que la nature et l’amplitude des
perturbations,etlemomentauquelellesseproduisentaucoursdel’ontogénie,conditionnentles
réponsespossiblesdesindividus.
2Sensibilitédudéveloppement
21Spécificitésdudéveloppementembryonnaire
La biologie moléculaire et la biologie du développement ont permis de développer les
connaissancesenembryologie.Notamment,labiologiemoléculaireaétéunoutilessentieldansla
détermination de la base génétique des patrons de développement (Holland and Hogan 1988;
Murthaetal.1991;Krumlauf1994;LawrenceandMorata1994).Lesphasesprécocesdelavie
constituent des étapes majeures dans la constitution des individus (Henry and Ulijaszek 2009;
Andrews2004).Notamment,lavieembryonnaireestparticulièrementsensibleauxfluctuationsde
l’environnement de développement (Chasnoff et al. 1987; Henry and Ulijaszek 2009). Le
développementembryonnaireestrelativementconservéchezlesvertébrés,particulièrementchez
lesoiseauxetlesreptiles,etsecaractériseparunprocessuscontinuetmultiphasesconstituéde
grandes étapes (Andrews 2004; Fig.4). Les étapes précoces correspondent aux phases de
neurulation et d’organogénèse, tandis que les phases plus tardives se caractérisent par des
processusdecroissanceetdematuration.
8

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure 4. Différenciation et croissance (masse vivante) chez l’embryon de poulet. Les axes sont la
proportion de la masse finale obtenue à l’éclosion (Y) et la proportion de la période totale de
développementaccomplie(àpartirdel’ovulation).Lespointsnoirsreprésententlesjoursconsécutifs
dedéveloppementpourl’embryond’oiseau.Lagastrulationalieudujour0aujour1.Laformedela
courbedecroissanceetlesstadesdedéveloppementassociéssonttypiquesdesreptilesetdesoiseaux.
Les trois accents circonflexes (^) sur l’axe des X, de gauche à droite, indiquent le stade moyen à
l’oviposition,chezlestortues,lescrocodilesetlesreptilessquamates.
Source:Andrews2004.
9

22Périodesdesensibilitéembryonnaire
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Les effets environnementaux sur le développement physique et psychique des humains sont
considérables et ont été bien documentés (Henry and Ulijaszek 2009). Cependant, les
conséquencesàlongtermedesprocessusayanteulieupendantlesphasesde croissance et de
développement ont suscité un intérêt plus tardif, mais sont devenus plus récemment, un
questionnementcentraldansdenombreusesétudes(Lumma2003;Gluckmanetal.2007;Somm
etal.2008).L’environnementprécocedanslequelnousgrandissons(vieembryonnaire,fœtaleet
enfance)adesconséquencesàlongtermesetsouventirréversiblestoutaulongdelavie.Chezles
humains, les conditions nutritives (abondance et qualité) pendant la vie utérine prédisent
l’apparitiondemaladieschroniquesdurantlavieadulte(«Thriftyphenotypehypothesis»,Hales
andBarker1992;HalesandBarker2001;Wuetal.2004).Ainsilestressdûàlasousalimentation
peut induire à l’âge adulte des individus plus petits, plus sensibles aux maladies, avec une plus
faible espérance de vie (Goode and Russell 1968, Ewert 1991, Lumma 2003; Andrews 2004,
Gluckmanetal.2007,Fig.5).Leseffetsdessubstancestoxiques,telsquelanicotine(Sommetal.
2008), ou bien l’alcool (syndrome d’alcoolisation fœtale; Sulik et al. 1981; Kenneth and Jones
1986)ontégalementétébienétudiés,etimpliquentdesconséquencesirréversiblesetlongtermes
surlesindividus.
10

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure 5. Le paradigme coïncidencedécalage des maladies métaboliques. L’organisme en
développement détecte les indices environnementaux transmis par la mère, tels que la sous
alimentation, pendant la vie prénatale et la vie postnatale précoce. En réponse à ces indices, la
plasticité développementale modifie la trajectoire par défaut définie par le génome fœtal et
l’épigénome hérités, selon si l’environnement est perçu comme étant adéquate (fond foncé) ou
défavorisé(fondclair),résultantenl’ajustementdesréglagesmétaboliques.Sil’environnementadulte
qui s’en suit, qu’il soit adéquat ou défavorable, coïncide avec la prédiction, alors le risque de
développerdesmaladiesmétaboliquesplustarddanslavieestfaible.Siundécalageexisteentreles
environnementsadultespréditsetréels,particulièrementsil’environnementadulteestplusricheque
celuianticipé,alorslerisquededévelopperdesmaladiesmétaboliquesestaugmenté.
Source:Gluckmanetal.2007.
11

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Cependant,lasensibilitédudéveloppementapparaîtvariableentrelesdifférentstaxons:
ainsi, le développement embryonnaire peut être temporairement stoppé comme réponse
facultative aux conditions environnementales immédiates chez certaines espèces (Hébert 2002;
AndrewsandDonoghue2004;Podrabskyetal.2010).Cesmécanismesdediapauseapparaissent
notammentchezlesinsectespourlepassagedel’hiver,etchezcertainsmammifères,danslecas
d’implantationembryonnairedifférée(Gilbert2001).Malgrécesvariationsobservées,lasensibilité
embryonnaireresteunecaractéristiqueuniverselle(Farmer2000).Notammentlesstadeslesplus
précoces du développement apparaissent plus sensibles puisqu’ils correspondent aux processus
majeursd’organisationdesindividus(HenryandUlijaszek2009;Andrews2004).
De manière plus spécifique, l’existence de périodes de sensibilité accrue au cours du
développement a clairement été démontrée, à la fois chez l’humain (Henry and Ulijaszek 2009;
Wells2003;Muelleretal.2006;WilliamsandCasanova2010;Fig.6)etchezlesespècesanimales
(Oxendine et al. 2006; Zambrano et al. 2006; Dumortier et al. 2007;Auperin and Geslin 2008;
Denver2009).Parexemple,larestrictionmaternelleenferchezleratentrainedeschangements
plusprofondschezlefœtus,durantle1 er trimestrededéveloppement,parrapportàundéficiten
fer en fin de gestation (Mihaila et al. 2011). Au contraire, un déficit en vitamine D en fin de
gestationentraineunealtérationprononcéesurledéveloppementducerveauadultechezlerat,
par rapport à des déficits en début de gestation (O’Loan et al. 2007). Ces phases de sensibilité
accentuéevontjouerunrôleprimordialdansl’établissement destratégiesvisantà canaliserles
processusdéveloppementauxlespluscontraints.
12

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Fig. 6.Toléranceauglucosechezleshumainsadultes(âgésde50à55ans)enrelationàl’exposition
fœtaleàlafamine.Lesvaleurssontlesconcentrationsdeglucosedansleplasmasanguin120minutes
après la prise orale d’une dose de glucose; les valeurs élevées indiquent une tolérance au glucose
altérée.Uneexpositionàlafamineentantquefœtusconduitàuneintoléranceauglucosesignificative
àunâgeadultemoyenencomparaisonauxadultes«contrôle»quisontnésavantlafamine,ouqui
ontétéconçusaprèslafamine;ceciestparticulièrementvraipouruneexpositionenfindegestation(P

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure7.Duréededéveloppementembryonnaireenfonctiondelamassedesembryonspour:(a):les
amphibiens et les poissons et (b) le zooplancton, incubés à 4températures constantes ( , 5°C; ,
10°C;,15°C;,20°C).
Source:GilloolyandDodson2000.
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RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
3Effetsmaternelsetévolutiondessoinsparentaux
31Quandlamèredevientl’environnement…
L’environnementdedéveloppementpeutêtrelargementinfluencéparlamèrechezunediversité
d’organismes.Eneffet,lesembryonssedéveloppentgénéralement,toutoupartie,danslecorps
delamère,oubiensontsoumisàunediversitéd’influencesmaternelles(DeFraipontetal.2000;
Uller and Olsson 2003; Müller et al. 2007; Love and Williams 2008; Gagliano and McCormick
2009;Okuliarovaet al.2011).L’ensemblede cesinfluencesestclassiquementregroupésousle
termed’«effetsmaternels».Ceseffetspeuventégalementimpliquerlepèrechezunediversité
d’espèces(CluttonBrock1991)notammentavecinversiondesrôlesreproducteurs.Ilseraitdonc
préférabledeparlerd’«effetsparentaux»ausenslarge.
Une définition consisterait à considérer les effets maternels comme «une part du
phénotypedesjeunesquinerésultepasdel’actiondesespropresgènes,nidel’interactionde
ceuxciavecl’environnement»(Bernardo1996).Al’origine,leseffetsmaternelsétaientconsidérés
comme des sources de variations problématiques (un «bruit de fond») dans les études de
génétiquequantitative(Falconer1981).Désormaislesécologistesévolutifsreconnaissentleseffets
maternels comme étant l’une des influences les plus importantes sur le phénotype des jeunes
(Bernardo1996;MousseauandFox1998).Cetermeestsuffisammentlargepourregrouperune
diversité d’effets qui relèvent soit des influences maternelles directes, soit des influences de
l’environnementvialamère(Foxetal.1997;Agrawaletal.1999;Groothuisetal.2005;Marshall
andUller2007;Marshalletal.2008;Latzeletal.2010;BurgessandMarshall2011).Lamèrepeut
donc être vue comme une interface entre les influences de l’environnement extérieur et les
embryonsendéveloppement.
Les effets maternels peuvent donc influencer les cibles possibles de la sélection et
permettredesréponsesdynamiquesfaceàdesenvironnementshétérogènes(MousseauandFox
1998). Les effets maternels sont parfois interprétés comme un mécanisme permettant une
réponse (présumée adaptative) des jeunes aux indices de l’environnement perçus par la mère
(Mousseau et al. 2009; Marshall and Uller 2007). Lorsque les effets maternels augmentent la
fitness des jeunes, on parlera de «plasticité phénotypique transgénérationnelle adaptative» ou
encored’«effetsmaternelsanticipateurs».Silamajoritédesétudesconsidèretraditionnellement
les effets maternels comme une régulation active de la mère ayant une portée adaptative (aux
conditionslocales),leseffetsmaternelspeuventégalementimpacternégativementlesembryons
15

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
en développement à travers par exemple, des influences passives (transmission de substances
toxiques).
32Soinsparentauxetrégulationdudéveloppement
321Sensibilitéthermiqueetévolutiondessoinsparentaux
Les «soins parentaux» sont une forme particulière d’ «effets parentaux» (Bernardo 1996) qui
impliquent un investissement actif et comportemental de la part du (des) parent(s) visant à
optimiser les conditions de développement des jeunes. Les soins parentaux sont extrêmement
diversifiésdanslerègneanimal,aussibienchezlesvertébrésquelesinvertébrés(CluttonBrock
1991).Lapriseenchargedesjeunespermetainsiauxparentsdegarantirleurfitnessencontrôlant
l’environnement de développement et de croissance (pour les espèces à soins parentaux post
nataux) de leurs descendants. Chez les vertébrés, les soins parentaux postnataux restent
majoritairement l’apanage des mammifères et des oiseaux (reptiles aviaires)et intègrent les
comportements de prise en charge alimentaire (lactation, approvisionnement en nourriture,
Koteja 2000), de défense des jeunes, ou d’apprentissage (CluttonBrock 1991). Généralement, il
s’agit de soins dépréciables, c'estàdire que l’investissement parental dépend fortement de la
tailledelanichéeoudelaportée,etquelesajustementscomportementaux(soins)desparents
seront déterminés par le niveau de sollicitation des jeunes (CluttonBrock 1991; Sinervo and
Svensson1998;DeHeijetal.2006;Hardingetal.2009).
SelonFarmer,l’endothermie(productionendogènedechaleur)auraitinitialementévolué
commeunmoyendestabiliserl’environnementdedéveloppementpendantlavieembryonnaire
(Fig.8) en raison de ses bénéfices substantiels en termes de succès reproducteur (survie
embryonnaire, qualité phénotypique des jeunes, Shine et al. 1997, Farmer 2000). Chez les
endothermes, les taux métaboliques élevés et la thermogénèse permettent le maintien de
températurescorporellesélevées.Enoutre,leschangementsphysiologiquesmaternelspendantla
période du développement embryonnaire réduisent la déviation de la température corporelle
fœtale (Scribner and Wynneedwards 1994; Farmer 2000; Laburn et al. 2002). Selon Farmer, les
bénéficesadditionnelsassociésàl’évolutiondel’endothermie,tellequelacapacitéd’uneactivité
physiqueprolongéeauraientensuite permisl’émergencedesoinsparentauxpostnatauxintensifs
(Etape2duscenario,Fig.8)incluantl’approvisionnementdenourritureàlaprogéniture,aprèsla
parturitionoul’éclosion.
16

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Cette théorie est actuellement la seule fournissant une explication commune pour les
nombreusesconvergencesentrelesoiseauxetlesmammifères(«sangchaud»,soinsparentaux
intensifs).SignalonsquelathéoriedeFarmerpeutêtretestéeempiriquement,aumoinsenpartie.
L’existenced’unesensibilitéthermiqueélevéechezlesvertébrésestunehypothèsecentraledela
théorie de Farmer, et le début de la vie embryonnaire semble particulièrement sensible aux
perturbations.L’étudedecertainsmodèlespeutfournirdesévaluationsquantitativesdel’étape
initialedelathéorie(Fig.8)etl’influencedelasensibilitéthermiquesurlesstratégiesparentales
aux stades prénataux. Une des hypothèses associées à la théorie de Farmer est qu’une
amélioration,mêmelégère,desconditionsdevieembryonnaireseraitextrêmementavantageuse.
Contrairement aux endothermes, les vertébrés ectothermes possèdent des moyens réduits de
régulation physiologique de leur température. Ils sont donc particulièrement sensibles aux
fluctuations thermiques de leur environnement. Cependant, si les vertébrés ectothermes
produisent une chaleur métabolique négligeable, ils ont développé une diversité de stratégies
parentalespourprotégerlesembryonsendéveloppementdesvariationsthermiques.
Embryonic
environmental
sensitivity
(temperature)
Selection
Parental endothermy :
regulation of early
developmental conditions
Development of
postnatal care of
progeny
Selection
Selection
Functional orientation:
Activity & stamina
Step 1
Prenatal care
Step 2
Postnatal care
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RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure 8. Selonla théorie de Farmer (2000) la production de chaleur interne aurait tout d’abord été
retenue en raison des bénéfices associés au meilleur contrôle de l’environnement thermique des
embryons (e.g., survie embryonnaire et qualité phénotypique). Le développement de l’endothermie
auraitensuiteaméliorélesuccèsreproducteurenpermettantuneaugmentationd’activitéparentaleet
l’expressiondesoinspostnatauxintensifs.
322Lessoinsparentauxprénataux
Souventmoinsconsidérésetmoinsintuitifs,lessoinsparentauxprénatauxconsistentenuneprise
enchargedesembryonsendéveloppement,delaconceptionàlamisebasoul’éclosion.Ilexiste
une diversité de comportements parentaux visant à optimiser les conditions de développement
embryonnaire.Cessoinsvonts’exprimerselonungradientd’investissementetdecomportements,
avec de fortes variations inter taxons. La première «prise en charge» parentale réside dans la
formation des œufs et à la constitution des réserves énergétiques (CluttonBrock 1991; Speake
andThompson2000;StewartandThompson2000),oudel’alimentationdirectechezlesformes
placentaires(Blackburn2005;Blackburn2006).
Lessoinsauxœufs(sensuslato)sontrelativementrépanduschezlaplupartdesespèces.
On pourra ainsi définir plusieurs catégories de soins aux œufs(Fig. 9), selon la classification de
CluttonBrock(1991):
(1)lessoinsauxœufspondusdirectementsurlesubstratouattachésdessus,oubien
pondusdanslesnidsoulesterriers,commeonretrouvechezdenombreuxinvertébrés,poissons,
amphibiens,etoiseaux(PeronneandZaret1979;Hinton1981;McDiarmid1978),
(2)lessoinsauxœufsattachésàl’extérieurouportésparle(s)parent(s),telquechez
certainesespècesd’araignées,certainshémiptères,certainsamphibiensoucertainspoissons,
(3)larétentiondesœufsfertilisésàl’intérieurdutractusreproducteurdelafemelle,à
travers un gradient de mode de reproduction entre espèces ovipares à rétention prolongée et
espècesvivipares,auseindesquellesledéveloppementdesœufssefaitdanslecorpsdelamère
toutaulongdudéveloppement,
(4)soinsdesœufsdanslecorpsduparent,maispasdansletractusreproducteur.
Les «soins aux œufs» vont donc inclure la sélection de sites de pontes appropriés ou la
construction de nids pour les espèces ovipares, le gardiennage et la protection des œufs, le
transport, la couvaison chez certaines espèces, et le maintien de températures optimales de
développement,soitparvoiemétabolique,soitparvoiecomportementale,notammentchezles
espècesectothermes.
18

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
a b c
b c
Figure9.Exemplesdesoinsauxœufs.(a):Gardiennagedesœufschezl’araignéecrabe,Misumenops
asperatus,(b):Sternenéréis,Sternanereis,couvantsesœufs,(c)Femellecalmaragate,Gonatusonyx,
transportantunemassed’œufsimportante.
parentaux
323 Rôle des systèmes endocrines dans l’expression des soins
Lessystèmesneuroendocrinesjouentunrôlefondamentaldansl’expressiondessoinsparentaux
des vertébrés à travers un contrôle hormonal des aspects majeurs de la reproduction avec
notamment,l’engagement/désengagementdesparentsetl’étenduedel’investissementmaternel.
Lesmécanismeshormonauxsontdoncdesciblesdirectesdelasélectionnaturelle,(Sinervoand
Litch1991;RicklefsandWikelski2002).Parexemple,chezlesvertébrés,laréponseadrénocorticale
s’exprime au travers d’un relargage d’hormones glucocorticoïdes (ex.: la corticostérone) et est
réguléeparl’axehypothalamus/hypophyse/surrénales.Ellereprésentenotammentunmécanisme
endocrine important dans la régulation des compromis adaptatifs et de l’investissement
reproducteur (Wingfieldand Sapolsky 2003; Lendvai et al. 2007; Angelier and Chastel 2009;
Fig.10).L’intensitédelaréponseaustresspeutêtremoduléeselonl’étapedelaviedel’organisme
(Lendvai et al. 2007). Par exemple elle peut être atténuée pour faciliter l’expression des
comportements parentaux. La modulation de la réponse adrénocorticale maternelle apparaît
commeunexcellentoutilpourdétecterl’existenced’éventuelscompromisentrel’optimisationde
laqualitédesconditionsdedéveloppementetlasurvieparentale(WingfieldandSapolsky2003;
MeylanandClobert2004,2005;Lendvaietal.2007).L’expressiondescomportementsparentaux
prénataux (exposition) devrait augmenter l’exposition aux sources extérieures de stress
(prédateurs) et l’atténuation/suppression de la réponse au stress est peut être nécessaire pour
permettrel’expressionoptimaledessoinsparentaux(WingfieldandSapolsky2003).
19

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure10.Niveaumaximaldecorticostéroneenfonctiondelamanipulationdelatailledepontedurant
lapremièretentative(a)ouladeuxièmetentative(b)dereproduction,chezlemoineaudomestique,
Passerdomesticus.
Source:Lendvaietal.2007.
20

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
4SensibilitéthermiquedesectothermesetintérêtdesreptilesSquamates
4.1.Cadrethéorique
Lesectothermesneproduisentgénéralementquetrèspeudechaleurmétabolique.Ilsprésentent
une forte sensibilité thermique car leur température corporelle dépend directement de la
température du milieu extérieur. Cependant des mécanismes comportementaux de
thermorégulation(héliothermie, thigmothermie),ou desajustements posturaux leur permettent
d’atteindre des températures compatibles à la réalisation de l’ensemble de leurs fonctions
physiologiques(Angilletta2009).
4.1.1Notiondecourbedeperformance
Lesperformancesdessquamatesectothermespeuventêtremodéliséessousformedenormesde
réaction des performances en fonction de leur température corporelle (Huey and Slatkin 1976;
Fig.11).Latempératurecorporelleexerceuneinfluencesurdesfonctionsmajeurestellesquela
locomotion, la digestion ou la croissance. La relation entre la température du corps et un type
spécifiquedeperformanceestgénéralementdécriteparunefonctionasymétrique(Fig.11).Ainsi
pour une performance donnée, la performance relative va progressivement augmenter avec la
températurepoursestabiliserautourd’unevaleurmaximale,etensuites’effondrerdemanière
plusabrupte.L’optimumthermiqueestlatempératureducorpsoùlaperformanceestmaximale.
Ainsilathermorégulationrésulted’uncompromisentredescoûtsetdesbénéfices(Huey
and Slatkin 1976). Le modèle d’optimalité de Huey and Slatkin prédit notamment que la
thermorégulation est bénéfique seulement lorsque les coûts associés sont faibles. Ainsi les
individusdevraientsecomporterd’unemanièrequimaximiseleurgainénergétiquenet(c'està
dire, les bénéfices moins les coûts de la thermorégulation). Cependant les stratégies visant à
optimiserlathermorégulationrépondentàdescontextesécologiquesprécis,maisrépondentaussi
àdesfacteursintrinsèquestelsquelespréférencesthermiquesoulestatutphysiologique.Ainsi,si
les animaux thermorégulent de manière optimale, alors leurs performances devraient être
optimisées,avecdesbénéficessupposésentermesdefitness.Cependant,danscertainscontextes,
lepouvoirexplicatifdecemodèlesemblefaible.
21

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure 11. Relation classique entre température corporelle et performance chez les ectothermes.
L’optimumthermique(T0)estlatempératurequimaximiselaperformance,etlalargeurdelacourbede
performance correspond à la gamme de températures permettant à la performance d’être égale ou
supérieureàunniveaudonné.Parexemple,lagammedeperformanceà80%(B80)estl’intervallede
températures au dessus de laquelle la performance est supérieure à 80% du maximum. Les seuils
critiques minimum (CTmin) et maximum (CTmax) correspondent aux températures minimales et
maximalesentrelesquelleslaperformanceestpossible.
Source:Angillettaetal.2002(d’aprèsHueyandStevenson1979).
412Lecasdesembryons
Lescourbesdeperformancepourlasurviedurantlesstadesembryonnairesoularvairespossèdent
une forme qui diffère d’une courbe typique de performance (Angilletta 2009). Au lieu d’être
asymétriques, ces courbes tendent à être plus symétriques avec des transitions très brusques
entre la largeur de performance et les limites thermiques. Cette relation serait le résultat de
l’inactivationréversibledeprotéinesquidirigentladivisioncellulaire(vanderHave2002;Fig.12).
L’inactivationgraduelledesenzymesavecl’augmentationouladiminutiondelatempératurepeut
résulter en un seuil thermique pour la transcription. Si les protéines impliquées dans la
transcription ne peuvent pas maintenir leur conformation fonctionnelle, l’embryon ou la larve
devraitfinirparpérir.
Cependant, contrairement aux autres performances, la sensibilité thermique du
développement embryonnaire chez les ectothermes ne semble pas toujours correspondre aux
courbesdeperformancesdéveloppées(Angilletta2009),notammentpourlacompréhensiondes
variationslatitudinalesobservées(BervenandGill1983;Lambetal.1987;Laugenetal.2003).
22

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure12.Latempératureaffectelaprobabilitéqu’uninducteuractivelatranscriptiond’unopéron.
Letauxdetranscriptions’effondrentbrutalementquandlatempératureapprochelepointauquel
letransducteuralamêmeprobabilitéd’êtreactifouinactif.
Source:Angilletta2009(d’aprèsvanderHave2002).
23

42LesreptilesSquamates(lézardsetserpents)
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Les Squamates représentent une opportunité pour examiner les avantages sélectifs de la
régulationdesconditionsdedéveloppementprénatales,indépendammentdesbénéficesassociés
auxsoinsparentauxpostnataux.Touslesoiseauxetlesmammifèresutilisentunecombinaisonde
soinsprénatauxetpostnataux,cequirendimpossiblelacompréhensiondesbénéficesdessoins
prénataux sans prendre en compte l’investissement postnatal. Sans constituer une étape de
transition dans l’évolution de l’endothermie, les stratégies de régulation prénatale des
ectothermespeuventaideràclarifierlesavantagessélectifsd’unethermorégulationaméliorée.Si
lessquamatesproduisentunechaleurmétaboliquenégligeable,ilsontcependantdéveloppéune
diversité de stratégies parentales pour protéger les embryons en développement des variations
thermiques.
4.2.1. Diversité des moyens de régulation maternelle du
développement
Lesfemellesreproductricesvontcontrôlerplusieursaspectsduphénotypedeleursjeunes,mais
lesvoiesparlesquellesellesvontexercercecontrôlesontdiversifiées.Lechoixdupartenaireou
lesdécisionsd’allocationsontunmoyend’exercercesinfluencesmaternellesetontreçuunintérêt
considérable (Shine 2004). Etant majoritairement lécithotrophes, les femelles investissent en
premierlieudansdesréservesénergétiquesplacéesdansles«œufs»,qui contiennent tousles
nutrimentsnécessairesàentretenirledéveloppementdesembryons(Deeming1991).Cesréserves
sont principalement constituées de lipides (Noble 1991; Speake and Thompson 2000) et leur
utilisation est rapide durant les stades plus tardifs du développement embryonnaire, quand la
croissanceestmaximale(Romanoff1960).
Unautreprocédéparlequellesfemellesvontpouvoirmodifierlesattributsdeleursjeunes
est de contrôler les conditions physiques (hydriques et thermiques) de l’environnement de
développement.
Lesespècesovipares:
Chezlesreptilesovipares,laprésenceparentaleauprèsdesœufsetdesjeunesexisteseulement
chez un petit nombre de taxons (Shine 1988; Somma 1990, 2003). Le contrôle des conditions
thermiquesdedéveloppementvaseréaliseràdifférentsstadesdudéveloppement:
24

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Tout d’abord, la plupart des squamates retiennent leurs œufs dans les voies génitales pendant
environ un quart de l’embryogénèse (Shine 1983; Blackburn 2005; Andrews 2004). La
thermorégulation maternelle entre l’ovulation et la ponte est susceptible de modifier les
conditionsthermiquesdesembryons(Shine1995;Shine2006;Lourdaisetal.2008).Lesfemelles
gravidesmontrentdescomportementsdethermorégulationaccentués,ainsiqu’unemodification
deleurspréférencesthermiquesparrapportauxfemellesnongravides(ShineandMadsen1996;
Robertetal.2006;Shine2006;Webbetal.2006;Lourdaisetal.2008).Chezcertainesespèces,les
femellesgravidesvontsélectionnerdestempératuresplusélevées,tandisquechezd’autres,les
températureschoisiesserontplusbassesquecellesmaintenuesàl’étatnonreproducteur(Shine
1980;CharlandandGregory1990;Andrewsetal.1997;Robertetal.2006;Shine2006;Webbet
al.2006).Demanièreplusanecdotique,certainesfemellespythonsexprimentuncomportement
typiquedethermorégulationinversée(lesdeuxtiersinférieursdelafaceventraleducorpsétant
retournés vers le haut; Ross and Marzec 1990; Barker and Barker 1994; Lourdais et al. 2008),
durantlaphasedegravidité.
Justeavantlaponte,lesfemellesvontsélectionnerdessitesdeponteappropriés.Eneffet,
desvariationsimportantesdes conditionsthermiquesethydriquespeuventapparaitreentreles
différentssitesdepontepotentiels(PackardandPackard1988).Ilapparaitquelesfemellesvont
choisir de manière nonaléatoire les sites pour déposer leurs œufs (Bull et al. 1988; Shine and
Harlow1996;WarnerandAndrews2002;Stahlschmidtetal.2011).
Chez certaines espèces, les femelles vont rester auprès des œufs, ce qui aurait pour
bénéfice d’augmenter substantiellement le taux de survie des œufs (Hasegawa 1985). Ce
comportementapparaitainsichezlescinqueEumecesfasciatus,oùlesfemellesvontégalement
transloquerlesœufsàl’intérieurdunidafindemaintenirdesconditionsthermiquesethydriques
favorables (Fig.13). Le comportement de couvaison chez les pythons pourrait fournit également
des bénéfices thermiques aux œufs (Shine et al. 1997b; Madsen and Shine 1999). Enfin chez
certainesgrandesespècesdepythons,lesfemellesvontpouvoirfourniràleurpontedelachaleur
métaboliqueproduiteparunprocessusdethermogénèsepartremblement(Vinegaretal.1970;
HarlowandGrigg1984;SlipandShine1988).
Lacomposantehydriqueestégalementessentielledansledéveloppementembryonnaire
(Packard1991,1999;Booth2004),etdenombreusesétudesontdémontréquelesœufsetles
embryonsdesreptilesétaientfortementaffectésparladisponibilitéeneaudeleurenvironnement
(Packard1991;Warnerand Andrews2002;BrownandShine 2004). Le contrôle des conditions
hydriques du développement par les femelles s’exerce notamment par la sélection de sites de
pontes appropriés (Brown and Shine 2004; Stahlschmidt et al. 2011). Enfin, après la ponte,
25

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
certaines femelles vont rester auprès des œufs, qu’elles pourront déplacés au sein du nid afin
d’optimiserlesconditionsdedéveloppement(Fig.12)Plusparticulièrement,chezlespythons,les
femellesvontprésenteruncomportementdecouvaisondesœufsjusqu’àl’éclosion(Shine2004;
Aubretetal.2003;Aubretetal.2005;Lourdaisetal.2007).Cecomportementseraitàl’originede
larégulationhydriquedelaponte(Lourdaisetal.2007;Stahlschmidtetal.2008a).
Lesespècesvivipares
Lemodedereproductionvivipareestapparudefaçonsindépendantesdansplusde105lignées
distinctesdesquamatescequiestuncasuniquechezlesvertébrés(Blackburn2005).Lesbénéfices
de la viviparité semblent associés à la thermorégulation maternelle accentuée qui garantiraient
aux embryons l’accès à des températures plus élevées que celles disponibles dans les sites de
pontes (Shine 1995; Shine 2004). La gestation modifie profondément les stratégies de
thermorégulation des femelles (Shine 1980; Charland and Gregory 1990; Andrews et al. 1997;
Robert et al. 2006; Shine 2006; Webb et al. 2006). Les femelles gravides allouent leur budget
temps dans la thermorégulation (Shine 2006; Le Galliard et al. 2003a), modifient leur
déplacements (Naulleau et al. 1996) et réduisent leurs prises alimentaires (voire cessent de
s’alimenter; Saint Girons 1952, 1957) Enfin, les températures sélectionnées par les femelles
gravides apparaissent généralement bien plus stables, que celles sélectionnées par les femelles
nonreproductricesoulesmâles(Shine2006).
Fig.13.FemelleEumeciesfasciatus
auprèsdesesœufs.
Les pressions de sélection responsables de la transition vers la viviparité chez les
reptilesontattiréunintérêtscientifiqueconsidérable:enpremierlieu,lathermorégulationactive
desfemellesconfèredesavantagesenaugmentantlavitessede développement desembryons,
26

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
notammentsouslesclimatsfroids(«Coldclimatehypothesis»;TinkleandGibbons1979;Shine
and Bull 1979; Shine1983b) et les bénéfices associés à une date de naissance précoce. L’autre
avantagesélectifd’unepriseenchargematernelle,surl’ensembledeladuréedudéveloppement,
est une amélioration de la qualité phénotypique des jeunes («Maternal manipulation
hypothesis»;Shine1995;Shine2004b;Shine2006).
Enfin la régulation hydrique du développement est également essentielle chez les
espècesovipares,etl’apporthydriqueestfourniparlesfemellesgestantes.Desétudesontainsi
montréunepriseeneauconséquentedesembryonsenfindedéveloppement(DauphinVillemant
and Xavier 1986; Mathies and Andrews 1996) suggérant des besoins hydriques embryonnaires
forts.
4.2.2.Sensibilitéthermiquedudéveloppement
Lessquamatessontprincipalementlécithotrophes(StewartandThompson2000;Blackburn2005)
etlesinfluencesmaternellespendantledéveloppementsontmajoritairementd’ordrethermiques
(Tinkle and Gibbons 1979; Shine and Harlow 1993; Shine 1995; Bernardo 1996). Les conditions
thermiquesd’incubationvontainsiaffecterunediversitédecaractéristiquesdesjeunes,détaillées
cidessous.
Durée du développement
Les conditions d’incubation chez les reptiles vont tout d’abord conditionner la vitesse de
développementdesembryons,etainsiladated’éclosiondesœufs(espècesovipares)ouladatede
misebas (espèces vivipares). Des conditions thermiques favorables augmentent la vitesse du
développement,etentraînedesdatesdenaissanceplusprécoces.Desétudesontmontréqu’une
naissanceprécoceseraitfavorablepourlesjeunesnotammentdanslesrégionstempérées(Olsson
andShine1998a,1998b;ShineandElphick2001;Lourdaisetal.2004b;WarnerandShine2007)
oùladispersionetlarecherchealimentaireconditionnentlasurviehivernale(Altweggetal.2005).
Unenaissanceprécoceseraitalorsassociéeàunemeilleuresurvie(OlssonandShine1998;Warner
andShine2007)ainsiqu’unmeilleurrendementreproducteurplustarddanslavieadulte(Uller
andOlsson2010).
Morphologie
La morphologie peut être modifiée par les températures de développementet de nombreuses
études ont rapporté des modifications de la taille corporelle et des proportions corporelles des
27

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
jeunes en fonction des variations des conditions d’incubation (Burger et al. 1987; Elphick and
Shine1998;QuallsandAndrews1999;JiandBraña1999;BrañaandJi2000;ParkerandAndrews
2006).Lesanomaliesd’écailluresetdepigmentationsontégalementinfluencéesparlesconditions
thermiquesdudéveloppement(Vinegar1973,1974;Osgood1978;Forsmanetal.1994;Shineet
al.2005;Löwenborgetal.2010),lespremièresreflétanttrèsprobablementuneperturbationde
l’expressiondesgènesdudéveloppement(Löwenborgetal.2010,Fig.14).Enfin,chezcertaines
espèces de reptiles, le sexe des individus est déterminé après la conception par la température
environnementalependantl’incubation(Ewertetal1994;LangandAndrews1994;Pieauetal.
1999;Valenzuela2004).
Comportement,performancesetphysiologie
Denombreusesétudesontdémontrél’influencedesconditionsd’incubationsurlecomportement
des nouveaux nés à la naissance tel que le comportement antiprédateur (Burger 1989; Burger
1998;DownesandShine1999;Webbetal.2001;BlouinDemersetal.2004),lescomportements
sensoriels (notamment via les sorties de langues qui permettent de collecter les informations
chimiquesdel’environnement;Burger1991;Aubretetal.2003),lescomportementsalimentaires
(Burger1991;Shineetal.1997),lathermorégulation(O’Steen1998;QuallsandAndrews1999;
BlouinDemersetal.2000;Blumbergetal.2002),oubienencorelescomportementssociauxou
reproducteurs(GutzkeandCrews1988;SakataandCrews2003).
Fig. 14. Photographies de couleuvres à colliers (Natrix
natrix)capturéesdanslanature,issuesdelacollectiondu
muséumd’histoiresnaturellesdeSuède,montrant(a)des
asymétries de l’écaillure ventrale et (b) une image aux
rayonsXillustrantdesduplicationsdecôtes,reflétéespar
laprésencedesasymétriesventrales.
Source:Löwenborgetal.2010.
28

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Les conséquences des conditions d’incubation sur les performances des jeunes ont
également été largement abordées, parmi lesquelles les capacités de nage et les capacités
locomotrices puisqu’elles peuvent conditionner les capacités à échapper à un prédateur ou au
contraire à attraper une proie (Shine and Harlow 1996; Shine et al. 1997a; Elphick and Shine
1998; Shine and Elphick 2001; Webb et al. 2001). Enfin, la physiologie des jeunes peut être
modifiéesousl’influencedelatempératurededéveloppement,telquelemétabolisme(O’steen
and Janzen 1999), les patrons de croissance (Qualls and Andrews 1999; Braña and Ji
2000;Wapstra 2000; Parker and Andrews 2006), mais également les processus liés à la mue
(Burgeretal.1987;Burger1989).
Survie
Pourlaplupartdesvariablescitéesprécédemment,ilexisteraitunlienpossibleaveclafitnessmais
quirestenonprouvépourlaplupartdescas,mêmesicertainstraitsontétéavancéscommeétant
debonsprédicteursdelafitness(ForsmanandLindell1993;Burger1998;SorciandClobert1999).
Cependantleseulparamètreprésentantunliendirectetévidentaveclafitnessestlasurvie.Ainsi
des études ont reportées une mortalité différentielle des jeunes en relation avec les conditions
thermiques de développement vécues (Burger and Zappalorti 1998; Shine and Harlow 1993;
BrownandShine2004;Lourdaisetal.2004;UllerandOlsson2010).
Unbénéficedel’utilisationdecegroupecommemodèled’étudeestque,tandisqueles
fluctuationsthermiquespeuventêtrenéfastesoumêmefatalesauxembryons(Shineetal.2003;
ShineandElphick2001),latolérancethermiqueestbienplusgrandequechezlesendothermes.
Une telle plasticité fournit une excellente opportunité pour examiner comment une altération
expérimentaledesconditionsd’incubationoudegestationaffectelaqualitédesjeunes.Detelles
manipulations sont extrêmement difficiles, voire impossibles chez les vertébrés endothermes
puisquemêmeunelégèrevariationdeleurtempératurecorporelleesttypiquementlétalechezce
groupe,etlahautesélectivitéthermiqueembryonnairepourraitêtreuneadaptationsecondaireà
lathermogénèseparentale.
43Lescoûtsassociésàlapriseenchargematernelle
Chezlesreptiles,lescoûtsassociésàl’étatreproducteursontconséquents(Shine1980;Madsen
andShine1994;Bonnetetal.1999;Bonnetetal.2002;Bonnetetal.2011).
29

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
431Contraintesphysiques,activitéetexpositionaurisque
Toutd’abordlapériodedegraviditéestassociéeàunechargephysiquesignificative(Shine1980;
Seigeletal.1987;BrownandShine2004),quiengendreunediminutiondescapacitéslocomotrices
desfemelles(LimaandDill1990; Mileset al.2000;LeGalliardetal.2003a).Généralement,la
reproductionestassociéeàundéplacementplusréduitainsiqu’àuneaugmentationdesactivités
de thermorégulation (Robert et al. 2006; Shine 2006; Webb et al. 2006; Lourdais et al. 2008).
Coupléeàlachargephysique,cetteexpositionaccrueestainsisusceptibled’augmenterlesrisques
deprédation(PiankaandPianka1970;Hertzetal.1982;SchwarzkopfandShine1992;Webband
Whiting 2005; Bleu et al. 2010). Cependant certaines femelles modifient leurs activités de
thermorégulation vers un comportement plus cryptique en situation de danger (Brodie 1989;
SchwarzkopfandShine1992;Bleuetal.2011).
432Contraintesénergétiques
Descoûtsénergétiquesetmétaboliquesassociésàlareproductionont étéclairementidentifiés
(Bonnet et al. 1999; Bonnet et al. 2002; Schultz et al. 2008). Chez les squamates, la gestation
représenteunepériodeextrêmementcoûteuseenénergiepourlesfemelles(CluttonBrock1991),
et implique une fourniture en oxygène, en nutriments, en eau pour les embryons en
développement. De nombreux coûts physiologiques ont également été recensés tels qu’un
métabolismeaugmenté(Ladymanetal.2003;Lourdaisetal.2004b;Schultzetal.2008),associéà
des modifications structurales liées aux mécanismes de protéolyse et lipolyses (Lourdais et al.
2004a). Ainsi chez de nombreuses espèces, la demande énergétique élevée associée à la
reproductioninduitunebalanceénergétiquenégativeetlesfemellessebasentsurlecatabolisme
de leurs propres tissus afin de terminer la reproduction (Lourdais et al. 2004a). Ce coût est
notamment pertinent dans le cas d’espèces vivipares dites «capital breeder» (Jönsson 1997;
Bonnet 1998), dont l’engagement dans la reproduction se fait par accumulation de réserves
énergétiques sur de longues périodes de temps, et lorsque ces réserves ont atteint un seuil
suffisant(Bonnetetal.1999;Bonnetetal.2001a;Bonnetetal.2002).
5Problématiquedelathèseetprédictionsgénérales
30

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Lebutdecettethèseestd’examinerlasensibilitéthermiquedudébutdudéveloppementetde
clarifierlasignificationdesrégulationsparentalesprénatales.Ledéveloppementembryonnaireet
lescomportementsparentauxétantliésd’unpointdevuefonctionnel,nousavonsconsidérédans
cettethèse,cesdeuxfacettescomplémentaires:
Axe1:Etudedelasensibilitéthermiqueembryonnaire
Peu d’études sur les reptiles se sont intéressées à la sensibilité relative des stades de
développementhormispourlescasd’étudesdelaTSD.CommesuggéréparlesmodèlesdeTSD,
les traits phénotypiques pourraient être également affectés à des stades spécifiques durant le
développement.
Selonl’hypothèsedeFarmer(2000),lasensibilitéthermiquedesembryons(notammenten
début de développement) est un trait général des vertébrés. Cette sensibilité aurait favorisé
l’émergence de l’endothermie des oiseaux et des mammifères. Si cette théorie est valide, nous
pouvonsprédirequelasensibilitéexisteaussichezlesvertébrésectothermes,caractériséspardes
possibilités limitées pour réguler physiologiquement leur température corporelle. Des
perturbations aux stades précoces devraient altérer les processus d’organisation et induire des
cascadesdechangementsphénotypiques(WilsonandFranklin2002).
Danscecontexte,nousprédisonsque:
(1) Des conditions thermiques suboptimales en début de développement vont profondément
altérerlesplanscorporels,lephénotypeetlecomportementetdoncla“qualité”desjeunes.
(2) La prédiction conjointe est qu’une amélioration parentale, même transitoire, des conditions
précocesdudéveloppementdevraitconduireàdesbénéficesmajeursentermedequalitédela
progéniture.
(3) Les stades de développement plus tardifs (vie fœtale) devraient être plus tolérants aux
perturbationsenvironnementalesaveclapossibilitéd’ajustementsphénotypiques,unefoisqueles
étapescruciales(organisation)sesontdérouléesdansdebonnesconditions.
Axe2:Etudedel’expressiondescomportementsetcontraintesmaternellesprénatales
L’étudedelarégulationmaternelleestunecomposanteessentiellepourletestdelathéoriede
Farmer.Eneffet,seloncetauteur,uneaméliorationparentale,mêmetransitoiredesconditionsde
31

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
développementdevraitconduireàdesbénéficesmajeursentermesdequalitédelaprogéniture.
L’objectif de cette partie est de décrire l’expression de ces comportements et notamment leur
évolution à mesure que le développement embryonnaire progresse, afin de tester l’existence
d’ajustements maternels. Par ailleurs, il est important de mieux comprendre la naturede la
régulation maternelle (conditions thermiques mais aussi l’allocation en eau) et les contraintes
associées,notammententermesdebudgeténergétiqueethydrique.Cesélémentssonteneffet
essentielspourévaluerlanaturedépréciableounon(c’estàdireladépendanceàlafécondité)de
larégulation,etlanaturedescompromisauxquelslesindividusdoiventfaireface.
En parallèle, nous avons cherché à clarifier les modifications physiologiques endocrines
associées à ces modifications comportementales. La modulation de la réponse adrénocorticale
maternelle semble un bon outil pour détecter l’existence d’éventuels compromis entre
l’optimisationdelaqualitédesconditionsdedéveloppementetlasurvieparentale.L’expression
descomportementsparentauxprénataux(exposition)devraitaugmenterl’expositionauxsources
extérieures de stress (prédateurs) et l’atténuation/suppression de la réponse au stress est peut
êtrenécessairepourpermettrel’expressionoptimaledessoinsparentaux(WingfieldandSapolsky
2003).
Danscecontexte,nosprédictionssontlessuivantes:
(1) Les femelles devraient s’investir dans la régulation du développement de leurs embryons
notamment aux stades précoces (plus sensibles). Elles devraient limiter leur exposition et leur
activitédethermorégulationenfindedéveloppement.
(2) La réponse au stress devrait ainsi être modifiée (i.e. atténuée) pour permettre un
investissementsubstantieldanslathermorégulation.
(3)L’expressiondessoinsparentauxprénatauxdevraitêtrecoûteuseàlafoisentermesdebudget
énergétiqueethydrique.
Choixdesmodèlesd’études
NousnoussommesintéressésàdeuxreptilesSquamates(serpents),avecuneespèceovipare:le
pythondeChildren(Antaresiachildreni)etuneespècevivipare,lavipèreaspic(Viperaaspis).Le
butn’étaitpasderéaliseruneétudecomparativeentrecesdeuxespèces,maisplutôtdefaireun
32

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
parallèle entre deux systèmes qui présentent des modes de reproduction contrastés, mais
exprimentdessoinsparentauxprolongés,del’ovulationàlanaissancedesjeunes.
L’autre point commun à ces deux modèles est qu’il s’agit d’espèces à faible fréquence
d’alimentation et spécialisées dans une faible consommation énergétique. Par ailleurs, leur
reproduction est basée sur l’accumulation de réserves énergétiques sur de longues périodes
(«Capital breeding»), dont la quantité conditionne l’engagement dans la reproduction (Jönsson
1997;Bonnet1998;Bonnetetal.1999).Cetteparticularitéestainsigénéralementassociéeàune
faiblefréquencedereproduction.
Ces principales caractéristiques en font de bons candidats pour exprimer des soins
parentauxintensifs. Enfin cesdeuxmodèles d’études présentent des soins parentaux prénataux
prolongés,avecd’unepartunethermorégulationaccentuéechezl’espècevivipare(Ladymanetal.
2003)etdurantlaphasedegraviditéchezl’espèceovipare(Lourdaisetal.2008).Enfinlespythons
couvent leurs œufs de la ponte jusqu’à l’éclosion des œufs. Cette thèse s’est un peu plus
concentréesurl’espècevivipare,enraisondesbonnesconnaissancesécologiquesdéjàdisponibles
surl’espèce.
33

MATERIEL
ET
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
METHODES
34

1Modèlesd’études
11.uneespècevivipare:lavipèreaspic
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
La famille des vipéridés (Oppel 1811) est divisée en trois ou quatre sousfamilles. Elles sont
réparties sur tous les continents excepté l’Océanie, et sont toutes constitués de serpents
venimeux. La plupart des vipéridés ont un corps épais recouvert d’un grand nombre de petites
écaillescarénées,etunetêteplusoumoinstriangulaire.Lemodededéveloppementestvivipare,
maispeutêtreoviparechezcertainesespèces(VacherandGeniez2010).Parmilesvipéridés,le
genre Vipera (Garsault 1764) regroupe 4 espèces en France : la vipère péliade, Vipera berus
(Linnaeus 1758), la vipère de Seoane, Vipera seoanei (Lataste 1879), la vipère d’Orsini, Vipera
ursinii(Bonaparte1835)etlavipèreaspic,Viperaaspis,(Linnaeus1758).
111.Caractéristiquesetrépartition
Lavipèreaspicestunpetitserpentvenimeux(enmoyenne55cmdelongueurtotale,150g)avec
unemorphologietrapueetunetêterelativementbiendistincteducorps(Fig.1).Cetteespèceest
extrêmementpolymorpheauniveaudelacoloration,allantd’unfondclairàpresquenoir,avec
l’existenced’individusmélaniquesisolés.Lemuseauestlégèrementretroussé.Lavipèreaspicest
un chasseur à l’affût et tue ses proies par envenimation. Elle se nourrit majoritairement de
micromammifères(98%).
Cette espèce a typiquement une répartition médioeuropéenne (Fig. 2). Ses extensions
méridionales atteignent le nord de l’Espagne, la Sicile, la Calabre, et l’extrême nordouest de la
Slovénie(Paysanetal.2003).Lavipèreaspicestprésentedanstouslesmassifsmontagneuxdeson
airederépartition.Généralement,ellefréquentelescoteauxboisés,lesfrichesetlesbroussailles.
Sonaffinitésetourneégalementverslesmilieuxbocagers(VacherandGeniez2010).
35

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
112Reproductionetnaturedessoinsparentauxprénataux
La vipère aspic a fait l’objet de nombreux travaux (Saint Girons 1952, 1957, 1975, 1980; saint
Gironsetal.1985;Naulleau1979,1981,1986,1996,1997;Bonnetetal.1999,2000,2001,2002;
Lourdais et al. 2004b) notamment en ce qui concerne sa stratégie d’acquisition des ressources
baséesurl’accumulationderéserves(Bonnet1998).Cetteparticularitéconfèreàcetteespèceune
faiblefréquencedereproduction,touslesdeuxàtroisans.Cetteespèceviviparemetaumondeen
moyenne6vipéreaux(de1à22)aprèsenviron3moisdegestation.Pendantlagestation,laviedes
femelles reproductrices va être affectée par de profonds changements comportementaux. Les
femelles reproductrices deviennent nettement plus sédentaires et leur domaine vital se réduit
considérablement. Enfin on constate une réduction, voir un arrêt des prises alimentaires (Saint
Girons 1952). Le cycle de reproduction de la vipère aspic (Fig. 3) est constitué d’une première
phase d’allocation des réserves dans les œufs (phase de vitellogénèse). Le développement
embryonnairecommenceaumomentdel’ovulation(versmijuin,Naulleau1981),etsetermineà
lamisebasenfind’été(phasedegestation).
Figure1.Vipèreaspic.
Figure2.Cartederépartitiondelavipèreaspic.
36

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure3.CycledereproductiondeViperaaspis(modifiédeBonnetetal.2001)
Lagestationentraînedesmodificationsécologiquesetphysiologiquesprofondesetnongraduelles
pendant toute la durée de développement embryonnaire. Elles vont présenter des optimums
thermiques différents et plus élevés et passer significativement plus de temps que les non
reproductrices en thermorégulation (Naulleau 1997; Ladyman et al. 2003). Ceci s’accompagne
d’une augmentation du métabolisme induisant des coûts énergétiques importants, et liés à la
fécondité (Ladyman et al. 2003). Enfin, des études précédentes ont évoqué une sensibilité
importante de la reproduction aux facteurs climatiques (Lourdais et al. 2002b ; Lourdais et al.
2004b). Ainsi les températures moyennes annuelles sont susceptibles d’influencer la durée de
gestationchezcetteespèce(Fig.4),maiségalement,ontdesconséquencessurlephénotypedes
jeunesàlanaissanceetsurleurtauxdesurvie(Lourdaisetal.2004b).
37

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure 4. Influence de la température environnementale moyenne pendant la période de gestation
(été)surladuréedegestationchezdesvipèresenliberté.Pourplusdesimplicité,legraphemontrela
duréedegestationmoyenneannuelle.
Source:Lourdaisetal.2002
Cependantsil’écologiedecetteespècealargementétéétudiée,lamajoritédesétudesrestent
corrélatives.Notammentl’influencedesconditionsthermiquesdurantlagestation,etlechoixdes
préférencesthermiquesdesfemellesgestantesdurantlagestationontprincipalementétéévalués
enconditionsnaturellesquisontextrêmementfluctuantessouslesclimatstempérés.Ainsilebut
de cette thèse était d’obtenir des données complémentaires sur cette espèce en utilisant des
conditionscontrôlées,afindedéfinirprécisémentl’impactdeconditionsthermiquesdéfavorables
sur le développement embryonnaire, et d’accéder de manière fine aux modifications
comportementalesdesfemellesdurantcettepériode(comportementetpréférencesthermiques).
38

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
12Uneespèceovipareavecsoinsauxœufs:lepythondeChildren
121Caractéristiquesetrépartition
Lespythonssontdesserpentsnonvenimeuxquituentlesproiesparconstriction.Lepythonde
Children, Antaresia childreni (Gray 1842 ; Figure 5), est un serpent de taille moyenne (120cm,
600g). Le python de Children se rencontre au nord de l’Australie depuis Kimberley (Australie
occidentale ; Fig.6) jusqu’au golf de Carpentaria, Queensland (Wilson and Swan 2003). Cette
espèce affectionne les zones d’affleurement rocheux à proximité de prairies et de bois. Cette
espèceestunchasseuràl’affûtquisenourritdegrenouilles,d’oiseauxetdemammifères(Shine
andSlip1990)etpeutchasserdeschauvessourisenétantpartiellementsuspendudanslestoits
degrottes.Cetteespècetuesesproiesparconstriction.Encaptivité,ellesenourritaisémentde
souris.
Figure5.FemellepythondeChildrensursesœufs.Lespremiersontdéjàéclosetlaissentapparaitre
plusieursnouveaunéssouslamère.
39

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure6.AirederépartitiondupythondeChildren.Lespointsvioletssontissusdelalittératureetla
zonerosereprésentel’airederépartitionestiméedel’espèce.
Source:20082011ReptilesDownUnder.com
122Reproductionetnaturedessoinsparentauxprénataux
Le cycle de reproduction du python de Children (Fig.7) se constitue d’une première étape
d’allocation des réserves (vitellogénèse) dans les œufs. Le développement embryonnaire
commencedèsl’ovulationetsepoursuitdurantlaphasedegraviditéetl’incubation.Pendantla
phase de gravidité, les œufs sont retenus dans les oviductes des femelles où les embryons
effectuentuntiersdeleurdéveloppement,jusqu’austade38(Lourdaisetal.2008).Lepythonde
Childrenpondgénéralementde3à12oeufsavecunemoyennede6.5(ShineandSlip1990).La
femelles’enrouleautourdesaponte pourlesprotégerdela dessiccation (Lourdais et al. 2007)
maisneproduitpasdechaleurpendantcettepériode.Laduréed’incubationestenmoyennede
50jours.
40

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure7.CycledereproductiondupythondeChildren.(Modifiéd’aprèsBonnetetal.2001)
Lespythonstendentàpondreleursœufsàunstadeavancé,alorsquelesembryonsont
effectué plus d’un tiers du développement (Shine 1983a; Lourdais et al. 2008 ; Fig.8). Il existe
pendant la phase de gravidité (période entre l’ovulation et la ponte) des modifications du
comportement maternel avec une thermorégulation accentuée (Lourdais et al. 2008), afin de
régulerlesconditions du développement embryonnaire.Lesfemellesgravides maintiennent des
températures corporelles plus élevées et moins variables que les femelles non reproductrices
(Fig.9).Onobserveparexempleuncomportementspécifiqueaveclecorpsenposition«inversée».
Lafemelleadonclapossibilitédecontrôlerlesconditionsthermiquesendébutdedéveloppement
embryonnaireparlathermorégulationcomportementale,àl’imaged’uneespècevivipare.
Les pythons présentent également des stratégies parentales spécifiques avec un
comportementde«couvaison»quialargementétéétudié(Vinegar1970;HarlowandGrigg1984;
Slip and Shine 1988; Lourdais et al. 2007; Stahlschmidt et al. 2008a, 2008b). Ainsi, après
l’oviposition, les femelles s’enroulent autour de la ponte jusqu’au point de couvrir entièrement
toute la surface des œufs (Shine 2004a ; Aubret et al. 2005b ; Lourdais et al. 2007). Ces
comportementspermettentd’éviterlesfluctuationsenvironnementales(hydriquesetthermiques)
commecelaaétédémontrédansdesétudesprécédentes(MadsenandShine1999;Lourdaisetal.
2007;Stahlschmidtetal.2008a).Certainesespècessontmêmecapablesdeproduiredelachaleur
pardescontractionsmusculairesrégulières
(thermogénèse par tremblement ; Vinegar
1970;SlipandShine1988).
Figure 8. Photographie d’un œuf Antaresia
childreniouvertpeudetempsaprèsl’oviposition(<
3h). L’embryon reposait sur son côté gauche. Les
yeux étaient pigmentés, les mâchoires inférieures
sont bien définies et la queue montre 5 spires
distinctes. Les lignes sombres sous la coquille
intacte correspondent au réseau circulatoire des
membraneschorioallantoïques.
Source:Lourdaisetal.2008
41

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure 9. Influence du statut reproducteur sur la température corporelle moyenne journalière. Les
serpents reproducteurs (cercles blancs) et les serpents nonreproducteurs (cercles noirs) étaient
maintenusdansdescagesséparéesavecunaccèspermanentàunesourcedechaleuradditionnelle.La
premièreflèche(«ecdysis»)indiquelenombredejoursavantl’ovipositionpour que la mue ait lieu
chez les femelles reproductrices (23.1 jours). La deuxième flèche («oviposition») indique la date
d’oviposition (jour 0) pour les femelles reproductrices. Les barres d’erreur représentent les erreurs
standard,quireflètentlavariationinterfemelles.
Source:Lourdaisetal.2008
42

2Matérielettechniques
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
21Manipulationsthermiquesexpérimentales
L’impact des conditions thermiques sur le développement des reptiles a attiré un intérêt
considérable(DeemingandFergusson1991;Deeming2004).Cependant,dansdenombreuxcas,
les dispositifs expérimentaux ont reposé sur des températures constantes. Les travaux récents
commencent à intégrer les fluctuations journalières. Ce projet repose précisément sur la
manipulation des conditions thermiques prénatales afin de clarifier l’importance des cycles
thermiquesmaternels.
Les cycles thermiques et hydriques journaliers ont été manipulés à l’aide d’enceintes
climatiques(VötschIndustrieTecnnik,BaligenGemany;Fig.10).Apartirdesdonnéesdisponibles
surlesdeuxespèces(Lourdaisetal.2004b,2008)ouacquisesdanslecadredecetravail,ilaété
possible de mettre en place des régimes expérimentaux impliquant un régime contrôle
(correspondant au choix maternel) et des régimes contraints impliquant des températures plus
basses.Lesrégimesexpérimentaux«contraints»ontétéréalisésdemanièrecohérenteenterme
écologiqueetcorrespondaientàdesperturbationsauxquelleslesanimauxpeuventêtreexposésin
natura. Cette précaution expérimentale était essentielle afin d’éviter d’appliquer des régimes
thermiquesnonréalistes,quiauraientprofondémentbiaiséslesrésultats,enaffectantdemanière
trop brutale les embryons. A l’inverse, les perturbations imposées sont plutôt modérées et
correspondentàdesrégimesthermiquesobservéschezlesfemellesnonreproductrices.
43

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure 10. Enceintes climatiques permettant le contrôle des conditions thermiques et hydriques
journalières
Lesrégimesexpérimentauxontdifférésselonlesétudes,enraisondel’écologiedesespècesetdes
questionsscientifiquesadressées.Lesrégimesutiliséssontdétailléscidessous,chezchacunedes
espèces.
a)Pythondechildren(Achildreni)
Lesmanipulationsthermiquesontétéappliquéesdurantlaphasedegravidité(flècheorange,Fig.
11). Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à l’importance pour les femelles gravides
d’atteindre leur température préférée (Tset). Ceci constituait la manipulation expérimentale
complémentaireàl’étudedeLourdaisetal.(2008)quiavaitexplorélecomportementmaternelde
thermorégulation durant cette même période. Le choix de nos régimes thermiques s’est donc
appuyésurcesdonnéesdéjàdisponibles.Troisrégimesthermiquesexpérimentauxontainsiété
réalisés et différaient dans le temps passé à Tset(Fig.12). Les conditions d’incubation étaient
ensuitelesmêmespourchacundestroistraitements(conditionsoptimales).
44

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure11.Lesperturbationsthermiquesontétéappliquéesdurantlaphasedegraviditéchezlepython
deChildren,commeindiquéparlaflècheorange.
Figure 12. Représentation des 3 régimes thermiques appliqués durant la phase de gravidité chez le
python de Children. Le régime «24HTset» correspond au régime optimal durant lequel les femelles
étaient exposées à des températures constantes (31.5°C). Les deux autres régimes (suboptimaux)
avaientlamêmemoyennethermiquejournalièremaisdifféraientdansletempspasséàTsetavec4h
d’accèsàTset(«4HTset«)etaucunaccès(«NR»).
45

)Vipèreaspic(V.aspis)
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Les manipulations thermiques ont été réalisées au cours de la gestation, à différents stades du
développementembryonnaire(début,milieuetfin;flèchesoranges,Fig.13).Nousavonsréalisé
deux cycles thermiques différents : un optimal et un suboptimal (« frais »). Cinq traitements
expérimentaux ont ainsi été établis: un groupe optimal (O) dans lequel les femelles étaient
exposéesàdestempératuresoptimalesduranttoutelagestation,ungroupetémoinnégatif(C)au
sein duquel les femelles étaient soumises à des températures fraiches sur la durée totale de la
gestation, et 3 traitements intermédiaires (C1, C2 et C3) qui différaient dans le moment de la
gestationoùlerégimefraisétaitappliqué.(Fig.14).
Figure 13. Les perturbations thermiques ont été réalisées à différents stades de la gestation chez la
vipèreaspic(début,milieuetfin).
46

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure 14. Choix des cycles thermiques appliqués au cours de la gestation chez la vipère aspic et
périodes d’exposition. Deux cycles journaliers ont été crées (a), un régime optimal («Reproductive
regime»)etunrégimesuboptimalfrais(«Nonreproductiveregime»).Lestraitementsexpérimentaux
ontétéréalisésenappliquantlesdifférentsrégimesàdifférentespériodesdelagestation(b).
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22Suiviéchographique
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Unsuiviéchographiquenousapermisderéaliserunsuivifindel’engagementdanslareproduction
etdudéveloppementembryonnaire.NousavonsutiliséunéchographeSonositeMicromaxx(Inc.,
Bothell,WA,USA)avecunesondelinéaireàhautefréquence(13Mhz).Cetoutilaégalementété
requispourl’étude du comportement maternel. Il aura été essentiel en conditionnant plusieurs
aspectsmajeursdecettethèseetdusuividesparamètresdétailléscidessous:
Children
221 Engagement dans la reproduction chez le python de
Iln’existepasdesignesostensiblestémoignantdulancementdudéveloppementembryonnaire.Le
suiviéchographiquenousapermisdedéterminerlespériodesd’ovulationetdepouvoirlancerles
expérimentations en conséquence (Fig.15). L’ovulation peut être aisément déterminée par la
forme caractéristique des œufs (ovoïdes et enflés), distinctement séparés et alignés dans
l’oviductedelafemelle.Avantl’ovulation,lesœufssontdeformearrondie,depluspetitetaille,et
assemblésengrappedansl’oviductedelafemelle.
Figure15.Déterminationdel’ovulationchezunefemelledepythondeChildren,Antaresiachildreni,à
l’aide de l’échographe. La forme de l’œuf indique une ovulation récente et le démarrage du
développement embryonnaire. Ce diagnostic est associé au lancement des traitements thermiques
expérimentaux.
222Ovulationetsuividudéveloppementembryonnairechez
laVipèreaspic)
Ledéveloppementembryonnairedelavipèreaspicaétéétudié(HubertandDufaure1968)avec
des descriptions précises des différents stades mais sans lien dynamique avec les conditions
thermiques.Grâceausuiviéchographique(Fig.16a,16b,16c),ilaétépossiblededéterminerles
48

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
stades de développement et d’appliquer les régimes thermiques en conséquence. Ce diagnostic
était essentiel car il existe des variations significatives entre femelles dans la phénologie de la
reproduction. Par ailleurs, du fait de l’absence de données reliant stades de développement et
température,unsuivirégulierdudéveloppementembryonnaireétaitnécessaire(tousles15jours
environ).
L’ensembledenostravauxsurlavipèreaspicreposaitsuruneétudeàdifférentsstadesde
la gestation. Ainsi, l’étude du comportement maternel et des ajustements selon le stade
embryonnaireàégalementimpliquélesuiviéchographiquefindesconditionsdedéveloppement,
afin de déterminer les moments précis où les mesures comportementales et physiologiques
devaientavoirlieu.
Enfin,grâceauxmesureséchographiques,nousavonspusuivrel’évolutiondelatailledes
œufs (volume) et pu mettre en relation ce paramètre avec la prise en eau au cours du
développement.
49

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Fig.16a.Débutdegestation(àgauche=vuesagittale,àdroite=vuefrontale).Onnotel’embryonde
petitetailleetlamasseimportantedevitellus(couleurgrisehomogène)
Fig. 16b. Deux exemples d’échographies en milieu de gestation (vues frontales). La tête avec les
mâchoiresetlesyeuxsontclairementvisibles.Onremarquel’enroulementenspiralecaractéristique.
Lesréservesdevitellussontencoreimportantes.
Fig.16c.Deuxexemplesd’échographiesprisesenfindegestation(vuesfrontales).Lefœtussedéroule,
lesréservesvitellinessontréduitesetlegainentailleestévident.
50

23Suivisphysiologiques
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
231Suivishormonauxetréponseaustress
L’étudedesmécanismeshormonauxàl’interfaceentreenvironnementetcomportementsetdes
soubassements endocriniens de la reproduction est une facette essentielle de l’étude. Les
prélèvementssanguinsontétéréalisésparponctioncardiaque(Figure17)àl’aided’uneseringue
1mlmunied’uneaiguilledepetitetaille(Microlance30G)afind’éviterd’impacterlamusculature
cardiaque.Lesprisesdesangontétécentrifugées(3000tour/minutependant5minutes)afinde
séparerleplasmadeshématocrites.Lestauxd’hormones(corticostérone)ontétédéterminéspar
dosageradioimmunologique(RIA),auCentred’EtudesBiologiquesdeChizé.
Chez la vipère aspic, nous avons également étudié la modulation de la réponse
adrénocorticale.Leprotocoledeprisedesangconsistaitàcapturerlesanimauxdansleurscages
expérimentales,aprèslesavoirplacésdansuntube(premiertiersducorps).Unepremièreprisede
sang a été réalisée en moins de 3 minutes et l’animal a ensuite été placé 1h dans une boite
transparente,enenceinteclimatiqueà25°Cafindecréerunesituationdestress.Uneheureaprès,
l’animal était récupéré et une deuxième prise de sang effectuée afin de mesurer la réponse
allostasique.
Figure 17. Illustration d’une prise de sang par ponction cardiaque chez Vipera aspis à l’aide d’une
seringuepréalablementhéparinée.Lesérumestensuiteséparédeshématiesparcentrifugation
51

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
232Suivisénergétiques
Enparallèle,nousavonsconsidérél’évolutiondelamusculatureetdesperformancesaucoursde
lareproduction.Lesdeuxespècessontdesreproducteurssur«réserves»etlesprisesalimentaires
sont généralement absentes pendant les soins prénataux (gravidité et soins aux œufs). La
quantification de l’impact énergétique du jeûne et de la reproduction peut être réalisée en
mesurantlamusculaturedorsale(musculatureépaxiale)chezlepython. Nous avons suivi la
méthode développée par Lourdais et al. (2005). Pour la vipère aspic, nous avons adapté la
méthode basée sur des mesures de la largeur de la queue, car la musculature épaxiale est
difficilementaccessiblepourcetteespèce.
Nousavonségalementmesurél’impactdelareproductionsurlesperformancesavecdes
mesuresdeforcesdetractions.Cesmesuresontétéréaliséesàl’aided’undynamomètre(Gauge
ForceBioblock)ensuivantlaméthodedéveloppéeparLourdaisetal.(2005)(Fig.18).
Figure18.Représentationschématiquedelaméthodeutiliséepourquantifierlaforcedetraction.Le
serpent était maintenu sur le sol: un opérateur (A) immobilisait la première section du corps tandis
qu’unautre(B)maintenaitleserpentdansunepositiontendue.Undynamomètre(Dyna)étaitattaché
au poignet de l’opérateur B et ajusté pour maintenir une faible traction (05 newtons). Ensuite,
l’opérateur B relâchait simplement sa force de traction permettant à sa main d’être déplacée
latéralementparlaforcedetractionduserpentenmaintenantuneprisesurlaqueueduserpent.
Source:Lourdaisetal.2005
233Perteshydriquestotalesetosmolalité
Lathermorégulationaccentuéedesfemellespeutimposerdescontraintesentermeshydriques.
Ainsi, en choisissant des températures élevées, les pertes hydriques cutanées et respiratoires
peuvent être augmentées. Il peut donc exister un compromis fonctionnel entre la
thermorégulation et le budget hydrique. Nous avons étudié l’impact de la reproduction sur le
52

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
budget hydrique chez l’espèce vivipare. Pour ce faire nous avons utilisé une chambre
calorimétrique en système ouvert. Les mesures d’oxygène ont été réalisées à l’aide d’analyseur
FC10a.Ladensitédevapeur(mg)aétémesuréeàl’aided’unhygromètre(RH300).
24Suivicomportementaladulte
L’étude du comportement des femelles et de l’investissement parental dans la régulation du
développement est une composante essentielle du projet. Nous avons donc quantifié
l’investissement dans la thermorégulation et l’utilisation de refuge selon le statut reproducteur.
Cet axe a été mené sur l’espèce vivipare (Vipera aspis) qui montre une thermorégulation
comportementale active en période de gestation. Dans ce contexte nous avons élaboré un
dispositifexpérimentaloriginal(Fig.19)misaupointparl’équipetechniquedulaboratoire.
Les individus ont été placés dans des cages équipées d’un point chaud d’un côté et
d’unrefugeducôtéopposé,enzonefraiche.Lesanimauxontétéplacésdanscesenceintesetles
comportementsexprimés,quantifiés(exposition,refuge).Parlasuitenousavonssimulédefaçon
standardisée, l’attaque d’un prédateur. La réponse de chaque individu a alors été suivie en
considérant le temps de fuite, puis le temps de réapparition et de retour en thermorégulation.
L’ensembledescomportementsaétéfilméavecunecaméraHD(SonyHDR,XR100).Lessuivisont
étéconduitsàdifférentesétapesdelagestation(début/milieu/fin/postreproduction).
53

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure 19. Dispositif expérimental pour l’étude du comportement des femelles gestantes de vipères
aspic.Chaquesystèmeestbasésurunecagede1mdelong,avecd’uncôtéunesourcedechaleuretde
l’autreunrefuge.Onpeutdistinguer2femellesenthermorégulation.Chaquesessionétaitd’unedurée
standardde3h30etlescomportementsdesindividusontétéintégralementenregistrés.
54

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
25Mesuresdelaqualitéphénotypiquechezlesjeunes
Parailleurs,lesSquamatesfournissentdessoinspostnatauxlimités,sinonabsents,etlesjeunes
sontautonomesàlanaissance.Lesnouveaunésdisposentdegrandesquantitésderéserves,ils
peuventsupporterunjeûneconséquent(plusieursmois),cequipermetuneexplorationdétaillée
de paramètres morphologiques, physiologiques et comportementaux. La qualité des jeunes
squamatesestassezfacileàestimerpuisqueleurmorphologie,leurécaillure,leursperformances
locomotrices et leur comportement antiprédateur à la naissance constituent des indications
directes de leur qualité (Shine et al. 1997a; Shine and Elphick 2001; BlouinDemers et al. 2004;
MoriandBurghardt2001).
Enfin,lesjeunesdispersentetrecherchentunhabitatapproprié(MassotandClobert2000;
Massotetal.2002;LeGalliardetal.2003b)peudetempsaprèslanaissance.Durantcettepériode,
lesnouveaunéssontexposésàungrandnombredestimulietdefacteursenvironnementaux.Une
réponse appropriée aux indices environnementaux est donc importante. Une évaluation de la
personnalitédesjeunes,incluantlaquantificationdel’activité,laréactivité,laprisederisqueetla
défense,constitueunecomposanteimportantedelafitnessquipeutêtreexploréeenconditions
standardisées.
Lestravauxmenésen2009et2010ontpermisl’acquisitiond’informationssurplusde300
serpenteaux(120Vaspis(Fig.20)et210Achildreni(Fig.21)).Nousavonsdéveloppéuneapproche
intégréedansl’évaluationdelaqualitéphénotypiquedesjeunesàdifférentesétapesdeleurvie.
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RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure20.NouveaunéViperaaspis.Figure21.NouveaunéAntaresiachildreni.
251Morphologie
Nousavonsmesurélesparamètressuivantsetdontl'acquisitionestréaliséeenroutine:
Latailleàlanaissance(longueurmuseaucloaqueSVL,etlongueurtotaleTL),
Lalongueurdesmâchoires(JL),
Lalongueurdequeue(TailL).
Laconditioncorporelle(résidusdelarégressiondelamassecorporellesurlaSVL)
Nousavonségalementconsidérélenombred’écaillesventrales(VSN)etlaprésenced’anomalies
quisontdebonsindicateursdesperturbationsdudéveloppement(Fig.22).
Figure 22. Exemple d’anomalie d’écaillures. Les écailles
ventralesnormalementenunseultenant,peuventparfois
se scinder en deux (flèches noires), reflétant des
malformationsauniveauvertébral.
56

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
252Physiologie
Métabolisme.Lamesuredumétabolismestandard(SMR)estunparamètrecentralcarc’estun
indicedeladépenseénergétiqueendehorsdel’activité.Nousavonsmesuréceparamètrechezles
serpenteauxàl’aided’unechambremétabolique(FoxBoxII(SableSystem);Fig.23)enutilisantun
systèmeencircuitfermé,dufaitdelafaibletailledesjeunesetdeleurfaibleactivité.
Lesindividusétaientplacésenacclimatationdanslachambredemesure(casserolesoubocaux)
dansuneenceinteclimatique(31.5°Cpourlespythons,et25°Cpourlesvipéreaux).Aprèscette
période, les chambres de mesure étaient fermées hermétiquement. De l’air extérieur (prélevé
avant chaque série de mesures pour déterminer la concentration initiale) était insufflé dans les
chambrespendant3minutesparunevanned’entrée(l’airressortaitparlavannedesortie),afin
des’assurerquelacompositioninitialed’airsoitstandard.Lesvannesétaientensuiteferméeset
lesanimauxlaissésdansl’enceintependant180minutes(pythons)ou480minutes(vipères)afin
d’obtenir un taux de suppression minimal d’oxygène (0.1%). Au bout de ce temps, à l’aide de
seringues,unprélèvement(2x148ml)d’airrespiréétaiteffectuépourchaqueindividu.L’airainsi
récupéréétaitanalyséultérieurement grâceàdesanalyseurs.La consommationd’oxygène était
calculéeselonlaformulesuivante:
Consommation O2 (ml/h)= (Concentration d’oxygène initialeConcentration d’oxygène finale) x
volumedelachambre(ml)/duréedel’essai(h).
Croissance.Lesjeunesàlanaissancepossèdentd’importantesréservesénergétiquesquiservent
desupportàlacroissancelorsdupremiermoisdevie.Nousavonsmesurélesdéterminantsdela
croissancedesserpentsnouveauxnés,danslesconditionsthermiquesd’élevage.
57

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure23.Matérielutilisépourlamesuredemétabolismestandard(SMR,mlO2/h)
253Performances
Lesanimauxétaientplacésenenceinteclimatique1havantchaquemesureàlatempératuredu
test,ceciafindestandardiserlestempératurescorporellesdetouslesindividus.
Forcedetraction(V.aspisetA.childreni).
Elleaétémesuréechezlesnouveauxnés.Ils’agitdel’intensitédetractiondéployéeparl’individu
lorsdelamanipulation.Ceparamètrepermetdedécrirelapuissancedel’individuetlamotivation
à se dégager d’une prise en main qui simule l’attaque d’un prédateur. Nous avons adapté la
méthodedisponible(Lourdaisetal.2005)auxnouveaunés.Pourcefaire,laqueuedesanimaux
étaitreliéeausystèmedemesureparuneficelleattachéeàlaqueue(baseducloaque)avecune
bandeadhésive.Uneremiseàzérodusystèmeétaitréaliséeavantchaquesériedemesures.Trois
essaisconsécutifsde30secondesétaientréalisésavecunepausede10secondesentrechaque.
Lestractionsétaientprovoquéesenstimulantcontinuellementlesserpentsavecunpinceau.
58

Vitessedenage(A.childreni)
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Elle a été mesurée pour estimer les capacités locomotrices (python de Children). Nous avons
chronométréletempsdenagepourparcourirunedistancede2.5mètres.Troisessaisconsécutifs
étaientréaliséspourchaquenouveauné,etceciaétérépétésur2joursconsécutifs,justeaprèsla
naissance. La température de l’eau étaient maintenue constante au cours des essais (31.5°C
environ). La nage était stimulée en agitant doucement l’eau derrière le serpent durant sa
progression.Entrechaqueessailesserpentsétaientsortisdel’eaupendant10secondes.
254Comportementdesnouveaunés
L’évaluationdesaspectscognitifsetdelarelationàl’environnementestl’undesobjectifscentraux
dans le diagnostic de la qualité des jeunes. En effet, étant autonomes à la naissance, les
comportements exprimés et notamment les réactions face aux facteurs environnementaux
constituentdesparamètresimportantsdelaqualitéindividuelle.Nousavonsconsidéréplusieurs
paramètres:
Comportementdedéfensefaceàunprédateur(V.aspisetA.childreni).
Le comportement de défense a largement été étudié chez les serpents (Herzog and Burghardt
1986;Herzogetal.1992;Burger1998;Whitakeretal.2000;Gregoryetal.2007).Nousavons
simulé,enconditionsstandard(températurecontrôlée),l’attaqued’unprédateur(oiseau)surles
nouveaunés. Il a été possible de quantifier la réponse exprimée en considérant le nombre de
morsures, le délai pour mordre. Nous avons également dénombré les « sorties de langue » qui
représententuneprised’informationsdansl’environnement.
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Prisealimentaire(V.aspis)
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Nous avons quantifié la prise alimentaire (première proie proposée) des jeunes en sortie
d’hivernage,5moisaprèslanaissance.Lacroissanceinitialedesjeunesreposesurlesquantitésde
réservesdisponiblesàlanaissance(conditioncorporelle).Etantautonomes,lesuccèsderecherche
alimentaireestessentielpourlasurviefuture.Chaquejeunes’estdoncvuproposéunsouriceau
(représentant entre 25 et 30% de la masse du serpent) fraichement tué, en fin de journée. Le
lendemain matin, un contrôle était effectué afin de quantifier le taux d’acceptation des proies
distribuées.
Comportementexploratoiredansunnouvelenvironnement(V.aspis)
Laréponseàunnouvelenvironnementpermetuneévaluationdela«personnalité»desindividus
et des comportements exprimés (Holtzman et al. 1999; Almli and Burghardt 2006; Warner and
Shine2008;CoteandClobert2007).Nousavonsmisenplaceundispositifexpérimentaloriginal
(Fig. 24) basé sur quatre compartiments: (2 compartiments éclairés, 2 compartiments non
éclairés).Deuxabrisétaientdisponiblesdanschaquecompartiment.L’animalaétéd’abordplacé
au centre de l’arène et son comportement a été filmé pendant 15 minutes. Nous avons
notamment évalué le temps passé en exploration, le temps passé caché, le nombre de
compartiment/d’abris visités et l’intensité du comportement exploratoire (nombre de sortie de
langue).Cesmesuresontétéréaliséesàlanaissance.
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RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Fig.24.Dispositifexpérimentalpourl’étudeducomportementdesnouveauxnésdevipèresaspic.On
distinguelescompartimentsavecetsansaccèsàunesourcedechaleur.L’animalesttoutd’abordplacé
aucentredel’arènesousuneboitependant5minutesd’acclimatation.Lecouvercleestalorsretiréet
l’ensembledescomportementsenregistré.
61

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
RESULTATS
62

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
CHAPITRE1:
Sensibilitéthermiqueembryonnaire
63

RésuméduChapitre1
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Dans ce chapitre, nous avons examiné la sensibilité thermique des premiers stades du
développementembryonnaire,àlafoischezuneespèceovipare,lepythondeChildren(Article1),
et chez une espèce vivipare, la vipère aspic (Article 2). Si la sensibilité des premiers stades du
développement est souvent invoquée, peu d’études expérimentales ont été conduites jusqu’à
présent.Parailleurs,l’impactdelarégulationthermiquematernellependantlagraviditédemeure
encoresousétudiée.Nousavonsexaminéd’unepart(i)l’importancedelarégulationmaternelle,
etd’atteindrelatempérature préférée(Tset)pourl’optimisation delaqualité deladescendance
(pythondeChildrenAchildreni),etd’autrepart(ii)testélessensibilitésrelativesdesdifférentes
étapesmajeuresdudéveloppement(vipèreaspic,Vaspis).
Nous avons manipulé expérimentalement les conditions thermiques du développement
soitdurantlaphasedegravidité(périodedel’ovulationàlaponte,pythondeChildren),soitsur
l’ensemble du développement (vipère aspic). Les conditions thermiques et hydriques ont été
contrôléesàl’aided’enceintesclimatiques.Lesrégimesthermiquesontétéélaborésàpartirdes
donnéesdethermorégulationdéjàdisponiblespourchacunedesdeuxespèces.Lesperturbations
imposéesétaientmodérées,maispertinentesd’unpointdevueécologique.Eneffet,l’utilisation
derégimescontraignantetnonréalistes(horsdelagammedetoléranceembryonnaire)entrainent
des effets tératogènes et ne constituent pas un test réel de la sensibilité thermique du
développement
ChezAchildreni,lesrégimesthermiquesontétécréésafindesimulerdestraitementsqui
différaientdansletempspassésàTset(unrégimeoptimaletdeuxrégimessuboptimauxavecla
mêmemoyennethermiquejournalière:unmimant4heuresdethermorégulationàTset,etunoù
lesfemellesn’atteignaientjamaisTset).Lestempératuresd’incubationétaientensuiteconstantes
pourl’ensembledestroistraitementsexpérimentaux.ChezVaspis,nousavonsutiliséunrégime
optimaletunrégimecontraignant(«frais»)appliquéàdifférentsstadesdelagestation(premier,
deuxièmeetderniertiers),résultantainsien5traitementsexpérimentaux:ungroupedefemelles
exposéesaufroidsurl’ensembledeladuréedelagestation(contrôlenégatif),ungroupeexposéà
destempératuresoptimalessurl’ensembledelagestation(témoin),ettroisgroupesdefemelles
quidifféraientparlapériodedurantlaquellelaperturbationthermiqueavaitétéappliquée(début,
milieuoufindegestation).
Afin d’évaluer l’impact des différents traitements thermiques sur les nouveaunés, nous
avons utilisé un ensemble de variables complémentaires: morphologiques, physiologiques
64

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
(croissanceetmétabolisme),comportementales,ainsiquedesmesuresdeperformances.Cecia
permisd’avoirsuffisammentd’indicesfiablespourévalueraumieuxlaqualitédesjeunes.
Lesrésultatsobtenussoutiennentl’hypothèsed’unesensibilitéaccruedespremiersstades
du développement chez les deux espèces. Chez A childreni, nous avons mis en évidence
l’importancedutempspasséàTsetavecdesbénéficessubstantielsentermededuréedegravidité
et de qualité phénotypique des jeunes. Les nouveaunés issus du traitement optimal étaient de
meilleurequalitéetavaientdesperformances(nage,traction)supérieures.Parmilestraitements
suboptimaux,unaccèsmêmepartielàTset(4h)permettaitd’unepart,dediminuerladuréede
graviditéetdoncavancerladatedenaissance,etd’autrepartd’améliorerlaqualitédesjeunesau
niveauducomportementetdesperformances.
ChezVaspis,nousavonsmisenévidencelesbénéficesassociésàl’accèsauxtempératures
optimales pendant l’ensemble de la gestation avec notamment des dates de naissances plus
précocesetdesjeunesdemeilleurequalitéphénotypique.Parailleurs,nousavonsdémontréune
sensibilitéaccruedupremiertiersdudéveloppement:lesnouveaunésprésentaientdesimpacts
morphologiques,avec une plus petite taille corporelle, une plus petite mâchoire, des anomalies
d’écaillure, ainsi que des dessins dorsaux et latéraux irréguliers. De plus, ils étaient moins
performants,etavaientdescomportementsaltérés,àlafoisfaceàunesimulationdeprédateuret
dansunnouvelenvironnementàexplorer.Aucontraire,lesjeunesayantsubidesperturbations
froidesenfindegestationontdéveloppédesréponsesdynamiquesauxconditionsvécuesdurant
leurdéveloppement:ilsexprimaientuneforcedetractionsupérieureetavaientunmétabolisme
plus élevé que les jeunes des autres traitements, suggérant une acclimatation métabolique au
froid, susceptible de les rendre plus efficaces dans un environnement de croissance supposé
similaire.
Les résultats de ces deux études ont ainsi révélé une très grande sensibilité du
développement et soulignent l’importance pour les femelles de maintenir leur accès à Tset,
notamment durant cette période critique.De nombreux travaux chez les squamates ont signalé
deschangementsdepréférencesthermiqueschezlesfemellesgravides,soitverslestempératures
élevées(serpents)oubasses(lézards).Plusqueladirectionnalitéduchangementthermique,nos
travauxsoulignentl’importanced’atteindreetdemaintenirlatempératurepréférée.Lasensibilité
embryonnaire aux stades précoces est probablement un facteur important pour comprendre la
rétentionprolongéedesembryons(unquartdudéveloppement)observéechezreptilessquamates
etlesmodificationsconjointesdelathermorégulationmaternelle.
65

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Article1
Agoodstartinlife:accesstopreferredtemperaturesduring
gravidityimprovesoffspringqualityintheChildren’spython
(Antaresiachildreni)
SOPHIELORIOUX 1,4 ,DALEF.DENARDO 2 ,ROOTGORELICK 3 andOLIVIERLOURDAIS 1,2
1 Centred’EtudesBiologiquesdeChizé,CNRS,79360,VilliersenBois,France
2 SchoolofLifeSciences,ArizonaStateUniversity,Tempe,AZ852874501,USA
3 DepartmentofBiology,CarletonUniversity,1125ColonelByDrive,Ottawa,ONK1S5B6,Canada
4 UniversitédePoitiers,40avenuedurecteurPineau86022Poitiers,France
Correspondance:
SophieLorioux,CEBCCNRSUPR1934
79360VilliersenBois,FRANCE
Phone:+33(0)540093552
Fax:+33(0)549096526
Email:lorioux@cebc.cnrs.fr
Tables:2
Figures:2
InrevisionforJournalofExperimentalBiology
Summary
Embryonic life is particularly sensitive, and high selective pressure to regulate developmental
conditions may be a major driving force in the evolution of parental care in vertebrates. We
exploredthebenefitsofmaternalregulationbymanipulatingthermalconditionsduringgravidityin
an oviparous snake species, the Children’s python (Antaresia childreni). We applied an optimal
regimethatreflectedmaternalpreferenceinanonconstrainedenvironment(constantpreferred
body temperature, Tset: 31.5°C) and two mildly suboptimal regimes that shared the same mean
temperature of 27.7°C, but differed in the time at Tset. In one constraining regime, females had
66

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
access to Tset for 4 hrs daily while, in the other regime, females never reached Tset (maximal
temperature of 29°C). Thermal treatments were maintained throughout gravidity in all three
groups,but,afteroviposition,alleggswereincubatedatTset.
Comparedwiththeoptimalregime,inthetwosuboptimalregimes,durationofgravidity
was longer, translating into delayed hatching. With the two suboptimal regimes, gravidity was
significantly shorter when females spent some time at Tset. Suboptimal regimes negatively
influenced offspring traits at hatching, including body morphology, antipredator behavior,
strength,andmetabolism.However,partialaccesstomaternalTsetsignificantlyenhancedseveral
offspring traits including defensive behavior and performances. Our results demonstrate the
adaptivesignificanceofmaternalthermoregulationatearlylifestages,aswellastheimportanceof
timeatTsetondevelopmentindependentofmeantemperature.
Keywords:Prenatalparentalcare,thermoregulation,earlydevelopment,oviparity
67

Introduction
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Embryonic development is sensitive to many factors including hormones, toxins, energy
availability, and temperature. Minor variation in conditions experienced by an embryo can
translateintomajorphenotypicmodifications(Deeming,2004)andinfluencekeylifehistorytraits,
suchasfecundityorsurvival(Lindström,1999;LummaandCluttonBrock,2002).Epidemiological
studies in humans and experimental studies in animals have demonstrated that suboptimal
developmental conditions have immediate effects that can affect morphology, behavior, and
survival (Burger, 1998; Webb et al., 2001; Meylan and Clobert, 2005; Denver, 2009). These
conditions can also have longlasting consequences on adult life (Clark and Galef, 1995; Wells,
2003;GormanandNager,2004;Dolinoyetal.,2007;Gardneretal.,2009).
Embryonicthermalsensitivityisauniversalvertebratefeature(Farmer,2000)andeggs
areparticularlyvulnerabletoenvironmentalconditions.Incubationtemperatureaffectsoffspring
phenotype (Shine et al., 1997; Elphick and Shine, 1998; Downes and Shine, 1999; Qualls and
Andrews, 1999; Mullins and Janzen, 2006; Eiby and Booth, 2009), e.g. locomotor performance
(Shine,1998;BrañaandJi,2000;AshmoreandJanzen,2003),viability(ShineandHarlow,1993;
Eiby et al., 2008; DuRant et al., 2010), behavior (Sakata and Crews, 2003), and even sex
determination (Ewert et al., 1994; Lang and Andrews, 1994; Pieau et al., 1999; Valenzuela and
Lance,2004).Selectivepressuretoregulateearlydevelopmentalconditionsmaybeamajordriving
force behind evolution of prenatal parental care strategies in vertebrates (Farmer, 2000). For
example,theexistenceofembryonicthermalsensitivityisacentralassumptionofFarmer’stheory
andendothermyinbirdsandmammals(e.g.,endogenousheatproduction)initiallyevolvedasa
meansofstabilizingdevelopmentalenvironmentduringembryoniclifebecauseofitssubstantial
benefitstoreproductivesuccess(increasedembryonicsurvivalandoffspringquality;Shineetal.,
1997;Farmer,2000).
Embryonic development is a nonlinear process (Andrews, 2004) combining a suite of
interrelated steps. Initial stages include neurulation and organogenesis (i.e., set up of the
neuroendocrine axis and body plans), while later steps consist of more continuous aspects of
embryonic growth and fetal life. Environmental perturbations during these times can lead to
dramaticandoftentimesirreversibleeffectsinembryonicorganization (Wells,2003; Kunesand
Zicha, 2006; Mueller and Bale, 2006; Oxendine et al., 2006; Zambrano et al., 2006). Thus, it is
important to investigate parental regulation at early developmental stages in a costsbenefits
context.Notably,prenatalparentalregulationshouldbehighlybeneficialbecauseofi)supposedly
highthermalsensitivityofembryonicorganizationandii)thenondepreciablenatureofparental
68

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
regulation(alltheembryosbenefitsfromtheimprovement).However,therelevanceofthermal
influencesearlyinembryoniclifehasbeenconsideredinonlyalimitednumberofstudies(Shine,
1995,2006;KimandMonaghan,2006,RodríguezDíazandBraña,2011).
In squamate reptiles, maternal regulation of embryonic development is most notably
basedonbehavioralthermoregulationandtemperaturebasedselectionofnestsites(Shineand
Harlow, 1996). Significant oviductal egg retention occurs in most squamates (Shine, 1983) and
improved maternal control of developmental conditions was likely a key driving force in the
repeated (>100) independent transitions to viviparity in squamate reptiles (Shine, 1995, 2006;
Andrews, 2000; Webb et al., 2006). Thermoregulatory shifts associated with intraoviductal
development have been reported in many oviparous squamates with gravid females showing
modified (either higher or lower) thermal preferences and, perhaps more importantly, more
precise thermoregulation (Shine, 2006; Lourdais et al., 2008). Recent experimental work in
oviparouslizardssuggeststhatmaternalinfluencesontheearlydevelopmentalenvironmentmay
provide benefits similar to those typically attributed to viviparous species (Shine, 2006). While
modifiedbaskingbehaviormayconfersignificantfitnessbenefits,thereremainsaneedtobetter
understandmaternalinfluencesonearlydevelopment.
Oviparous pythons provide complex and extended parental care to their developing
embryos.Afteroviposition,femalestightlycoilaroundtheireggsandbroodtheirclutchduringthe
entireincubationperiod(Shine,2004a;Aubretetal.,2005b;Lourdaisetal.,2007).Femalepythons
alsoshowmodifiedthermoregulatorybehaviorpriortooviposition(Lourdaisetal.,2008).Gravid
femalesdisplayaspecificbaskingbehaviorwherethefemalelieswiththedistalhalfofherbody
upsidedown(i.e.,theventralsurfacefacingup,RossandMarzec,1990;Greer,2004;Shine,2004a;
Lourdais et al., 2008). Hence, pythons provide an ideal opportunity to examine the functional
significanceofaccuratematernalthermoregulationearlyindevelopment.
Ourgeneralhypothesisisthataccesstomaternalpreferredtemperature(31.5°C;Lourdais
et al., 2008) during preoviposition developmental stages is critical to optimize offspring quality
andthusreproductivesuccess.Weexperimentallymanipulatedthermalconditionsduringgravidity
(betweenovulationandoviposition)inasmallspecies,theChildren’spython(Antaresiachildreni,
Gray,1842).Wetestedthefollowingpredictions:
1) Maternaltemperatureduringgraviditywillinfluencedevelopmentalrateandovipositiondate,
with gravidity duration shorter when females have a permanent access to their preferred
bodytemperature.
69

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
2) Thermalconditionduringearly,preovipositiondevelopmentwillinfluenceoffspringquality,
with higherhatchling qualitywhenfemaleshavepermanentaccesstotheir preferred body
temperatureofTset=31.5°C.
3) When thermoregulation is constrained (i.e., suboptimal conditions), limited maternal
exposuretopreferredbodytemperature(Tset),independentofmeanincubationtemperature,
willincreasephenotypicqualityofoffspring.
MaterialsandMethods
Studyspeciesandmaintenance
SnakesusedinthisstudywerepartofalongtermcaptivecolonyofChildren’spythonsmaintained
intheCentred’EtudesBiologiquesdeChizé,France.Children’spythonsaremediumsized(upto
1.2msnoutventlength,600gbodymass)constrictingsnakesthatinhabitrockyareasinnorthern
Australia(WilsonandSwan,2003).Snakeswerehousedindividuallyinplasticcages(35.5x63x15
cm)inaroommaintainedona12:12light:darkcycle.Thesnakeswereprovidedathermalgradient
(2535°C)bymaintainingroomtemperatureat20°Candprovidingcontinuoussupplementalheat
usingasubsurfaceheatingcableunderoneendofeachcage.Waterwasavailableadlibitumin
bowlsandsnakeswereofferedonemouseeveryonetotwoweeks.
Breedingprotocol
Toinducereproductiveactivity,bothmalesandfemalesweremovedforsixweekstotoa6:18hr
temperature cycle of 31:16°C. Breeding occurred after returning the snakes to their normal
thermal regime. Each day a new male was introduced to each female. Courtship and mating
generallyoccurredwithinafewhoursofthemalebeingintroduced,andmatingtypicallylasted4
12hours.Malesweretransferredtoanewfemaleeachdayunlesscopulationwasoccurringatthe
timeoftheintendedtransfer.
Ultrasonography (Micromaxx, SonoSite, Inc., Bothell, WA, USA) was used to assess
reproductivestatus.Prelayingecdysisoccursinmanyoviparous snakes, providing an additional
indicatorofreproductivestatus.Skinsheddingoccursapproximatelyoneweekbeforeoviposition
incolubridsnakes(Markel,1990),butsomewhatearlierinpythons(34weekspreovipositionin
Children’s python). In the Children’s python, ecdysis occurs, on average, 23.1 ± 2.6 days before
oviposition and this delay seems to be temperature dependent (Lourdais et al., 2008). When a
femalewasfoundtobegravid(asdeterminedbyultrasonicimagingofovoidovaalignedlinearly
70

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
downthecoelomiccavity),shewasrandomlyassignedtooneofthethreethermaltreatments(see
below),removedfromhercage,andplacedinasmalleropaqueplasticcontainer(10.5x30x16.5
cm)withina climatic chamber (Vötsch Industrietechnik,VP 600, Balingen, Germany). A few days
beforeoviposition,thefemalewastransferredtoa1.9lopaqueTefloncoatedchambercovered
withwirenettingtoallowgasexchange.Atoviposition,thefemaleandhereggsweretransferred
to a 31.5°C (Tset in the Children’s python; Stahlschmidt et al., 2011) constant incubation regime
until hatching. Eggs were inspected daily, and hatchlings were removed after they all emerged.
Hatchlingsfromthesameclutchweremaintainedinasingleplasticcage(10.5x30x16.5cm)ata
constanttemperatureof31.5°C.Femaleswerenotfed during the entire reproductive period as
they typically are aphagic during this time, but water was available ad libitum except when the
femaleswerebroodingtheireggs.Similarly,hatchlingswerenotfedduringthestudyperiod,but
wereprovidedwateradlibitum.
Experimentalthermaltreatmentsduringgravidity
In this species, gravidity induces a significant shift in thermal preferences and basking intensity.
Gravidfemalesmaintainahigher,lessvariablebodytemperature(31.5°C)whencomparedtonon
reproductive females (28.7°C, Lourdais et al., 2008). When given the opportunity, they will
maintainthishigherbodytemperaturethroughoutthedayandnight.Ourgoalwastoexaminethe
significance of maternal thermoregulation on development and offspring quality. Three thermal
regimeswere designed in the frame of previous information on female thermal preference and
behavior:
“24HTset”regime:Females(n=11)wereconstantlyexposedtothepreferredbodytemperature
(31.5°C, Figure 1). This treatment reflects female behavioral choice when given a permanent
access to supplemental heat (Lourdais et al., 2008). In natural conditions, the combination of
baskingactivities(duringtheday)andappropriateburrowselection(atnight)canprovidesuch
constanttemperatures(ShineandMadsen,1996;Webbetal.,2001).
“4HTset”regime:Females(n=10)wereexposedtoTsetforashortperiod(4hrdaily)andthen
to26.0°Cfor10hours(meantemperature=27.7°C,Figure1).Thetransitionbetweenthetwo
temperatures was rapid during temperature increase (1hr) and longer during the temperature
decrease(9hr),mimickingnaturalasymmetricalfluctuationsinbodytemperature.Arapidshiftin
bodytemperatureisassociatedwithabaskingopportunityandthenaprogressivedecreaseafter
exposure.Thiscyclereproducesconstrainingweatherwithlimitedbaskingopportunities.
“NR” regime: Gravid females (n = 9) had no access to their preferred temperature (Tset). This
treatment broadly corresponds to thermal regimes maintained by nonreproductive females
71

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
(Lourdaisetal.,2008).Thermalregimesarehighlyvariableamongfemales,andthiswassimplified
for experimental purposes. This regime consisted of a 24h sinusoid with 29.6°C and 26.0°C as
maximalandminimaltemperatures.Meantemperature(27.7°C)wasthesameasforthe4HTset
group(Figure1).
Figure 1. Thermal treatments applied during gravidity in female Children’s python (Antaresia
childreni). Temperature patterns were obtained from temperature loggers placed in climatic
chambers housing the animals. In the 24HTset regime (open circles) gravid females were
continuously exposed to their preferred temperature (31.5°C). In the cyclic 4HTset regime (grey
circles)gravidfemalescouldreachoptimaltemperaturefor4hoursperday,whereasinthecyclic
NR treatment (black circles) gravid females were exposed to the typical thermal cycle of non
reproductive females and thus had no access to their preferred temperature. The mean
temperatureofthe4HTsetandNRtreatmentswerethesame(27.7°C).
This design provided ecologically relevant thermal cycles to evaluate the benefits of the typical
shiftinfemalepreferredtemperaturewithgravidity(comparing24HTsettoNR)andtoevaluatethe
influenceofexposuretoTsetindependentofmeandevelopmentaltemperature(comparing4HTset
toNR).Thisdesigndoesnotallowustofullydisentanglethecomplexityofthermalinfluences(e.g.,
the two suboptimal regimes differ in time at Tset and variance; Shine and Elphick, 2001; Shine,
2004c).However,thesethreeregimeswererelevantconsideringpreviouslycollectedinformation
onfemalebehavior.Additionally,weavoidedanyexposureoffemalestotemperaturesaboveTset
sincefemalesgivenathermalchoicerarelyelevatebodytemperatureaboveTset,likelyduetothe
potentialformajordevelopmentalalterations.
72

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Experimental thermal treatments were applied throughout gravidity using climatic
chambers.Theimpactofchambertreatmentonsnakebodytemperaturewasfirstvalidatedusing
physicalmodelsmadefromrubbertubesfilledwithwater(Lelièvreetal.,2010),reproducingthe
thermalcharacteristicsofthestudyspecies(correlationcoefficient=0.95).
Variablesmeasured:
1)Reproductionphenology
Foreachfemale,werecordedthedatesofpreovipositionecdysis,oviposition,andhatchingofthe
eggs. Time period between ecdysis and oviposition provided an estimate of gravidity duration
(Lourdaisetal.,2008).
2)Offspringtraits
Inordertoquantifytheimpactofthermalmanipulationsduringgravidityonoffspringquality,we
consideredasetoftraitsrelatedtofitness:
Morphology
Morphologicaldatawerecollectedathatchingandtwoweeksafterhatchingtoevaluategrowth
rates. Since hatching snake size (both mass and length) is well documented to have positive
influenceonneonatalsurvival(Sinervoetal.1992;BrownandShine2004),wemeasuredsnout
ventlength(±0.1mm),totallength(±0.1mm),andbodymass(±0.01g).Wealsocollectedtail
length (±0.1mm)andjawlength (±0.01mm).Taillengthisan important parameter in snakes
sincealongertailpositivelyinfluenceslocomotorperformance(Aubretetal.,2005a).Sincesnakes
are gapelimited predators, jaw size impacts the range of potential prey items and thereby
individual performance and fitness (Forsman and Lindell, 1993). We estimated body condition,
which reflects the amount of energy stores, as the residual of the regression of body mass on
snoutventlength.Weusedscanimagesofneonateventralsurfacestocountventralscalesand
determinetheprevalenceofsplitventralscales.
SwimmingandContractionPerformance
Wemeasuredswimmingandcontractionforceforeachneonate.All trialswereperformedata
room temperature of 20.0°C ± 1.0°C. Swimming speed may be a biologically relevant factor to
estimatelocomotorandpredatorevasionabilities(Webbetal.,2001;Stahlschmidtetal.,2009).
WeconductedswimmingtrialsinaPVCswimmingtrack(3.5mlong,0.3mhighand0.16mwide)
with water maintained at 31.5°C. We encouraged snakes to swim at their maximum speed by
73

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
gentlytappingtheir tails throughout the trial. Using a stopwatch, we recorded the time (± 0.01
seconds)fortheheadtotraversetheraceway(triallength=2.5m).Betweeneachtrial,snakes
werehandledoutofthewaterfor10secondsandthenreplacedattheswimmingstartingpoint.
Weconductedthreesuccessivetrialsontwoconsecutivedayswithinthreedaysofhatching.We
usedmaximumandmeanswimmingspeedoveralltrialsintheanalysis.
Contraction force provides an indicator of neonate defensive response to handling
(Stahlschmidt et al., 2009), as well as an estimate of strength. This is especially important in
constrictingsnakesthatrelyonforcetosubduetheirprey(Lourdaisetal.,2005).Contractionforce
wasassessedbetween2and3weeksafterhatching.Snakesreacttohandling,especiallyattempts
to stretch out their bodies, by vigorous and extended body contraction. We quantified this
behaviorusingadynamometer(ForceGauge200N,FisherScientificBioblock,Illkirch,France).The
tailofthesnakewasattachedtothedynamometerusingastring.Wethenimmobilizedthebody
maintaining the snake in a stretched position on the ground. To avoid residual traction, the
dynamometerwasresetjustbeforethebeginningofeachtest.Bodycontractionwasstimulated
bygentlepalpationoftheback.Thehighestvalue(±0.05Newtons)obtainedduringoneminuteof
stimulationwasrecorded.Duringthesametime,wealsocollectedthenumberofcontractionsas
anestimateofdefensivemotivation.Threeconsecutivetrials(oneminuteeach)wereperformed
for each individual. We used maximum and mean contraction force and maximum and mean
contractionnumberintheanalyses.
Antipredatorbehavior
Defensivebehaviorwasquantifiedwithinthreedaysofhatching.Twotrialswereconductedover
two successive days. Snakes were placed in an arena and stimulated with a stick to mimic a
predatorattack(StahlschmidtandDeNardo,2009).Thenumberofstrikeselicitedoveroneminute
wasrecorded.
Metabolicrate
Weusedclosedsystemrespirometrytomeasurestandardmetabolicrate(SMR)twoweeksafter
hatching.Trialswereconductedat31.5±1.0°Cinopaquetestchambers(averageinternalvolume
1900ml;theexactvolumewasincorporatedintotheanalyses)coveredwithaglasslidmadeair
tightusingclosedcellfoam.Eachtestchambercontainedasmallpieceofpapertoweltoallowthe
snaketohide,andthusremaininactive.Toassurethatthetemperaturehadstabilized,theanimals
wereplacedintheirtestchambersinsidetheenvironmentalchamberfor2hrpriortoconducting
theSMRtrial.Trialswereconductedbetween11amand4pm.Outsideairwasdrawnintoeach
74

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
chamber using a Bioblock Scientific 5 l air pump for three minutes assuring 99 % air turnover
(Lasiewskietal.,1966).Baselinesamplesofoutsideairwerecollectedattheonsetofeachtrial.
The test chambers were sealed, and the time of closure was recorded. Trial duration
(approximately180min)ensuredsufficientO2suppression(0.1%).Attheendofeachtrial,time
was recorded and an end air sample was collected using two 140ml syringes connected to the
chamberviaathreewaystopcock.O2concentrationofthesamplewasthendeterminedusingan
oxygen analyzer (resolution 1 part per million; FC10A, Sable Systems, Las Vegas, USA). Each air
samplewasstrippedofmoisturebyfirstpassingthroughDrieriteandthensentatacontrolledrate
(18ml.min 1 )totheanalyzerusinganinfusionpump(KDS210,KDScientificInc,Holliston,USA).
The analyser was calibrated at the infusion pump flow rate prior to each session. Oxygen
consumption (± 0.01 ml.hr 1 ) was calculated as: (baseline oxygen concentrationfinal oxygen
concentration)Xvolumeofthetrialchamber/durationofthetrial.
Statisticalanalyses
All statistical comparisons were performed with R software (version 2.12.1, Development Core
Team 2010) using linear models (lm models, stats package), linear mixed models (lme models,
nlmepackage),andgeneralizedlinearmixedmodelsforbinomialdistribution(glmermodels,lme4
package). For each test, the distribution was checked and variables were transformed when
necessary.Significancewasdeterminedatalpha=0.05foralltests.Experimentswereconducted
in2008and2010.Treatmentswereevenlydistributedacrossyears.Wefoundnoyeareffectand
thisparameterwasnotincludedintheanalyses.Somefemales(n=3)appearedtwiceandtheir
contributionwasaccountedforintheanalyses(randomeffectonfemaleidentity).
We analyzed data of reproduction phenology using a onefactor ANOVA to test for the
effectofthermaltreatmentongraviditydurationandincubationduration.Sincesiblingsarenot
independentstatisticalunits(Massotetal.1994),inallotherstatisticaltestsonoffspringtraits,we
usedlinearmixedmodelsanalyses,withfemaleidentityasarandomfactor.
Althoughenergyallocationintotheeggs(i.e.,clutchsizeandclutchmass)occursduring
vitellogenesis,parameterssuchasmaternalsizeandclutchsizeareknowntoinfluenceoffspring
traits (Olsson and Shine, 1997; Bonnet et al., 2001; Andrews, 2004). To control for maternal
investment and allocation tradeoffs, we included clutch size adjusted for mother snoutvent
length(residualsoftheregressionofclutchsizeonmothersnoutventlength)inthemodelsfor
snoutventlengthandbodymassatbirth.Bodyconditionwascalculatedasresidualvaluesfrom
theregressionofbodymassagainstsnoutventlength.Bodyproportions(i.e.,taillengthandjaw
length relative to body length) were analyzed using snoutvent length as a covariate. Growth
75

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
patternswereanalyzedusinginitialmeasurementathatchingasacovariate.Totestforeffectsof
thermaltreatmentandothercofactors(describedabove),weusedthemodelwiththesmallest
Akaike’sIndexCriterion(AIC).Whentwomodelsdifferedbylessthan2AIC,wechosethemore
parsimonious (Appendix: tables A1, A2 and A3). When the effect of thermal treatment was
statisticallysignificant,Tukeyposthoctestswereperformedtoallowfor2x2comparisonsinthe
selectedmodel(multcomppackage).Valuesarepresentedasmean±SE.
Results
1)Influenceoftreatmentonreproductionphenology
Thermaltreatmentinfluencedgravidityduration(onewayANOVA,F2,27=56.431,p

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
ventral scale number was strongly influenced by thermal treatment (F2,175 = 5.252, p = 0.006).
HatchlingsfromtheNRtreatmenthad,onaverage,4.4supernumeraryventralscalescomparedto
theirmother,whilehatchlingsfromthe4HTsettreatmenthad,onaverage,2.7additionalscales.
Hatchlings from the 24HTset treatment (Table 1) had an intermediate value, which was not
significantly different from either of the other two thermal treatments. The proportion of
individualsexhibitingsplitventralscalesandthemeannumberofsplitventralscalesperindividual
wasnotdifferentamongtreatments(Table1).
77

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Figure2.Influenceofthermaltreatmentduringgravidityongravidity(a)andincubation(b)
durationsindays.ErrorsbarsrepresentSE.
78

Offspringmorphologyandgrowth
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Thermaltreatmentdidnotinfluenceoffspringsnoutventlength.Wefoundasignificanteffectof
mother snoutvent length adjusted clutch size on hatchlings size (F1,85 = 13.433, p < 0.001).
Considering body proportions, jaw length was not influenced by thermal treatment, but was
explainedbysnoutventlengthathatching(F1,186=35.840,p

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
MORPHOLOGY (least square mean ± SE)
GRAVIDITY TREATMENT Tukey post hoc test
Trait 24H-T set 4H-T set NR Treatment 24H-T set 4H-T set NR
Snout-vent length (mm) 237.3 ± 1.6 231.7 ± 1.6 235.6 ± 1.4 ns
Body mass (g) 8.16 ± 0.14 8.14 ± 0.14 9.19 ± 0.13 ** A A B
Tail length (mm) 28.4 ± 0.2 27.5 ± 0.2 27.4 ± 0.19 * A B B
Jaw length (mm) 13.93 ± 0.05 13.94 ± 0.05 13.86 ± 0.04 ns
Body condition -0.004 ± 0.004 -0.002 ± 0.004 0.029 ± 0.006 ** A B C
Ventral scale number (VSN) 263.0 ± 0.5 261.7 ± 0.7 263.3 ± 0.6 ** AB A B
VSN offspring - VSN mother 3.07 ± 0.56 2.73 ± 0.84 4.42 ± 0.67 ** AB A B
% of split ventral scale 0.31 ± 0.06 0.36 ± 0.06 0.42 ± 0.06 ns
Split ventral scale number 0.63 ± 0.18 1.28 ± 0.34 1.04 ± 0.21 ns
out-vent length growth (mm/d 1.17 ± 0.07 1.15 ± 0.07 1.25 ± 0.07 ns
Jaw growth (mm/day) 0.032 ± 0.002 0.020 ± 0.002 0.017 ± 0.001 *** A B B
Tail growth (mm/day) 0.091 ± 0.009 0.053 ± 0.009 0.067 ± 0.008 * A B AB
80

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Maximal swimming speed recorded was significantly influenced by thermal treatment (F2,184 =
4.020,p=0.020).Variationsbetweensuccessivetrialswereminor(CV:2.01%,1.48%and3.47%for
24HTset,4HTsetandNRrespectively).HatchlingsfromtheNRtreatmentweresignificantlyslower
thanindividualsfromthe24HTsettreatment,whilehatchlingsfromthe4HTsettreatmentwerenot
significantlydifferentfromeitheroftheothertwogroups(Table2).Averageswimmingspeedwas
also influenced by thermal treatment (F2,184 = 6.459, p = 0.020). NR treatment hatchlings had a
slowermeanspeedcomparedtotheothertwotreatments(Table2).
Thermalconditionsduringgravidityinfluencedmaximalcontractionforce(F2,170=12.905,p

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Table2.Influencesofthermaltreatmentduringgravidityonperformancetraitsandphysiologyofhatchlingpythons(Antaresiachildreni).Valuesarepresented
asmean±SE.“ns”nonsignificant,*p

Discussion
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Motherscanexertprofoundinfluencesontheirdevelopingoffspring(Shine,2004;Mousseauand
Fox,1998).Maternalbehavioralandthermoregulatoryshiftsduringembryoniclifearewidespread
in invertebrates (Tallamy and Wood, 1986; Machado and Raimundo, 2001), amphibians
(McDiarmid, 1978; Gvoždik, 2005), reptiles (Schwarzkopf and Shine, 1991; Lourdais et al. 2008),
birds(BartholomewandDawson,1979;Grant,1982),andmammals(Laburnetal.,2001;Gross,
2005; Solick and Barclay, 2006). In this study, we demonstrated the benefits of maternal
thermoregulation at preoviposition developmental stages in the Children’s python (Antaresia
childreni). Thermal treatments were designed to mimic ecologically relevant conditions ranging
from a nonconstraining thermal environment for gravid females (24HTset: constant preferred
temperature),athermallyconstrainedenvironmentforgravidfemales(4HTset:limitedaccessto
preferredtemperature),andthetypicalthermalprofileofanonreproductivefemale(NR).Overall
we demonstrated that i) thermoregulatory changes associated with gravidity strongly influence
developmental duration and fitnessrelevant offspring traits and ii) access to preferred
temperature, even if of suboptimal duration, significantly enhances reproductive success
independentofanyeffectsofmeanincubationtemperature.
Maternaltemperatureinfluencesgraviditydurationsanddateofhatching
Thermal treatment strongly impacts gravidity duration. As predicted, suboptimal conditions
significantlysloweddowndevelopment.Graviditywasrespectively45.5%and69.2%longerwith
the 4HTset and NR treatments. More importantly, while the two suboptimal treatments were
similar in mean temperature, gravidity duration was significantly shorter when females could
accesstheirTset.Aslightbutsignificantdecreaseinincubationdurationwasobservedinthetwo
suboptimalregimes.Theseresultscouldbeinterpretedasapositivecompensatoryresponseofthe
embryos. For instance, a recent study demonstrated compensatory cardiac response during
embryonic life in turtles with accelerated developmental rate (Du and Shine, 2010). A non
exclusivehypothesisisthatthereisaprolongedretentionofeggswhenconditionsaresuboptimal,
enablingmoreofdevelopmenttooccurwithinthefemale(WarnerandAndrews,2003).Additional
studiesonembryonicstageatovipositionarerequiredtoaddressthesehypotheses.Regardless,
total developmental time from ecdysis to hatching was much longer in the constrained groups
89

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
(72.5 days for 24HTset, 80.3 days for 4HTset and 85.8 days for NR). Maternal thermoregulation
duringgraviditysignificantlyhastensdevelopmentalrate,modifyingovipositiondateandthereby
hatching date. Hatching date is a critical parameter that will determine postnatal environment
(OlssonandShine,1997b;OlssonandShine,1998).Withseasonallyfluctuatingclimates,dateof
birthmayaffectoffspringforagingopportunitiesandtherebysurvival(WarnerandShine,2007).
Maternalinfluencesappearbeneficialbyacceleratingembryogenesisasobservedinanoviparous
lizard(Shine,2006).
Maternaltemperatureaffectsoffspringquality
Thermal treatment during gravidity affected morphology, performance, and behavioral traits of
hatchlingsdespiteincubationofalleggsatthesametemperature.Offspringbodymassandbody
proportionsweresignificantlyaffectedbythermaltreatments.Neonatesfromthetwosuboptimal
treatmentshadimpairedjawgrowthandsignificantlyshortertails,thelatterreflectingprevious
resultsinlizardsincubatedatcoolertemperatures(ElphickandShine,1998;QuallsandAndrews,
1999). Our results suggest a deleterious impact of suboptimal conditions on head plasticity.
Adaptive plasticity (enhanced head growth) has been previously studied in response to trophic
environment (Forsman, 1996; Forsman and Shine, 1997; Aubret et al., 2004). In our study,
hatchlingsfromtheNRregimewereheavierandhadahigherbodycondition,yethadreducedjaw
length. Similar effects were found in lizard species (Shine and Harlow, 1993) and may be
interpretedasalteredefficiencyofyolkconversiontobodytissues.
OffspringfromtheNRtreatmenthadthehighestmetabolicrates,whichmayrepresenta
positive compensation to suboptimal temperatures during gravidity. Yet in our context, high
standard metabolic rate may also be disadvantageous (high maintenance costs) since this
parameter was measured in fasting animals 15 days after hatching. Metabolic response to
incubation temperatures have been reported in other species (Deeming and Fergusson, 1991;
Birchard and Reiber, 1995; O’Steen and Janzen, 1999). However, metabolic rate may change
dramaticallyafterhatching(Schultzetal.,2008).Sinceonlyasinglemeasurementwasmadeinour
study,itisnotpossibletoconcludeiftheresponseisirreversible(developmentalacclimation)or
developmentallyplastic(reversibleacclimation;Angilletta,2009).Still,wedetectedadifferencein
standard metabolic rate in hatchlings exposed to standardized incubation conditions (45 days),
whichtherebyreflectslongterminfluencesofthethermalconditionsduringgravidity.
Most importantly, behavior at hatching was affected by thermal treatment. Snakes are
independentatbirthandaltereddefensivebehaviormayaffectsurvival(Burger,1998).Hatchlings
90

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
from the NR treatment consistently demonstrated reduced antipredator behavior, having a
reducedpropensitytostrike,reducedswimmingspeedendurance,andreducedcontractionforce
(bothmaximalandmean)comparedtothe4HTsetand24HTsettreatments.
Overall, these results highlight a major impact of thermal conditions during early
embryonic life on both phenological and offspring traits. Our data consistently identify reduced
offspring quality in the suboptimal treatments. While morphology was little affected, major
differencesweredetectedinphysiologyandbehavior.Sinceearlydevelopmentishighlysensitive
totemperature,thermoregulatoryshiftsdisplayedbygravidfemales(e.g.,the24HTsetvs.theNR
treatments)arelikelyadaptive.Minormaternalinvestmentprovidesgreatbenefitsbyhastening
developmentrateandenhancingoffspringqualityandcurrentreproductivevalue,whichisfurther
corroboratedbystrongsupportforpositiveselectionandheritabilityofmaternalcare(McGaugh
etal.,2009;Wapstraetal.,2010).
Accesstopreferredbodytemperatureenhancesoffspringphenotype
Thermalsensitivityofdevelopmenthasattractedconsiderablescientificinterest.Thermalvariance,
aswellasmeantemperature,canmodifyphenotypichatchlingstraits(Webbetal.,2001;Shine,
2004b; Du and Shine, 2010). Such effects are essential to consider when studying maternal
thermoregulation that is likely affected by basking opportunities and diel cycle. We mimicked
differing maternal thermoregulation patterns at early developmental stages to address the
relevanceofthermoregulatoryaccuracy.Wefoundthatwhilecontinuedaccesstopreferredbody
temperaturewasoptimalforoffspringdevelopment,evenashortperiodatpreferredtemperature
was sufficient to significantly shorten gravidity duration and enhance fitness relevant offspring
traits,evenwhenthemeandevelopmentaltemperaturewaskeptconstant(i.e.,the4HTsetvs.the
NRtreatments).Formostbehavioraltraits,offspringfromthe4HTsettreatmentwerenotdifferent
from24HTset,whileneonatesfromtheNRtreatmentdisplayedlowerquality.Ourdesigndidnot
allow us to fully disentangle thermal influences since the three groups also differed in thermal
variance. However, the fact that offspring from the 4HTset treatment were either equivalent or
closerto24HTsettreatmentintermsofphenologicalandoffspringtraitsindicatesthataccessto
preferredbodytemperaturemaybemorerelevantthanmeantemperatureandthermalvariance
duringdevelopment.Activematernalthermoregulationlikelyprovidesarobustmeanstoextend
exposure to optimal developmental temperature and thereby enhances offspring quality. These
results suggest nonlinear thermal benefits on development that need to be addressed more
thoroughly.
91

Evolutionofcomplexprenatalcare
RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Ourstudyfocusedongravidityinanoviparoussquamateandclearlysupportsthesignificanceof
maternal regulation. According to Farmer (2000), thermal sensitivity at early embryonic stages
favoredtheemergenceofprenatalcareandofferedakeycontextforfurthercomplexificationin
parental care in vertebrates. Viviparity has emerged over 108 times in squamates (Blackburn
2006),presumablyasameanstoprotectembryosfromexternalconditions(Shine,1995;Shine,
2000). This reproductive mode may have evolved via extension of preexisting adaptations in
oviparous squamates as suggested by Shine (2006). Our results provide the first experimental
support for this “preadaptation” hypothesis in snakes. Finally, pythons are unique among
squamatesinpossessingcomplexmaternalcarefortheireggs(Vinegar,1970;HarlowandGrigg,
1984;SlipandShine,1988;Lourdaisetal.,2007;Stahlschmidtetal.,2008a,2008b).Additionally,
many python species (possibly all) display specific thermoregulatory behavior (inverted basking)
duringgravidity.Aswiththeevolutionofviviparity,regulationofearlydevelopmentalconditions
maybeageneral,possiblyancestraltraitwithinpythons,thatfavoredfurthermaternalinvestment
afteroviposition(eggbrooding).
Acknowledgements
We thank David Pinaud and Michal Guillon for their statistical help. Julie Volette, Gersende
DangoisseandHélèneLisseparticipatedindatacollection.WethankChristianThiburceandXavier
Ducheminforsnakecare.FinancialsupportwasprovidedbytheFYSSENFoundation,theNatural
SciencesEngineeringResearchCouncilofCanada(NSERC),andtheCNRS(DSVandINEE).
92

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
AppendixA1.FactorsandAICcriteriausedinstatisticalmodelsforoffspringmorphologicaltraitsathatching.Foreachoffspringtrait,wecomparedthenull
modeltomodelsincludingbiologicallyrelevantfactorsandthermaltreatment.Whenmodelsdifferedbylessthan2AIC,wechosethemostparsimonious
(lower number of parameters).
OffspringTrait Model Factorsincludedinthemodel AIC Parameters number
Nullmodel FemaleIdentity 1562.71 3
Model1 Femaleidentity+motherSVL 1551.68 4
SVL
Model2 Femaleidentity+Treatment 1559.39 5
Model3 FemaleIdentity+Treatment+MotherSVLadjustedclutchsize 1552.56 6
Nullmodel FemaleIdentity 548.96 3
Model1 Femaleidentity+clutchsize 512.44 4
Bodymass
Model2 Femaleidentity+Treatment 536.60 5
Model3 Femaleidentity+Treatment+clutchsize 501.18 6
Nullmodel FemaleIdentity 805.74 3
Model1 Femaleidentity+Snoutventlengthatbirth 763.46 4
Taillength
Model2 Femaleidentity+Treatment 799.33 5
Model3 Snoutventlengthatbirth 759.18 6
Nullmodel FemaleIdentity 635.69 3
Model1 Femaleidentity+Treatment 667.17 5
Nullmodel FemaleIdentity 185.81 3
Bodycondition
Model1 Femaleidentity+Snoutventlengthatbirth 154.54 4
Model2 Femaleidentity+Treatment 189.31 5
Headlength
Model3 Femaleidentity+Treatment+Snoutventlengthatbirth 158.53 6
Nullmodel FemaleIdentity 1117.35 3
Model1 Femaleidentity+Treatment 1111.64 5
Nullmodel FemaleIdentity 1129.72 3
Model1 Femaleidentity+Treatment 1123.90 5
Nullmodel FemaleIdentity 260.86 3
Model1 Femaleidentity+Treatment 264.73 5
Nullmodel FemaleIdentity 268.86 3
Model1 Femaleidentity+Treatment 271.70 5
Ventralscalenumber(VS N)
OffspringVSNFemaleVSN
Splitventralscalenumber
%splitventralscalenumber
94

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Appendix A2. Factors and AIC criteria used in statistical models for offspring physiology. For each offspring trait, we compared the null model to models
includingbiologicallyrelevantfactorsandthermaltreatment.Whenparametersdifferedbylessthan2AIC,wechosethemostparsimonious(lowernumberof
parameters).
Offs pringTrait Model Factorsincludedinthemodel AIC Parametersnumber
Nullmodel FemaleIdentity 374.69 3
Model1 Femaleidentity+Treatment 372.80 5
Model2 Femaleidentity+Snoutventlengthatbirth 349.43 4
Model3 Femaleidentity+Bodyconditionatbirth 347.16 4
Model4 Femaleidentity+Bodyconditionatbirth+treatment 350.89 6
Model5 Femaleidentity+Snoutventlengthatbirth+Treatment 350.91 6
Model6 Femaleidentity+Bodyconditionatbirth+Snoutventlengthatbirth 335.32 5
Nullmodel FemaleIdentity 1059.39 3
Model1 Femaleidentity+Treatment 1076.27 5
Model2 Femaleidentity+headlengthatbirth 1081.49 4
Model3 Femaleidentity+Treatment+headlengthatbirth 1100.20 6
Nullmodel FemaleIdentity 478.81 3
Model1 femaleidentity+treatment 478.68 5
Model2 Femaleidentity+taillengthatbirth 485.25 4
Model3 Femaleidentity+Treatment+taillengthatbirth 489.81 6
Nullmodel FemaleIdentity 112.65 3
Model1 Femaleidentity+Treatment 101.26 5
Model2 Femaleidentity+bodymass 101.90 4
Model3 Femaleidentity+Treatment+bodymassatbirth 94.08 6
SVLgrowth
Headgrowth
Tailgrowth
Metabolic rate
95

RésultatsChapitre1:Sensibilitéthermiqueembryonnaire
Appendix A3. FactorsandAICcriteriausedinstatisticalmodelsforoffspringperformances.Foreachoffspringtrait,wecomparedthenullmodeltomodels
includingbiologicallyrelevantfactorsandthermaltreatment.Whenparametersdifferedbylessthan2AIC,wechosethemostparsimonious(lowernumberof
parameters).
OffspringTrait Model Factorsincludedinthemodel AIC Parameters number
Nullmodel FemaleIdentity 979.77 3
Model1 Femaleidentity+Treatment 977.15 5
Model2 Femaleidentity+Snoutventlengthatbirth 980.08 4
Model3 Femaleidentity+Snoutventlengthatbirth+Treatment 977.70 6
Nullmodel FemaleIdentity 1061.34 3
Model1 Femaleidentity+Treatment 1053.24 5
Model2 Femaleidentity+Snoutventlengthatbirth 1062.43 4
Model3 Femaleidentity+Snoutventlengthatbirth+Treatment 1054.65 6
Nullmodel FemaleIdentity 253.62 2
Model1 Femaleidentity+Treatment 252.25 4
Model2 Femaleidentity+bodycondition 252.37 3
Model3 Femaleidentity+Treatment+bodycondition 244.26 5
Nullmodel FemaleIdentity 341.39 3
Model1 Femaleidentity+Treatment 342.09 5
Model2 Femaleidentity+bodycondition 335.69 4
Model3 Femaleidentity+Treatment+bodycondition 338.72 6
Nullmodel FemaleIdentity 260.08 3
Model1 Femaleidentity+Treatment 249.22 5
Model2 Femaleidentity+bodymassatbirth 262.04 4
Model3 Femaleidentity+treatment+bodymassatbirth 251.07 6
Nullmodel FemaleIdentity 165.69 3
Model1 Femaleidentity+Treatment 160.22 5
Model2 Femaleidentity+bodymassatbirth 166.78 4
Model3 Femaleidentity+treatment+bodymassatbirth 162.21 6
Nullmodel FemaleIdentity 1038.33 3
Model1 Femaleidentity+Treatment 1010.42 5
Nullmodel FemaleIdentity 885.77 3
Model1 Femaleidentity+Treatment 873.04 5
Maximalswimmingspeed
Averageswimmingspeed
% strikers
Totalstrikescore
Maximaltrac tionforce
Meantrac tionforce
Maxnumberofcontraction
Meannumberofcontraction
96

Article2
Thesignificanceofmaternalthermaleffects:relevanceofstage
dependentembryonicsensitivity
LORIOUXSophie 1,4 ,VAUGOYEAUMarie 1 ,DENARDODaleF. 2 ,CLOBERTJean 3 and LOURDAISOlivier 1,2
1 Centred’EtudesBiologiquesdeChizé,CNRSUPR1934,79360VilliersenBois,France
2 SchoolofLifeSciences,ArizonaStateUniversity,Tempe,AZ852874501,USA
3 Stationd'EcologieExpérimentaleduCNRSUSR2936,Moulis,09200SaintGirons,France
4 UniversitédePoitiers,40avenuedurecteurPinaud86022Poitiers,France
Correspondance:
SophieLorioux,CEBCCNRSUPR1934
79360VillersenBois,FRANCE
Phone:+33(0)549093552
Fax:+33(0)549096526
Email:lorioux@cebc.cnrs.fr
Tables:3
Figures:5
Forconsiderationin:TheAmericanNaturalist
Summary
Developmental plasticity is a central issue because induced variation can reflect either adaptive
responses to environmental factors or developmental constraints. Mothers can influence
developmental conditions in many ways, and the prevalence of maternal effects (i.e.,
transgenerational plasticity) is increasingly recognized. Studies in biomedicine demonstrate that
embryonic sensitivity varies dramatically over the course of development; however, this dynamic
remainstobeconsideredinanevolutionaryandecologicalperspective.Ifdevelopmentalsensitivity
97

isstagedependent,thenthesignificanceofmaternalregulationofthedevelopmentalenvironment
likelyvariesoverthecourseofembryoniclife.
Onewellestablishedmaternaleffectinvolvestheregulationofthethermalenvironmentfor
thedevelopingembryos.Inviviparoussquamates,maternalthermoregulationcanprovidesignificant
benefits either from shortened development duration or improved offspring phenotype. We
experimentally manipulated thermal conditions at different stages of pregnancy in a viviparous
snake,theaspicviper(Viperaaspis).Weimposedecologicallyrelevanttemperaturecyclesmimicking
daily thermal regimes maintained by pregnant and nonpregnant females. Exposure to a cold
temperature cycle (nonpregnant) early in embryonic life had a deleterious impact on offspring
quality. In turn, later stages (fetal life) were less sensitive, and offspring developed compensatory
responses.Developmentalratewasslowedbycoldtemperatureindependentofthetimingofthe
exposure.Ourresultsprovidenewinsightintothesignificanceofmaternaleffectsintheframeof
stagedependentembryonicthermalsensitivity.
Keywords:maternaleffects,viviparity,thermoregulation,embryo,development
98

INTRODUCTION
Livingorganismsareespeciallysensitivetoenvironmentalfluctuationsduringdevelopment(O’Loan
etal.2007;Sarkaretal.2007;HenryandUlijaszek2009;WilliamsandCasanova2010;Mihailaetal.
2011).Alterationsindevelopmentalconditionscantranslateintodetrimentaleffectswithpossible
longtermandirreversibleconsequences(LummaandCluttonBrock2002;Lummaa2003;Gorman
andNager2004;MeylanandClobert2005;AuperinandGeslin2008;HenryandUlijaszek2009;Uller
and Olsson 2009). Alternately, adaptive developmental plasticity can occur in response to
environmentalcues(MeyerandBull2002;Batesonetal.2004)thatareindicativeofthepostnatal
environment(WestEberhardt2003;Monaghan2008).Thesecontrastedresponsesmaydependon
thenatureandtheintensityoftheenvironmentalfactors.
Mothers can influence the developmental conditions of their progeny in many ways by
serving as an interface with the external environment. For instance, a female can influence its
developingprogenyvianongeneticmechanismsincludinghormonal,immune,andnutrienttransfers
(Müller et al. 2007; Tschirren et al. 2007; Cumo et al. 2009; Gagliano and McCormick 2009;
HasselquistandNilsson2009).Theevolutionofmaternaleffectshasattractedconsiderableattention
overthelastdecadeorso(MousseauandFox1998;MarshallandUller2007;Uller2008).Maternal
effectsaretypicallyfavorableinthattheyenableaphenotypicmatchoftheiroffspringtothelocal
environment or buffer offspring from environmental stressors (i.e,. transgenerational adaptive
plasticity).However,nonadaptiveeffectshavealsobeenreportedeitherthroughpassiveinfluences
(i.e.,toxintransfer)oramismatchwiththepostnatalenvironment(Lugoetal.2003;Garamszegiet
al. 2007; Meylan et al. 2007, Kohman et al. 2008; Uller et al. 2009) as proposed in the thrifty
phenotypehypothesis(HalesandBarker2001).
Inmanyvertebrateandinvertebratetaxa (Mc Diarmid 1978; CluttonBrock 1991; Badyaev
and Ghalambor 2001; Reynolds et al. 2002; Gross 2005) maternal care will buffer developmental
sensitivity from environmental conditions. One of the most taxonomically widespread maternal
influence is on developmental temperature (Bernardo 1996). Embryonic thermal sensitivity is a
universal feature among vertebrates (Deeming and Fergusson 1991; Farmer 2000; Gillooly and
Dodson2000;OjangurenandBraña2003)andhasalsobeendocumentedininvertebrates(Johnston
and Benett 1996; Byrne et al. 2009). For instance, embryonic development rate is strongly
temperaturesensitive(GilloolyandDodson,2000;Gilloolyetal.2002).Restrictedthermaltolerance
isconsideredamajordrivingforceinevolutionarytransitions(Farmer2000),suchastheevolutionof
viviparity(TinkleandGibbons1979;Shine1995;Webbetal.2006)andendothermy(Farmer2000,
2003),throughanimprovedmaternalcontrolofdevelopmentalconditions.
99

Whilematernalinfluencesondevelopmentcanbesubstantial,theyshouldbeaddressedin
the frame of embryonic sensitivity, which is dynamic. Embryonic development involves complex
integrated steps (Andrews 2004). General organization, including neurulation and organogenesis,
occurs in earlier stages whereas somatic growth is more pronounced during mid and late
development.Embryonicdevelopmentisknowntobeparticularlysensitiveduringearlystages(Sulik
etal.1981;BirchardandReiber1995;ShineandElphick2001;Andrews2004),withperturbationsat
thattimeoftenresultingindevelopmentaldisruptionorevendeath(Verckenetal.2006,Brañaand
Ji2007,AuperinandGeslin2008;Barker2009;WoottonandJackson2009).
Squamatereptilesofferanidealopportunitytoexaminematernalthermalinfluences.Since
squamates are predominantly lecithotrophic (Stewart and Thompson 2000; Blackburn 2005),
maternaleffectsduringpregnancyaremainlyassociatedwiththermalinfluences(TinkleandGibbons
1979;ShineandHarlow1993;Shine1995;Bernardo1996).Gravidfemalestypicallydisplayintense
baskingbehaviorsandshiftsintheirthermalpreferences(Robertetal.2006;Shine2006;Webbetal.
2006, especially during pregnancy (Lecomte et al. 1993). Current theories posit that maternal
thermoregulation is beneficial by accelerating developmental rate and influencing date of birth
(Tinkle and Gibbons 1979; Shine and Bull 1979; Shine 1983b; Lynch 2009). Maternal
thermoregulationofthedevelopmentalenvironmentcanalsoimproveoffspringqualitybybuffering
environmental conditions (Shine 1995; Shine 2006). It is noteworthy that influences on
developmental rate and offspring quality are compatible from a functional perspective. However,
they have traditionally been considered separately (RodríguezDiáz et al. 2010). Beyond
developmental optimization, female thermoregulation could also translate reliable environmental
cues and induce adaptive phenotypic responses in their developing offspring (Mousseau and Fox
1998).
Since embryonic tolerance varies over the course of development, the significance of
maternal influences are not likely to be constant over time. For instance, accurate maternal
thermoregulation should be more critical at early stages to avoid phenotypic alterations. In turn,
embryonicresponsestomaternaltemperaturearemorelikelytooccurduringfetallifeforatleast
two reasons. First, securing major organizational steps is likely a prerequisite to enabling
developmentalplasticity.Second,maternallyderivedinformationattheendofgestationshouldbe
more reliable for establishing a phenotypic match with the post natal environment (“Anticipatory
maternal effects”: Fox et al. 1997; Agrawal et al. 1999; Meyer and Bull 2002; Leimar et al 2006;
Marshall and Uller 2007). Finally, in addition to its impact on offspring quality, maternal thermal
influenceondevelopmentaldurationshouldalsobedependentontherelativethermalsensitivityof
thedifferentdevelopmentalstages(Andrews2004).
100

Inthisstudyweexperimentallymanipulatedthequalityofmaternalthermoregulationina
viviparous snake, the aspic viper (Vipera aspis). Pregnant females select higher and more stable
temperaturesoverthecourseofgestationwhencomparedtononreproductivefemales(Ladymanet
al.2003,Lourdaisetal.2004b).Weimposeddeviantconditionsonpregnantvipersbytemporarily
imposingthenonreproductivethermalregimeatdifferentperiodsofembryonicdevelopment(first,
middle,andlastthirdsofgestation).
Wetestedthefollowingsetofpredictions:
1 Offspring phenotype is more sensitive to thermal perturbation early in development, and
deviations from maternally selected temperatures at early stages should induce irreversible
developmentaldisruption.
2Developmentalrateismorethermallysensitiveduringearlyandmidgestation,whicharecritical
stepsofsomaticgrowth.Thermalalterationsduringthesestageswillslowdowndevelopmentalrate
anddelaydateofbirth.
3Compensatoryembryonicresponsestomaternaltemperaturearemorelikelyexpectedduringlate
gestation(fetallife),oncemajororganizationalprocessesarecompleted.
MATERIALANDMETHODS
Studyspecies
Theaspicviper,Viperaaspis,isasmall,venomous,viviparoussnakeofthewesternPalearticregion.
Thisspeciesisatypicalcapitalbreederinthatfemalesaccumulateenergyoveranextendedperiodof
timebeforeengaginginreproduction(Bonnetetal.2002;Lourdaisetal.2002).Ovulationtypically
occurs during the first two weeks of June (Saint Girons 1957, Naulleau 1981). During gestation,
femalesundergoconsiderablebehavioralchanges.First,theydisplayhighthermalpreferendaanda
substantialincreaseinbaskingtimewhencomparedtononreproductivefemales(SaintGirons1952;
Naulleau1979;Ladymanetal.2003).Thermoregulatorychangesareassociatedwithadecreasein
movementandfoodintake.Ecologicalandenergycostsofreproductionarehighinthisspecieswith
a substantial mortality of reproductive females notably at the northern limit of the distribution
(Bonnetetal.1999;Bonnetetal.2002).
Captureandmaintenance
Sixty reproductive female aspic vipers were collected in westcentral France from neighboring
populations(DistrictofVendée,LoireAtlantique,andMaineetLoire)betweenMay25andJune17,
2009.Thehabitatwasmainlyremotefarmlandandvineyards.Reproductiveactivitywasevaluated
in the field by manually palpating for ovarian follicles and later confirmed in the lab using
ultrasonography(SonositeMicroMaxx,Inc.,Bothell,WA,USA).
101

Inthelab,femalesweremeasured(±0.5cm),weighed(±0.1g),individuallymarked,andthen
transferredtotemperaturecontrolledclimaticchambers(VötschIndustrietechnik,VP600,Balingen,
Germany)inoneofthefiveexperimentaltreatmentsdescribedbelow.Eachfemalewasplacedinan
opaqueplasticbox(10.5x30x16.5cm)tominimizedisturbance.Eachboxcontainedashelter,and
water was supplied ad libitum in bowls. In nature, females typically do not eat during gestation
(Lourdaisetal.2002),socaptivefemaleswerenotfeduntilparturition.Amongthe60females,only
45 females subsequently ovulated. For each ovulated female, litter size was determined using
ultrasonography. Females were checked every day to ensure their wellbeing and to accurately
determinethedateofbirth.
Experimentaldesign
The aim of this study was to address stagedependent embryonic thermal sensitivity. We divided
developmentintothreebroadbutrelevantperiodsaccordingtoavailableinformation(Hubertand
Dufaure1968,Andrews2004;Lourdaisetal.2004):
1) First third: “early development”. Major embryonic events occurring including blastulation,
gastrulation,neurulation,andsomitedevelopment.
2) Middle third: “embryonic growth”. Development of the optic vesicles and olfactory bulb,
appearanceofthejaws,cloacalsplit,genitalia,andtrunk/tailscales;rapidgrowthofthe
embryoanddevelopmentofspiralcoiling.
3)Last third: “late embryonic growth”: fetal life. Further embryonic growth and completion of
development,includingdevelopmentofpigmentationanddifferentiationofheadscales.
Dailytemperaturecycles
Reproductioninthisspecieshasbeenextensivelystudied(Bonnetetal.1999,2001;Lourdaisetal.
2002). Pregnant females display high thermal preference (Tset: 33°C), but they are exposed to
substantialdailythermalvariationwithadecreaseinbodytemperatureatnight.Wemanipulated
thermalconditionsduringgestationbyapplyingecologicallyrelevantdailytemperaturecycles.Two
thermal cycles (Fig. 1A) were designed with Simpati software (version 2.06) and applied using
climaticchambers(VötschIndustrietechnik,VP600,Balingen,Germany).
“Reproductive”(R)cycle:thechamberwassetto33°C(pregnantfemaleTset)for9hours,then18°C
for13hours(mimickingatypicaldailythermalprofileofafreerangingreproductivefemale);
“Nonreproductive”(NRorcoldcycle):thechamberwassetto27°Cfor9hours,then18°Cfor13
hours(i.e.,atypicaldailythermalprofileofafreerangingnonreproductive,postabsorptivefemale).
Relativehumiditywasheldconstantat85%throughouttheexperiment.
102

Figure 1. Experimental design used during gestation. Thermal treatments were based on two
different daily temperature cycles applied at different times during gestation. (a) In the optimal
(“Reproductive”)dailycyclefemalesreachedtheirpreferredbodytemperature(Tset=33.0°C)for9
hours,whilethe“Nonreproductive”cycle(opencircles)mimickedthethermalregimemaintainedby
nonreproductivefemales,whichhavealowerTset(27.0°C).(b)Thefivethermaltreatmentsvariedin
relativefrequencyandtimingofthetwodailythermalcyclesduringgestation.Whiteandblackbars
representexposuretoNonreproductiveandReproductivedailytemperaturecycles,respectively.
Thermaltreatments
We designed five experimental treatments differing in the timing of thermal perturbations during
gestation(Fig.1B).Intheoptimaltreatment(O),femaleswereexposedtotheRdailycycleduringthe
entiregestationperiod;intheC1,C2,andC3treatmentsfemaleswereexposedtotheNRdailycycle
duringthefirst,middle,andlast thirdofgestation,respectively.Inthelastexperimentalgroup,C
femaleswereexposedtotheNRcyclefortheentiregestationperiod.Thistreatmentrepresentsa
negativecontrolwherefemalesareunabletoaccesstheirpreferredbodytemperaturethroughout
103

gestation.Femaleswereallocated into each treatment after accounting for snoutventlength and
littersize.
Identificationofembryonicstagesandfemaletransfer
Since this experiment relies on specific thermal cycles applied at three different periods of
development,theidentificationofembryonicstageswascrucialfordeterminingtheboundariesof
eachperiod.Importantly,inaspicvipers,apreovulationecdysisoccursandprovidesareliableindex
fortheonsetofgestation(O.L.pers.obs.).Femaleswereregularlycheckedusingultrasonographyto
monitor (Micromaxx, SonoSite, Inc., Bothell, WA, USA) embryonic development. Embryos of each
femaleweremeasured(longestdiagonalmeasurementfromthetopoftheskull),andweevaluated
the remaining vitellus. We used embryonic traits available in developmental tables (Hubert and
Dufaure1968)toestimateembryonicstages.Usingthesedata,wedeterminedtheaveragestageof
embryonic development when the C1, C2, and C3 treatments were transferred to the NR
temperaturecycle (Table1). Exposureduration totheNR treatmentregimelasted 31,28,and54
daysfortheC1,C2,andC3treatmentgroups, respectively. While durations were unequal among
treatments,ourmainobjectivewastotargetrelevantdevelopmentalperiods.Developmentaltables
providedetailedembryodescriptions,butnolinkhasbeenmadebetweenembryonicstages,time,
and temperature, which strongly influence developmental process. Hence, we did not intend to
dividegestationintoexactlythreeequivalentperiods.Instead,wefocusedontheidentificationof
thecontrastedstepsinembryoniclifedescribedabove.
104

Table1.Characterizationofembryonicstagesduringexposureto“NR”cyclein“C1”,“C2”and“C3”
thermal treatments using Vipera aspis developmental tables (Hubert and Dufaure, 1968) and
estimationsfromultrasonography.
Variablescollected
1)Gestationlengthandlittercomposition
The influence of treatment on development time is an important component of this work. We
consideredthedayofskinsheddingasaproxyofovulationandtheonsetofgestation.Gestation
lengthwasthencalculatedforeachfemale(fromovulationtoparturition).Thecomponentsofthe
litter were characterized (undeveloped ova, dead embryo, fullydeveloped but stillborn, healthy
offspring),counted,andweighed(±0.1g).Offspringweremeasured(±0.1cm)andsexed.Stillborns
weremeasured,weighed,andsexedwhenpossible.Becausewecouldnotdistinguishunfertilized
ovafromovathathadbeenfertilizedbuthaddiedearlyinembryogenesis,theseweregroupedin
thesamecategory(undevelopedova).Usingthismethod,wegathereddatafrom37clutchesthat
composed of a total of 108 healthy offspring, 29 undeveloped ova, 17 dead embryos, and 28
stillborns.
2)Offspringquality
Weusedanintegrativeassessmentofoffspringqualitybyconsideringmorphology,physiology,and
behavior. Shortly after birth, neonates were removed from their mother’s cage and housed
individuallyinsmallplasticcontainers(10.5x30x16.5cm).Apolyvinylchloride(PVC)shelterwas
placedineachbox,andwaterwassuppliedadlibitum.
Sizeandgrowth:Atbirth,wecollectedsnoutventlength(SVL),totallength,jawlength,andbody
mass(BM).BodyconditionwasderivedfromtheresidualsofBMagainstSVL.Thesedatawerealso
collectedonemonthafterbirthtoassessgrowthpatterns.Duringthefirstmonthoflife,neonates
werenotfed,andgrowthsolelyreliedonenergystoresatbirth.Indeed,snakeshatchwithresidual
yolkandfatstoresthatareusedforearlyhatchinggrowthandmaintenance(Aretal.2004).
105

Abnormalities: The ventral surface of each individual was scanned (Canon, CanoScan 8800F) to
determine ventral scales number and the prevalence of split ventral scales (a developmental
abnormality). Skin patterns are ecologically significant in vipers, since they provide multiple
ecological signals (Wüster et al. 2004), so we analyzed the total number of abnormalities in the
dorsal zigzag and lateral patterns.Abnormalities were defined as irregularities and breaks in the
general pattern. Additionally, a synthetic score of pattern irregularity was attributed to each
individualfrom1(0to2slightirregularities),2(3to6irregularities),to3(>6irregularities).
Defensive behavior: Newborn snakes are particularly vulnerable and antipredator behaviors are
fitness relevant (Burger 1998). We measured defensive responses just after birth. Without prior
manipulation,theneonatewasmanuallyrestrainedallowingonlythefirstthirdofthesnake’sbody
tobefree.Thesnake’sbodywasthengentlycontactedwithapredatormimic(amodifiedplastic
bottlewithtwobigeyesdrawnonit,Burger1998).Forthedurationofthe30secondtrial,wemoved
thepredatormimicinfrontoftheneonateusingregularmovementsandexertingregularcontact
with the snake’s body. We categorized behaviors expressed by the individual as “protective” (i.e.,
tried to hide, tried to escape), “no response” (no obvious behavior expressed) and “defensive
response”(i.e.,strikebehavior).Werecordedthetimetoelicitthefirststrike,thenumberofstrikes,
andthenumberoftongueflick.
Exploratorybehavior:Neonatevipersareautonomousatbirthandindividualexploratorybehavioris
particularly relevant at it should be a good indicator of the individual’s ability to find suitable
microhabitats in a new environment. Only a few studies are available on exploratory behavior at
birthinsnakes(Burghardt1977;Holtzmanetal.1999;AlmliandBurghardt2006),andwedeveloped
a standard method to assess neonate behavior. This parameter is a key factor for neonates,
especiallyfornataldispersal.TheexperimentaldesignconsistedofasquarePVCarena(70x70cm).
The arena was divided into four compartments partially separated with 40 cm high removable
partitions.Twooppositecompartmentswerefittedwithasupplementallightandheatsource(60
Wattbulb)10cmabovetheenclosurefloor.Thetwoothercompartmentshadnosupplementallight
bulb.Twoshelterswereplacedineachcompartment.Thelightsourcescreatedathermalgradientin
thesystem(rangingfrom37.7±0.1°Cundertheheatsourceto21.8±0.1°Cinthemiddleofthe
arena).Duringtrials,roomtemperaturewas18.0±1.0°C.Priortobeginningatrial,thesnakewas
acclimatedinthemiddleofthearenaunderanopaquecoverfor5minutes.Attheonsetofthetrial,
thecoverwasremovedandsnakebehaviorwasvideorecordedfor15minutes(Sony,HDRXR100).
Exploratory behavior was assessed within 2 days of birth. We assessed time spent before initial
movement,thentotaltimespentin“activeexploration”(movementorpositionederectonthewall),
106

“passive exploration” (motionless but tongue flicking and/or head moving), “passive” (motionless
without tongue flicking or head moving), “thermoregulation” (motionless under the heat source),
and “hidden” (under a shelter). We also documented the number of visited compartments,
compartmenttype(withorwithoutlight)visited,andthenumberofvisitedshelters.Tongueflicks
were also counted. Between trials, the system was entirely cleaned with 70% alcohol to remove
residualodors.
Tractionstrength:Tractionforcewasmeasuredatonemonthofageinstandardconditions(25°C,
correspondingtothemeantemperatureofcaptivityconditions).Threeconsecutive30secondstrials
wereconducted.Weusedaforcetransducer(UFI,MorroBay,California)toassessoffspringtraction
force(formethodology,seeStahlschmidtandDeNardo2009).Tractionforcewasrecordedevery0.1
second. Between each trial the snake was released for 10 seconds, and then stretched again. For
eachtrial,wecollectedmaximumforce,averageforce,totaleffort(i.e.,sumofallrecordedvalues),
andnumberofcontractions.
Standard metabolic rate: We used closed system respirometry in a temperaturecontrolled
environmental chamber (LMS LDT, Sevenoaks, Kent, United Kingdom; stability ± 1°C) to measure
standard metabolic rate (SMR) of neonates one month after birth. Trials were conducted at 25°C
between 6 p.m. and 8 a.m. in opaque test chambers (internal volume 2 l). The methodology is
describedindetailsinLelièvreetal.2010.Eachindividualwasplacedintothetestchamber2hprior
totesting.Trialduration(840min)ensuredsufficientO2suppression(>0.1%).
3)Longtermeffects
Winter survival: In the aspic viper, neonates often start hibernation without any food intake. We
mimickedthissituationbywinteringindividualsafterthecompletionofalltestsatonemonthofage.
Snakes were cooled to 8.0 ± 0.1°C (relative humidity 88.5%) in climatic chambers (Vötsch
Industrietechnick VP 600, Balingen Germany) for 3 month, and we assessed the influence of
treatmentonsurvival.
Firstpreyacceptance:Afteroverwintering,snakeswerehousedsinglyat25°C.Onemonthafterthe
endofthewinteringperiod(i.e.,at5monthsofage),snakeswereofferedtheirfirstprey,afresh
killedneonatemouse(meanmass=1.6±0.2g,~30%ofthesnakebodymass).Thepreywasoffered
intheeveningandconsumptionwasassessedthefollowingmorning.
Statisticalanalyses
107

AllstatisticalcomparisonswereperformedwithRsoftware(version2.12.1,DevelopmentCoreTeam
2010) using linear models (lm models, stats package), mixed models (lme models, nlme package),
and generalized linear mixed models for binomial distribution (glmer models, lme4 package).
Significancewasdeterminedatalpha

Figure2.ImpactofthermaltreatmentongestationlengthinViperaaspis.ErrorsbarrepresentSE.
Levelsnonconnectedbythesameletteraresignificantlydifferent.
2)Offspringquality
Morphologyandgrowth
SVLatbirthwasprofoundlyinfluencedbythermaltreatment(F3,28=3.510,p=0.028,Fig.3),with
neonatesfromtheC1treatmentbeingsignificantlysmallerthantheotherneonates(Tukeyposthoc
tests:Ovs.C1,z=3.229,p=0.007;allotherpairwisecomparisons:p>0.05).Bodymassatbirthand
body condition did not differ among treatments (Table 2). Relative jaw length was affected by
thermaltreatment(F3,28=4.230,p=0.014;Fig.3).NeonatesfromtheC1treatmenthadashorterjaw
length compared to neonates from the C3 and O treatments (Tukey post hoc tests: O vs. C1, z =
3.095,p=0.011;C3vs.C1,z=3.051,p=0.012;allotherpairwisecomparisons:p>0.05).
Growth during the initial month of life was influenced by body condition at birth (F1,70 =
8.152,p=0.006)andwasfasterforneonatesintheOtreatmentandslowerforC1neonates(Table
2).Loss in body mass during the first month of life did not differ among treatments (Table 2).
109

Table2.Effectsofthetimingofthermalperturbationsduringgestationonmorphologicaltraitsatbirth,growthpatterns,andmetabolicrateofoffspringinthe
viviparoussnakeViperaaspis.Tableshowsmeanvalues±SE.
112

Figure3.ImpactofthermaltreatmentonSVLandSVLadjustedjawlengthatbirthinneonateVipera
aspis.ErrorsbarrepresentSE.
Jawlengthgrowthwassignificantlyinfluencedbythermaltreatment,butalsobyinitialjawlength
(F1,72=14.878,p

Dorsal and lateral patterns were also affected by thermal treatment (Table 2; Fig. 4). The
number of pattern abnormalities was higher in neonates from the C1 treatment and lower for
neonates from the C3 and O treatments. We obtained the equivalent results when considering
patternscore(Table2).
Figure 4. Impact of thermal treatment on proportion of individuals exhibiting split ventral scale
abnormalities.ErrorsbarrepresentSE.
Behavior
Antipredatorbehavioratbirthwasmodifiedbythermaltreatment.Neonatesdifferedintotalstrike
numberandtimebeforeelicitingthefirststrike(Table3):neonatesfromtheC2andOtreatments
weremorepronetostrikethanneonatesfromtheC1treatment.Moreover,neonatesfromtheC1
treatmentwereslowertoelicitthefirststrikethanwereneonatesfromtheothertreatments(Table
3).
Exploratorybehavioratbirthwasprofoundlyinfluencedbythermaltreatment(F3,25=3.051,
p=0.047;Fig.5).TheproportionoftimespentinactiveexplorationwaslessforneonatesintheC1
treatment,andgreaterforC3neonates(Tukeyposthoctests:C3vs.C1:z=3.024,p=0.013;allother
pairwise comparisons: p > 0.05). Additionally, neonates from the C1 treatment spent more time
motionlessthanneonatesfromtheothertreatments(F3,26=5.003,p=0.007;Tukeyposthoctest:C1
vs.all:p

(F3,25 = 3.220, p = 0.0398; Fig. 5) and lowest for C1 neonates, which had a tongue flick number
approximately50%ofthatfortheC2neonates(Tukeyposthoctests:Ovs.C1,z=2.739,p=0.032;
C2vs.C1,z=2.639,p=0.042;allotherpairwisecomparisons:p>0.05).NeonatesfromtheOandC3
treatmentsvisitedmoresheltersthanneonatesfromtheC1treatment(F3,25=3.608,p=0.027;Tukey
post hoc tests: O vs. C1: z = 2.945, p = 0.017; C3 vs. C1, z = 2.575, p = 0.049; all other pairwise
comparisons,p>0.05;Fig.5).
Physiologyandperformance
Oxygen consumption was influenced by thermal treatment (Table 2), but also body mass (F1,65 =
6.180, p = 0.016). Standard metabolic rate of neonates from the C3 treatment was the highest
whereasOneonateshadthelowestmetabolicrate(Table2).
MaximaltractionforcewashighestforC3neonatesandlowestforOandC1neonates(Table
3).Wealsofoundaneffectofbodymass(F1,71=91.071,p

Table3.EffectsofthetimingofthermalperturbationsduringgestationonbehavioraltraitsatbirthintheviviparoussnakeViperaaspis.Tableshowsmeanvalues±
SE.
116

Figure5.ImpactofthermaltreatmentonexploratorybehaviorinneonateViperaaspis.Errorsbar
representSE.
3)Longtermimpact
Overwinteringsurvival
117

Thermaltreatmentsignificantlyinfluencedwintersurvivalrate.SurvivalwaslowestforC1neonates
(60.9%) with no difference among the remaining treatments (100% for the C2 and O treatments,
96.0%fortheC3treatment).
Preyconsumption
Consumptionofthefirstpreyitemoffereddifferedsignificantlyamonggroups(glmer,p0.05.
DISCUSSION
Temperature can profoundly affect prenatal trajectories and offspring phenotype in ectotherms.
Embryoniclifeisamultistepprocess(Andrews2004;HenryandUlijaszek2009),andresponsetoa
given perturbation may vary dramatically over the course of development. To date, this dynamic
nature remains underconsidered while it appears critical to fully understand the nature of
developmental plasticity (i.e., constrained or adaptive response) and the functional significance of
maternal thermal effects. We addressed these questions using an experimental approach in a
viviparousectotherm.Ourworkunderlinesthestagedependenceofembryonicthermalsensitivity
andgivesnewinsightonmaternalregulation.Wediscussourresultsindetailbelow.
Maternalcontrolofdevelopmentalduration
Permanent access to maternal thermal preference (optimal treatment) resulted in short gestation
duration and early date of birth. In turn, a permanent thermal restriction (group C) resulted in a
dramaticincreaseingestationduration(55%).Thedurationimpactwasmoremoderateinthethree
othersuboptimaltreatments(18%increaseonaverage).Contrary to our predictions and previous
findings(Andrews2004;Lourdaisetal.2004b),gestationdurationincreasewasnotinfluencedbythe
timingofexposure.Ourresultsindicatethatdateofbirthwas2weeksdelayedwhendevelopmental
conditions were suboptimal during one third of gestation independent of the timing of the
suboptimal thermal exposure, with birth occurring late in September. When conditions were
suboptimal for the entire period, birth was delayed to midOctober. Date of birth is a critical life
history parameter, notably in constraining temperate climates (Olsson and Shine 1998; Shine and
Elphick2001;Lourdaisetal.2004)whenitcanoccurclosetothewinteringperiod(Altweggetal.
118

2005). Recent work reports a positive relation between early date of birth and both postnatal
survival(OlssonandShine1998;WarnerandShine2007)andfuturereproductiveoutputinadultlife
(UllerandOlsson2010).Maternalregulationsignificantlyenhancesdevelopmentalrateasproposed
inthe“coldclimatehypothesis”(TinkleandGibbons1979;Shine1983b).Suchamaternaleffectis
likely adaptive in that it optimizes the postnatal activity period. Importantly, recent evidence of
cardiac compensation has been found in developing ectotherms, indicating a dynamic embryonic
response to adverse developmental conditions (Stahlschmidt and DeNardo 2009; Du et al. 2010).
Suchcompensationmaywellhaveoccurredhereandrequiresfurtherinvestigations.
Maternalinfluencesonoffspringphenotype
Thermal influences on offspring quality were extremely dependent on the timing of exposure.
Offspring exposedto thecoldtemperature cycle in early or mid development exhibit pronounced
phenotypic alterations. The high prevalence (>90%) of split ventral scales in these two groups
advocates for disrupted embryogenesis. Such abnormities are often associated with fitness
disadvantages(Forsmanetal.1994;Shineetal.2005;Löwenborgetal.2010).Similarly,thedorsal
zigzagpatternisacomplexvisualsignalthatmaycarryuptothreefunctionsincludingaposematism,
camouflage,andpredatorevasioninviperids(Wüsteretal.2004).Disruptioninthedorsalpattern
underlinesdevelopmentalperturbationinducedbysuboptimaltemperatureandislikelyecologically
significant.Forexample,disruptionofbackpatternsinthecommonlizard(Lacertavivipara)dueto
changeintemperatureduringdevelopmentwasassociatedwithachangeinreproductivestrategies
(Lepetzetal.2009).
Deviation from maternal thermal preference in the first third of gestation also modified
neonatemorphologyandbodyproportions.C1offspringweresmallerandhadsmallerrelativejaw
length compared to hatchlings from the optimal treatment. Size at birth influence major traits in
reptileslikegrowthandsurvivalrate(Sinervoetal.1992;BrownandShine2004),andthusisunder
strongnaturalselection(SorciandClobert1999;UllerandOlsson2010),butchangeinsizeatbirth
canalsobeadaptive(Lorenzonetal.2001).Inaddition,ingapelimitedpredatorssuchassnakes,
jaw size constrains swallowing capacity and prey size range. Variations in head size influence
individualperformanceandfitness(ForsmanandLindell1993).Timingofthermalperturbationsalso
influenced physiology and performance in neonates at one month of age. Postnatal growth was
lowestinearlyimpactedneonates,whilehighestvalueswererecordedintheoptimalgroup.
Wealsofoundanegativebehavioralimpactofsuboptimalconditionsearlyinpregnancy.First,
C1neonatesexhibitedalteredantipredatorbehaviorwhencomparedtotheothergroups.Second,
C1 offspring displayed reduced exploratory skills, suggesting altered dispersal and cognitive
119

capacities,andnataldispersalmayhaveacriticalinfluenceonindividualfitness(WarnerandShine
2008;Clobertetal.2009).Finally,preyconsumptiontestedfivemonthafterbirthwasextremelylow
intheC1group,andconsumptionofafirstmealiscrucialinsmallectotherms(LeGalliardetal.2005;
Mugaboetal.2010).Overall,theseresultsclearlysupporttheconceptofhighthermalsensitivityat
early developmental stages, since a moderate deviation from maternal thermal preference
translatedintoasubstantialsetofmorphological,physiological,andbehavioralalterations.
Conversely, no such alterations were detected when treatment occurred during fetal life
(C3).Inturn,weevendetectedevidencesforcompensatoryresponsestomaternaltemperature.For
instance, highest SMR values were reported in this group while it was lowest within the optimal
group.Metabolicratewasrecordedoveronemonthafterbirth,andthesedifferenceswerenotthe
result of shortterm reversible embryonic acclimation (Du and Shine 2010). Similarly, neonates
impacted late in development were more vigorous and had higher stamina. These effects may
constitutecompensatoryresponsestofutureadverseenvironmentalconditionsashavebeenfound
inotherreptiles(O’SteenandJanzen1999;Angilletta2009,deFraipontetal.2000)andmammals
(Canals et al. 2009). Indeed, low maternal temperature reveals thermoregulatory constraints
associated with poor weather conditions. Such environmental constraints delay date of birth
(Lourdaisetal.2004b,andaboveresults)andwilllikelyexposeneonatestoathermallyconstraining
environment(i.e.,coldtemperatureassociatedwithfallseason).Outresultsmaysuggestadynamic
responsetomaternalinfluencesthatindicateunfavorablepostnatalthermalconditions.
Finally, intermediate stages of embryonic development (C2) appear sensitive to deviations
from optimal temperatures notably in terms of general organization (morphological features).
However, we did not observe significant physiological or behavioral alterations. Surprisingly, C2
neonatesappearsimilartoOneonateswhenconsideringsomespecifictraits(tongueflicknumberin
anewenvironmentandstrikenumber).Thesedevelopmentalstagesmightrepresentatransitionin
embryonic sensitivity combining significant developmental constraints and ability to integrate
maternalcuesandproducecompensatoryresponses.
Functionalsignificanceofmaternalthermaleffects
Maternal effects on offspring have been reported in a diversity of taxa (Crespi and Denver 2005;
MeylanandClobert2005;Mülleretal2007;GaglianoandMcCormick2009).Herewedemonstrated
that maternal thermal effects influence offspring phenotype and development time in a complex
manner.TheoptimaltreatmentwithconsistentdailyaccesstoTsetsignificantlyenhancedoffspring
qualityanddateofbirth.Applyingaperturbationatearlystagesledtomultipledetrimentaleffects
and profoundly altered phenotype, suggesting an impact on coordinated expression of
120

developmentalgenesandmajorembryonicprocesses(Richardsonetal.1998).Inturn,exposureto
NR treatment during the last third of gestation had no deleterious influence on neonates that
appearedbetteradaptedtoconstraining(cold)conditions.Ourresultssuggestthatfetallifecouldbe
a critical time window for the integration of environmental cues and developing phenotypic
expression(WestEberhardt2003;PiersmaandVanGils2011).The“cold”signaltransferredbythe
motherinlatedevelopmentmayhaveshapedfetalphysiology,allowingtheindividualtobemore
efficientinanexpectedcoolerenvironment.Suchstagedependentvariationinembryonicresponse
maybecriticaltoaddresstheadaptivenatureofmaternal“effects”(Mousseauetal.2009)andtease
apart the need for active maternal regulation (to guarantee coordinated development) and the
possibilityofinducingdynamicdevelopmentalresponsestoenvironmentalcues.
Ecologicalrelevance
Timedependent embryonic sensitivity is also ecologically relevant to better understand the
demographic impact of environmental variations (Gaillard et al. 1997; Lindström 1999; Reid et al.
2003; Descamps et al. 2008; LeGalliard et al. 2010). The maternal ability to buffer the impact of
environmental conditions may be limited, especially under colder climates. For instance, several
correlativestudiesreportsignificantcohorteffectsinrelationwithweatherfluctuations(Lourdaiset
al.2004b;LeGalliardetal.2010)andvariationsinoffspringphenotypeordateofbirth(Olssonand
Shine1997b).Thus,thetimingofconstrainingweathermayhavecontrastedimpactsonphenotypic
variation and may be a relevant facet in the understanding of environmentally induced cohort
variations.
Evolutionaryrelevance
Narrow embryonic thermal tolerance may partially be a secondary derived trait in viviparous
systems,sincematernalregulationprovidesmorereliableaccesstooptimaltemperature(Robertet
al.2006;Shine2006;Webbetal.2006).Still,highsensitivityatearlystagesislikelyapreexisting
developmental constraint that favored the evolution of egg retention (Qualls and Andrews 1999;
Shine 2004; Braña and Ji 2007) and modified maternal thermoregulation as observed in many
oviparous species. Evolutionary transition to viviparity in squamates has attracted considerable
interest (Shine 1983b, 1995; Blackburn 2006) and possibly involved the extension of preexisting
behaviors as outlined in the “preadaptation” hypothesis (Shine 2006). Our results point out the
critical importance of regulating early but also intermediate developmental stages to avoid
phenotypic alteration. Our study demonstrates that maternal thermoregulation combines
121

independentbutcomplementarybenefitsbyi)decreasingdevelopmenttime(continuouseffect)and
ii) avoiding developmental disruption (stagedependent effect). Maternal thermoregulatory
constraintsmayalsotransferrelevantinformationtothefetusandfavorabetterphenotypicmatch
to the postnatal environment (stagedependent effect). Thereby, we provide an original
contributioninunderstandingthetransitiontoviviparitythatlikelyinvolvedmultipleselectiveforces
optimizingmaternalinfluencesintheframeofcomplex,stagedependentembryonicsensitivity.
Acknowledgments
WethankMichaëlGuillonandPatriceQuistinicwhohelpedinsnakecapture.M.Guillonalsohelped
in the design of the behavioral arena. We also thank many students who helped with animal
maintenance.FinancialsupportwasprovidedbytheAgenceNationaledelaRecherche(ECTOCLIM
project)andtheFYSSENFoundation.
122

CHAPITRE2:
Régulationmaternelledudéveloppement
123

Résuméduchapitre2
Danslecadredecechapitre,nousnoussommesintéressésàlarégulationthermiquematernelleet
aucomportementdethermorégulation.NousnoussommesdoncconcentréssurVapsis(Article3)
espèce pour laquelle nous disposons de données écologiques très détaillées. Ces aspects ont en
partie été étudiés en chez A childreni (gravidité et incubation). La prédation est une pression
écologique très forte qui influence les stratégies d’exposition et l’activité notamment chez les
squamates.Suiteuneattaquel’utilisationd’unrefugeestunmoyenefficacepoursesoustraireaux
prédateurs mais peut entraîner des coûts physiologiques avec notamment un abaissement de la
températurecorporelle.
Chezlessquamateslapriseenchargematernelledesembryonsestgénéralementassociéeà
une augmentation des activités de thermorégulation et à un changement des préférences
thermiques(chapitre1).Lagestationpeutaugmenterlesrisquesdeprédationavecuneexposition
renforcée et des contraintes locomotrices dues à la charge physique. Dans ce contexte, il est
importantdecomparerlesstratégiescomportementalesdesfemellesselonleurétatreproducteur
(gestantes ou non) afin d’examiner dans quelle mesure l’état de gestation modifie les tactiques
d’exposition. Par ailleurs, considérant l’évolution des contraintes de la gestation, on peut faire
l’hypothèsed’unajustementcomportementalmaternelaucoursdelagestation,liéd’unepartaux
besoinsthermiquesembryonnairesmoindresenfindegestationetd’autrepart,laprogressiondes
contraintesaucoursdutemps.
Pourcela,nousavonsréaliséunensembledesuiviscomportementauxàdifférentsstadesde
la gestation (début, milieu et fin). Une quatrième session a été réalisée pour les femelles
reproductrices après la misebas. La distinction des grandes périodes du développement a été
renduepossiblegrâceausuiviéchographiquedesfemellesreproductrices.L’étudeaétémenéesur
11 femelles reproductrices et 19 femelles nonreproductrices. Les femelles étaient équipées
d’enregistreursdetempératureminiaturisés(1pointdetempératuretoutesles2minutes).Cecinous
a permis de reconstruire les profils précis de thermorégulation en situation de «confort»
(thermorégulation libre et sans dérangement). Nous avons ensuite mesuré le comportement
d’utilisationderefugesuiteàunesimulationd’attaquedansdesenclosstandardisés(cagede1mde
long,équipéed’unelampefournissantunpointchaud,etd’unabrisituéàl’opposé,danslapartiela
plus fraîche). L’ensemble de la session était filmé afin de quantifier ultérieurement les
comportementsexprimésparlesfemelles.Nousavonsrelevélescomportementsexprimésparles
124

individus suite aux attaques (séjour dans le refuge, observation, sortie) et évalué les coûts
thermiquesdel’utilisationdurefuge.
Lesrésultatsobtenusonttoutd’aborddémontréquelesfemellesreproductricesn’ajustaient
pas leur comportement au cours de la gestation: elles maintiennent des préférences thermiques
préféréesplusélevées(33.45°C)quecellesdesfemellesnonreproductrices(30.62°C),etbienmoins
variables, tout au long de la gestation. Par ailleurs, la préférence thermique et la qualité de la
thermorégulationmaternellenedépendentpasdunombredejeunesvivants.
Ensituationderisquedeprédation,lesfemellesreproductricespassentlamajoritédeleur
temps en thermorégulation alors que les femelles nonreproductrices privilégient l’évitement des
risques.Suite à une attaque, les femelles reproductrices sortent plus rapidement du refuge et
passentmoinsdetempsenobservationavantdeprendreladécisiondesortie.Cescomportements
nesontpasdépendantdustadedegestationoudelatailledelaportée.Parcontraire,lesfemelles
nonreproductrices,séjournent4foisplusdetempsdansleurrefugeaprèsuneattaque,etajustent
leurcomportementselonlarépétitiondesattaques.Cecontrastesembleétroitementliéauxcoûts
thermiquesassociésàl’utilisationderefuge.Lesfemellesreproductricestolèrentunabaissementde
températureplusfaibleavantdereprendrelesactivitésdethermorégulation.
Lefaitquelesfemellesn’ajustentpasleurcomportementaucoursdelagestationselonla
fécondité peut semble contre intuitif. Concernant la fécondité, ce résultat souligne le caractère
spécifiquedessoinsprénatauxetducaractèrenondépréciabledelarégulationthermique.Eneffet,
latempératureoptimaledépenddelasensibilitéspécifiquedudéveloppementembryonnairemais
n’estpasaffectéeparlafécondité(lesembryonspartagentlesmêmesbesoinsélevés).Lafemelle
doitdoncinvestirdelamêmemanièredanslathermorégulationquelquesoitlenombredejeunes.
L’absence d’ajustement selon le stade de gestation laisse présumer d’autres bénéfices d’une
thermorégulation renforcée. Ainsi, la femelle pourrait tirer profit d’une misebas précoce pour
reprendresesactivitésets’affranchir«auxplusvite»descontraintesénergétiquesetécologiques
de la gestation.Enfin, des stratégies compensatoires basées sur la sélection de l’habitat peuvent
exister.Eneffet,lesfemellesgestantessurleterrainsontrelativementcryptiquesetchoisissentdes
microhabitatsspécifiquespermettantàlafoislathermorégulationetunefuiterapide(bordurede
zonesdevégétationsdenses).
125

Runninghead:pregnancy,thermoregulationandescapetacticsinsnakes
Article3
Dedicatedmothers:pregnantvipersinvestinnondepreciableand
stageindependentcaretotheirembryos
LORIOUXSophie 1,3 ,LISSEHélène 1 andLOURDAISOlivier 1,2
1 Centred’EtudesBiologiquesdeChizé,CNRSUPR1934,79360VilliersenBois,France
2 SchoolofLifeSciences,ArizonaStateUniversity,Tempe,AZ852874501,USA
3 UniversitédePoitiers,40AvenuedurecteurPineau85022Poitiers,France
Correspondance:
SophieLorioux,CEBCCNRSUPR1934
79360VillersenBois,FRANCE
Phone:+33(0)549093552
Fax:+33(0)549096526
Email:lorioux@cebc.cnrs.fr
Tables:2
Figures:5
Forconsiderationin:FunctionalEcology
126

Abstract
Escapetacticsattractedconsiderableinterestinectothermsandoptimalrefugeuseshouldbalance
thebenefitsderivedfromofpredatoravoidancewithphysiological/opportunitycostsofsheltering.
In viviparous squamates, pregnancy imposes major thermoregulatory shift and should influence
refuge use. Because embryos are thermally sensitive, pregnant females should minimise thermal
costsandrefugeuseinresponsetoapredatorattack.However,embryonicsensitivityandmaternal
constraints vary dramatically during pregnancy and these changes should modulate the costs
benefitsbalanceofrefugeuse.Femalesshouldthermoregulatemoreatearlystages(i.e.particularly
sensitive)whileincreasedpredatoravoidanceareexpectedatlatepregnancystagesduetoincreased
physical burdeningandlocomotorimpairment.Inaddition,thefecunditydependenceof maternal
behaviourdeservesspecificinteresttoaddresspossibleadjustmentstocurrentreproductiveeffort.
Weexperimentallystudiedthermoregulationinpregnantandnonreproductiveaspicvipers,
Viperaaspis,atdifferentstagesofgestation(first,midandlastthird)intwosetsofconditions.We
determinedpreferredbodytemperaturesinacostfreeenvironmenttotestforstageandfecundity
dependenceofmaternalthermalpreference.Then,weexaminedbehaviouralresponsestorepeated
predatoryattacks.Pregnantfemalewereextremelyaccuratethermoregulatorswhencomparedto
non reproductive and preferred body temperature was not dependent of litter size or gestation
stage.Aftersimulatedattacks,pregnantfemalesalwaysminimisedrefugeuseandthermaldeviation
from their preference. In turn, non reproductive females avoided exposure and modulated their
responsetorisklevel.Contrarytoourprediction,pregnantfemalesdidnotadjusttheirbehaviour
over the course of gestation suggesting that stage independent benefits may be derived from
accentuatedmaternalthermoregulationandexposure.
Keywords:Refugeuse,predation,pregnancy,nondepreciablecare,thermoregulation,development.
127

Introduction
Predation is a major selective and ecological pressure that influences exposure strategies, activity
budgetandbehavior.Escapetacticsandrefugeusehaveattractedconsiderableinterestnotablyin
an optimality context (Ydenberg and Dill 1986).Behavioral decisions under the risks of predation
respondtoconflictingdemands(timeandenergy)andshouldbalancethefitnesscostsandbenefits
ofpredatoravoidance(Sih1980,LimaandDill1990;CooperandFredericks2007;Cooper2009a).
These behavioural decisions will depend on external environmental cues, the assessment of
predationrisk(BouskilaandBlumstein1992;Sih1997;Amoetal.2004a;Amoetal.2004b;Martin
and López 2005) but also physiological requirements. Although predation risk can be reduced by
selecting refuges that offer effective protection (Bauwens et al. 1999; Cooper et al. 1999;
Goldsbroughetal.,2004;CooperandWilson,2008).Somelifehistorystagesandsomephysiological
and behavioral processes require the decision to come out of a refuge. Thus in ectotherms, this
decision and emergence time from refuges is predicted to result from external factors such as
external temperatures (Cooper 2009b), food availability (Martín et al. 2003) and individual
physiologicalfactors(e.g.bodytemperature,bodymassloss,Martínetal.2003;Amoetal.2003;
MartínandLópez1999).
Temperatureisamajorenvironmentalparameterforectothermssinceitinfluencesdirectly
bodytemperatureandtherebymajorphysiologicalprocessesandfitnessrelatedperformancesuch
assprintspeed(HueyandKingsolver1989;Angilletta2009).Behavioralthermoregulationconstitutes
a robust mean to maintain body temperature in an optimal range (Huey and Slatkin 1976).
Meanwhile, thermoregulation usually increases exposure to predators and predation risks (Pianka
andPianka1970;Hertzetal.1982;SchwarzkopfandShine1992;WebbandWhiting2005).Hence
optimal thermoregulation strategies should minimise ecological risks and maximise physiological
benefits(HueyandSlatkin1976).Usually,terrestrialsquamatereptilesescapefrompredatorsby
fleeingintothenearestrefugeandoptimaluseofsheltersimpliesmaximizingpredatoravoidance
whileminimizingthermalcosts(Cooper1998;MartinandLópez1999;Downes2001).Indeed,under
temperateclimates,sinceambienttemperatureisgenerallylimiting,naturalsheltersareusuallytoo
cool and thus provide lower thermal conditions than the optimal temperature for performance
(Martin,2001).Thereforerefugeuseisoftenassociatedwiththermalcostssinceitwillinduceatime
dependent decrease in body temperature. In that context, emergence behavior should balance a
decreaseofpredationriskovertimeagainsttheopportunitycostsforotheractivitiesandthermal
costs(Martín2001;Amoetal.2007).
Whilethedeterminantofescapetacticsandrefugeuseinectothermsattractedconsiderable
interest, only few studies addressed the effect of reproductive status and pregnancy on these
variables (Bauwens and Thoen 1981; Downes and Bauwens 2002; Amo et al. 2007; Robert and
128

Thompson2007).Sincesquamatesarepredominantlylecithotrophic(StewartandThompson2000;
Blackburn2005),pregnancyismainlyassociatedwiththermalinfluences(TinkleandGibbons1979;
ShineandHarlow1993;Shine1995;Bernardo1996).Especially,viviparousgravidfemalestypically
displayintensebaskingbehaviorsandshiftintheirthermalpreferences(Robertetal.2006; Shine
2006;Webbetal.2006),usuallyselectinghighertemperatures.Modifiedmaternalthermoregulation
is predicted to be beneficial either by accelerating developmental rate (Tinkle and Gibbons 1977;
ShineandBull1979;Shine1983b)andimprovingoffspringphenotype(Shine1995;Shine2004;Shine
2006b). We expect that thermal costs of refuge use should be more important when females are
gravid due to embryos thermal needs. Meanwhile pregnancy is associated to significant physical
mass burdening (Shine 1980; Seigel et al. 1987; Brown and Shine 2004), leading to locomotor
impairment(LimaandDill1990;LeGalliardetal.2003).Thus,accentuatedthermoregulatoryneeds
(increased exposure), combined with locomotor impairment are likely to increase predation risk.
Hence gravid females will have to trade thermoregulation benefits with predation risks and
adjustmentsareexpectedtooccur.
One major aspect in addressing reproductive status is to consider the dynamic nature of
pregnancy and associated embryonic and maternal constraints. For instance, embryonic
developmentisamultiphaseprocessthatinvolvescomplexintegratedsteps(Andrews2004).Early
embryonic stages (general organization, including neurulation and organogenesis) are particularly
susceptibletoenvironmentalperturbationduetostrongdevelopmentalconstraints(Andrews2004).
In an experimental study on the aspic viper (Lorioux et al. submitted) we demonstrated that cold
maternalbodytemperatureinthefirstthirdofgestationstagesledtomultipledetrimentaleffects
andprofoundlyalteredoffspringphenotype.Inturnthesametreatmentappliedinthelastthirdhad
onlylimitedeffectonoffspringphenotypicquality.Therefore,wepredictthatthetradeoffbetween
refugeuseandthermoregulatoryneedsshouldvaryaccordingtothegestationstages.Specifically,
females should especially favor thermoregulation and minimize refuge use during early (i.e.
thermallysensitive)stagesrelativelytolatterstages.
Meanwhile pregnant females face high energetic costs during gestation due to modified
baskingactivityandincreasemetabolicdemand(Schultzetal.2008).Energeticrequirementsimpose
significantproteinmobilizationoverthecourseofgestationthatsignificantlyaltersmusculatureand
performance(Lourdaisetal.2004a;Lorioux,unpublisheddata).Alsophysicalburdeningwillincrease
withtimeduetoembryonicwateruptakethatoccursatlatestages(DauphinVillemantandXavier
1986;Lorioux,unpublisheddata).Thereby,performancealterationislikelytoincreaseovertime(Le
Galliardetal.2003).Thusweexpectfemalestoadjusttheirthermoregulatorybehaviorandescape
tactics and increase predator avoidance at late pregnancy stages that are also less thermally
129

sensitive. Stage dependent embryonic and maternal constraints are likely to influence the cost
benefitbalancebetweenriskavoidanceandexposure.
Inviviparoussquamates,littersizecanvaryconsiderablywithinagivenspecies(Seigeland
Ford1987;Bonnetetal.2001;Lourdaisetal.2002).Thuswemaywondertowhatextentfemalewill
adjusttheirthermoregulationandescapetacticsduringpregnancyandaccordingtotheirfecundity.
Recentstudiesofferconflictingresultssuggestingeitheraninfluenceoffecundity(Bleuetal.2011)
ornot(Ladymanetal.2003).Howeverthermoregulationdatawereeitherpunctualorderivedfrom
the field and detailed study in standard condition are thus required to address the impact of
fecundity.
Inthisstudy,weassessedthermoregulationandresponsetosimulatedpredatoryattacksin
pregnantandnonpregnantaspicviper(Viperaaspis)atdifferentstagesofgestation(first,midand
lastthird).Wepredictedthat:
i)Gravidfemalesshouldthermoregulatemoreaccuratelythannonreproductiveandpreferredbody
temperature(Tset)shouldbeindependentofthenumberofdevelopingembryos.
ii)Duetoembryonicrequirements,gravidfemalesshouldspendmoretimeinthermoregulationthan
nonreproductivefemalesandemergesoonerformtherefugeafterasimulatedattacktominimize
thermalcosts.
iii)Gravidfemalesshouldadjusttheirinvestmentinthermoregulationoverpregnancy.Weexpected
higher behavioral investment at early (i.e. thermally sensitive) stages. In turn, lower
thermoregulatoryinvestmentandincreaseinpredatoravoidanceareexpectedatlaterstages
MaterialandMethods
Studyspeciesandbreeding
Studyspecies
Weusedalongtermcaptivecolonyofaspicviper(Viperaaspis).Theaspicviperisasmallvenomous
snakeinhabitingthewesternPalearticregion.Inthisspecies,femalesaretypicalcapitalbreederand
accumulate energy over extended period before engaging into reproduction (Bonnet et al. 2002;
Lourdaisetal.2002b).Thisreproductivestrategyleadstoafrequencyofreproductionevery2to3
years.Duringgestation,femalesexperiencehighenergeticconstraints(Ladymanetal.2003,Bonnet
et al. 1999; Bonnet et al. 2002), while being anorexic (Lourdais et al. 2002a), inducing significant
emaciation after parturition. Gravidity is associated with a shift in thermal preferrenda with an
increase in basking activities (Saint Girons 1952; Naulleau 1979; Ladyman et al. 2003).
Thermoregulatorychangesarealsoassociatedwithadecreaseinmovementandfoodintake.
130

Breedingprotocol
Aftera2monthwinteringperiodat8°C,30malesand30femalesweretransferredinexperimental
cages(100cmx30cmx35cm).Thefrontsidewasmadeinglassallowobservationsofthesnakes
(seebelow).A75Wlightbulbwasplacedononesideofthecage(10cmhigh),creatingathermal
gradient(1841°C)inthecage.Thislightsourceallowedsnakestobaskfor6hrsperday,between10
a.m.and4p.m.Roomtemperaturewasheldconstantat18°C.Ontheoppositeside(coldestzone),
an opaque PVC shelter (half cylinder, diameter = 15 cm, length =37 cm) was provided with two
circular opening (diameter) facing the light source, and allow snakes to hide, and was used as
nocturnalrefuge(Lorioux,Pers.Obs.).
Two males and 2 females were housed in each experimental cage. Each day, one male was
transferredandonenewmalewasintroducedtothe2femalestoallowcourtshipandmating.This
protocolwasappliedduring4weeks.
Attheendofthebreedingperiod,13femalesengagedintoreproduction(“R”females)and19were
not reproductive (“NR” females). Ovulation was determined by ultrasonography (Micromaxx,
SonoSite,Inc.,Bothell,WA, USA).Vipersarelowenergyspecialistandlow frequent feeders. Long
term fasting is ecologically relevant notably during pregnancy. To avoid confounding effects of
nutritionalbalance,allfemaleswereunfeduntilthecompletionoftheexperiment.
Pregnancymonitoring
Behaviouraltrialswererepeatedover3successivesessionscorrespondingtofirst,secondandlast
thirdofpregnancy.Theseperiodsarerelevantsincetheymatchwithimportantstepinembryonic
lifeincludingorganisation,growthandfoetallife(detailedmethodologyinLoriouxetal.submitted).
Embryonic development was monitored by regular ultrasonography of females Vipera aspis.
Embryonicstagewasestimatedconsideringtheamountofresidualyolkanddevelopmentaltables
(Hubert and Dufaure 1968). An additional session was realized two weeks after parturition in
reproductivefemales.
Bodytemperature
ThermoregulationprofileswererecordedusingiButtondatalogger(DS1922L,iButtonthermochron,
Dallas Semiconductor, Dallas, USA). The day before each experimental session, females were
previouslyanesthetized(isoflurane)andfittedwithminiaturizediButtons,bymanualingestion.Each
dataloggerwasprogrammed(OneWireViewersoftware)torecordonetemperaturedataevery2
minutes, for 6 days. All data loggers were previously calibrated in climatic chambers (Vötsch
Industrietechnik,VP600,Balingen,Germany).Moreover,temperatureinsideclimaticchamberswas
alsocheckedusingamercurythermometer(FisherScientific,Illkirsch,France).Weused4calibration
131

temperatures (15, 20, 25 and 33°C), corresponding to average temperatures range selected by
females. We thus obtained a calibration equation specific for each iButton. Each iButton was
assigned a specific number that allows us to correct temperature data when they were got back.
Dataloggerswereretrievedbymanualregurgitation(60%)orwerespontaneouslyregurgitated(40
%)afteronaverage15days.
EXPERIMENTALDESIGN
Foreachsession,experimentswereconductedover6consecutive days.Onthefirsttwo days we
assessedresponsetosimulatedattacks.Duringthelast4days,femaleswereleftundisturbedina
costfreeenvironmenttoassessthermalrequirements.
i)Responsetosimulatedpredatorattack
Repeated predatory attacks are known to modify subsequent behavioral decisions (Martín
andLópez2001)andweperformedtwoconsecutivepredatorattacksduringeachtrial.Beforethe
experiment,femaleswerecooledonehourat16°Cinaclimaticchamber(LMSLDT,Sevenoaks,Kent,
UnitedKingdom;stability±1°C)tocontrolforinitialbodytemperature.Lightsourcewasswitchon1
hour before experiments start to ensure that temperature in the basking section reached its
maximum(42°C).Femaleswerethenintroducedintotheexperimentalcages.Thevideorecording
startedandtheexperimenterlefttheroom.Then,90minuteslater,theoperatorsimulatedthefirst
attackusing60cmlongpliers(endobabcock)touchingthebackofthesnakeandforcingaretreatin
therefuge.Asecondsimulatedattackwasrealized60minuteslaterusingthesameprocedure.The
trialwasstopped60minuteslater.AlltrialswererecordedwithaHDcamcorder(Sony,HDRXR100).
Betweentrials,cagesandshelterswerecleanedwith70%alcoholtoremoveresidualodors.
Inordertoaccountforpotentialvariation,twotrialswereperformedforeachindividualon2
consecutivedays(oneinthemorningandoneintheafternoon)andvalueswerethenaveraged.This
procedurewasrepeatedforthethreesessions(early,midandlastthirdofpregnancy).Foreachtrial,
wemeasuredasetofparameterdescribedbelow.
Generalbehaviour:
Foreachindividual,weassessedtheproportionoftimespentinexploration,thermoregulationand
undertheshelter.Wealsoconsideredtheproportionofindividualsalreadyhiddenatthetimeofthe
simulatedattacks
Responsetoasimulatedattack:
Wemeasuredheademergencetime(timebetweenenteringtherefugeandheademergence),
132

scanning time (time between head emergence and emergence of the midbody) and time for full
emergence (time between entering the refuge and emergence of the whole body). Finally, we
derivedtheproportionofanimalsstayingintherefugeafteranattack(noemergence).
Thermalcostsofrefugeuse:
Weassessedthermalcostsofrefugeusebycalculationofthedifferencebetweenbodytemperature
atthetimeoftheattackandminimalvaluesubsequentlyrecordedundertherefuge.
ii)Thermoregulationinacostfreeenvironment
Snakesweremaintainedinsimilarexperimentalcages(100cmx30cmx35cm)butthefrontsideof
the cage was covered to avoid any visual disturbance. Additional shelters (tiles) were provided to
facilitate movement between the main shelter and the thermoregulation area. Snake were
maintained undisturbed for 4 consecutive days and water was provided ad libitum. Light source
provided 6hrs of basking opportunities between 10 a.m. and 4 p.m. Room temperature was held
constantat18°C.
WecomparedTbprofilesofthereproductivefemaleswithnonreproductivefemaleshoused
underthesameconditionsoverthe4consecutivedaysinacostfreeenvironment.Wecalculatedthe
meandailyTbduringthebaskingperiod(between10a.m.and4p.m)foreachindividual.Wealso
consideredtwoderivedvariablestoassesswithinfemaleandamongfemalevariationinTb.First,we
determined the extent of withinfemale daily Tb variation by examining Tb standard deviation
calculatedforeachdayandeachfemale.Second,tomeasuretheinfluenceofreproductivestatuson
interfemalevariationinTb,wecalculatedtheabsolutedeviationbetweentheindividualmeandaily
TbandthegrandmeanofdailyTbofthegroupoffemalessharingthesamereproductivestatus.
Weusedtheboundsofthecentral50%ofselectedTbforeachindividualwhentemperature
undertheheatsourcewasnotlimitingasourmeasureofTset(ChristianandWeavers1996;Hertzet
al.1993).Weusedbodytemperaturebetween12a.m.and4p.m.
Statisticalanalyses
Allstatisticalanalyseswereperformed usingRsoftware(version2.12.1.,DevelopmentCoreTeam
2010).Sincethesameindividualsweretestedforeachsessionweusedlinearmodelsforlongitudinal
data(lmemodels,nlmepackage),withreproductivestatusandsession(effectoftime)ascofactors.
Attackrepetitionwasalsoincludedinthemodelsforanalysesofemergencebehavior,toaccountfor
the effects of repeated predatory attacks. Proportion data were previously logittransformed
(Warton and Hui 2011), and this transformation ensured normality assumptions. Due to the non
normality of the residuals, time for head emergence, scanning and full emergence were log
transformed.Howeverthistransformationdidnotsatisfiednormalityassumption,sowerealizeda
133

oxcoxtransformationofthedataforlinearmodels.Optimalwasassessedusingboxcoxprocedure
(package MASS). Data were then transformed using the bcPower procedure (package car), and
analyzedusinglinearmodelsforlongitudinaldata.Proportionoffemalesalreadyundercover(atthe
timeofeachsimulatedattack)wasanalyzedusing²tests.Tukeyposthoctestswererealizedforall
pairwisecomparisons.Significancewasdeterminedatalpha

Traits Factors d.f S.S F-ratio P-value
Mean daily Tb (°C)
Standard deviation (°C)
Reproductive Status (A) 1 28 32.852 < 0.001
Day (B) 2 336 6.562 < 0.001
Session ( C) 2 336 148.068 < 0.001
A*B 3 336 1.763 0.151
A*C 2 336 55.577 < 0.001
B*C 6 336 69.812 < 0.001
A*B*C 6 336 12.834 < 0.001
Reproductive Status (A) 1 28 50.987 < 0.001
Day (B) 3 336 1.380 0.249
Session ( C) 2 336 0.489 0.614
A*B 2 336 0.583 0.627
A*C 2 336 0.231 0.794
B*C 6 336 0.552 0.768
A*B*C 6 336 0.273 0.949
135

Figure1:Effectsofreproductivestatusonmeanbodytemperatureselectedduringbaskingopportunities
(12hrs16hrs). “R”,”NR” and “PR” represent respectively reproductive, nonreproductive and post
reproductive females The median is represented by the middle horizontal line in the boxplot and the
mean by the grey circle. Interval between 25 and 75% quartiles is represented by boxes and range by
whiskers.Opencirclesareoutliers.
Tbstandarddeviationwasinfluencedbyreproductivestatus(Table1;Fig.2).Pregnant
femalesshowedlessdailyTbvariationthandidnonreproductivefemales(meanvalues0.50±0.17
vs. 1.70 ± 1.24 °C, F1,28 = 46.989, p < 0.001) and postreproductive females (session effect, F1,130 =
58.067,p

Figure2.Theprecisionwithwhichindividualfemalesmaintainbodytemperatureasrepresentedbythe
mean daily Tb standard deviation (°C) of gravid (“R”), nonreproductive (“NR”) and postreproductive
(“PR”) females Vipera aspis. The median is represented by the middle horizontal line in the boxplot.
Intervalbetween25and75%quartilesisrepresentedbyboxesandrangebywhiskers.Opencirclesare
outliers.
SimilarresultswerefoundwhenconsideringTsetforreproductivefemales[33.0333.92]and
non reproductive females [28.5833.46]. Selected body temperatures were significantly different
amongsessionsinnonpregnantfemales(Tukeyposthoctests,p0.05forallcomparisons).Importantlypreferredbodytemperatureinpregnant
femaleswasnotrelatedtofitlittersize(r²=0.042,p=0.375;Fig.3)
137

Figure3:PlotoftheeffectoflittersizeonmeanselectedbodytemperatureinpregnantfemalesVipera
aspis. Data of each session were pooled. In our experiment, females litter size ranges from 1 to 11
developingoffspring.Numbersinbracketsindicatesthenumberoffemalesconsideredforeachlittersize.
2)Behaviorundertheriskofpredation
Activitybudgetwasdependentofreproductivestatus(Table2).Timeinexplorationwashigherin
nonpregnantfemales.Itwasalsoinfluencedbysession(Table2;Tukeyposthoctest,S1vs.S3,p<
0.05)withasignificantdecreasedovertime(Fig.4).Pregnantfemalesspentahighertimeproportion
in thermoregulation compared to nonreproductive females (Table 2; Fig.4). Time spent in
thermoregulation increased over successive session for nonreproductive females (Tukey post hoc
test,S1vs.S3,p=0.014;S2vs.S3,p=0.009)butwasnottimedependantforpregnantfemales(all
pairwisecomparisons,p>0.05).Timespenthiddenwasdifferentbetweenstatuses(Table2).Non
reproductive females spent more time hidden than did pregnant females (40% vs 10%, Fig.4). No
significanttimeeffectwasdetectable(Table2).Activitybudgetwasnotrelatedtototallittersizeor
fitlittersizeeitherconsideringtimeinthermoregulation(r²=0.237;p=0.393),inexploration(r²=
0.34;p=0.120)orhidden(r²=0.051;p=0.953).
138

Figure4:EffectofreproductivestatusandtimeonactivitybudgetinViperaaspis.
139

Table2.Effectsofreproductivestatus,time,andattackrepetition,onactivitybudgetandemergence
behaviorafterasimulatedattackinViperaaspis.d.f.:Degreesoffreedom;SS:Sumofsquares.
Behaviour Factors d.f. SS F-ratio P-value
Time in exploration (%)
Time hidden (%)
Time in thermoregulation (%)
Time before head emergence (min)
Scanning time (min)
Time before full emergence (min)
Reproductive status (A) 1 30 14.362 < 0.001
Session (B) 2 344 11.959 < 0.001
A*B 2 344 0.881 0.416
Reproductive status (A) 1 30 35.938 < 0.001
Session (B) 2 344 1.357 0.259
A*B 2 344 2.968 0.053
Reproductive status (A) 1 28 86.672 < 0.001
Session (B) 2 322 4.953 0.002
A*B 2 322 3.359 0.036
Reproductive status (A) 1 29 18.156

3)Responsetosimulatedpredatoryattacks
Inaccordancewithpreviousresultsonactivitybudget,theproportionoffemalesunderrefugeatthe
timeoftheattackwasalwayshigherinnonpregnantfemaleandsoforeachsession(session1:7.7%
vs.26.3%,²=9.301,p

Figure5.Effectofreproductivestatus,attackrepetitionandtimeonemergencebehaviorinViperaaspis.
(a):Timeforheademergenceand(b):Scanningtime.Pregnantfemalesarerepresentedwithblackbars
andnonreproductivefemaleswithgreybars.ErrorbarsrepresentSE.
Refuge use induced significant thermal costs with thermal changes were mainly related to time
spent under refuge (F1,176 = 299.863, p < 0.001), and initial body temperature (F1,176 = 69.418, p <
142

0.001).Wefoundasignificanteffectofreproductivestatus(F1,29=20.568,p

Discussion
In this study, we provided a thorough assessment of maternal behaviour and escape tactic in a
viviparous snake. Exposure strategies are predicted to trade benefits of activity (foraging,
thermoregulation) with costs of exposure (predation). Pregnant females were extremely accurate
thermoregulators and thermal preference was not related to the number of developing embryos.
Nonreproductivefemaleadjustedtheirresponsetopredationriskandovertime.Inturn,pregnant
femalesadoptedanexposedstrategyanddecreasedthermalcostsofrefugeuseindependentlyof
pregnancystage.Therefore,ourresultssuggestthatsubstantial,benefitsderivedfromaccentuated
thermoregulationmaybypasspotentialcostsofexposure.
Thermoregulatorybehavior
Whilethespecieshasbeenextensivelystudied(SaintGirons1952;Naulleau1979; Ladymanetal.
2003) no data are available on Tset in a costfree thermal gradient. We revealed that pregnant
femalesareextremelyprecisethermoregulators.Theyselectedhighbodytemperaturewithanarrow
Tsetrange(33.0333.92°C).Withinfemaledailytemperaturevariationsweremuchsmallerindicating
stablethermalprofiles.Interfemalevariationsunderlinedthefactthatfemaleconvergetosimilar
thermalpreferencetoselectsimilartemperature.ThenarrowrangeofTsetreportedherelieswithin
highestlevelofthermalaccuracyinsquamates(Angilletta2009).Thermoregulatoryshifthasbeen
reportedinanumberofspecieseithertowardhigher(Gregoryetal.1999;BrownandWeatherhead
2000;Lourdaisetal.2008)orlower(Braña1993;Andrewsetal.1997;Jietal.2007)temperatures.
However,thecomponentsofthermalaccuracy(dailyTbvariation,betweenfemaledifferences)have
seldombeenaddressed.Besideshiftinthermalpreference,enhancedthermoregulatoryaccuracyis
possiblyacrucialdeterminantofdevelopmentalandreproductivesuccess.
Importantly maternal thermal preferences were not linked to reproductive effort despite
significant litter size variation (1 to 11). A major dichotomy exists between depreciable (food
provisioningforinstance)andnondepreciableform(defenceagainst predators,thermalorhydric
care) of parental care. Embryonic thermal sensitivity is highly specific and differs from the typical
asymmetric performance curve described in ectotherms (Angilletta 2009). Narrow embryonic
tolerance may be a major factor influencing the benefit of maternal thermal accuracy. By using
behavioural means pregnant females increase embryonic access to presumably optimal
temperaturesandthisresourcewillbenondepreciablebynature(allembryobenefitfromthermal
shift).Maternalthermoregulationwasnotdependentofpregnancystagessuggestingthatthermal
requirement do not vary over the course of development. Previous studies have addressed the
144

fecundity dependence of maternal thermoregulation either using field (Ladyman et al. 2003) or
laboratory data (Bleu et al. 2011), and offering somehow contrary results. However, both studies
wereusingpunctualtemperaturesamplingsthatareknowntobeproblematic(Tayloretal.2004)
especiallywithsmallsamplesizes.AstudyinZootocaviviparareportedathermalshiftovertimewith
lower temperature shortly before parturition (Le Galliard et al. 2003a). In this case, temperature
samplingswerebasedonhourlycloacalprobingpossiblyinducingsignificantstress.Furtherstudies
arenowrequiredinotherspeciestoaddressfecundityandstagedependenceofmaternalthermal
preferenceusingcostfreethermalgradientandnonconstrainingloggingtechniques.
Behaviourundertheriskofpredation
We found a major impact of reproductive status on activity budget and response to a predator
attack.Inaccordancewithfieldobservations,pregnantfemalesdedicatedtheirtimetobasking(Saint
Girons 1952; Naulleau 1979; Ladyman et al. 2003) and thereby increased their exposure. In turn,
nonreproductive females spent most of their time hidden (42%) as underlined by the number of
femalealreadyundercoveratthetimeofasimulatedattack(29.6%inaverage).Afterasimulated
attack,emergencetimefromarefugeafterathreatwasconsiderablyshorterinpregnantfemales.
Thereasonofthedecreasecombinedi)shortertimeforheademergenceandii)reducedscanning
before behaviour decision. Scanning behaviour has been described in a number of lizards species
(Averyetal.1993;StapleyandKeogh2004)andareprobablycrucialcomponentofriskassessment.
To our knowledge this parameter has not been studied in snakes. Non reproductive adopted a
contrasted tactic toward risk avoidance. First, emergence time was 4 times longer in this group.
Secondandperhapsmoreinterestingly,scanningtimewasadjustedtorisklevel:afterthesecond
attack,theyspentmoretimeinscanningbehaviorbeforedecidingtoemerge.Theseresultsindicate
abehaviouraladjustmentsubsequenttotheevaluationofrisklevel,aspreviouslydemonstratedin
lizards (Amo et al. 2004a). Finally, time spent under refuge increase over time notably in the last
session.Ourresultsunderlinethatpregnancymodifiesbehaviouraldecisionandtheintegrationof
environmentalcues.
Heatforsafety?Pregnantfemaleminimizethermalcosts
Decision making depends on cost/benefit balance and this trade off appears strongly modified by
pregnancy.Assessmentofthermalcostsofrefugebroughtsignificantinsightonthedeterminantof
decision making. Pregnant females tolerated only a 1.4°C decrease in body temperature before
elicitingemergencewithnovariationovergestation.Inturn,thermalchangesexperiencedbynon
145

pregnantfemalesweremuchhigher(2to3.4°C),morevariableamongfemalesandacrosssessions.
Hence,itappearsthatresponsetosimulatedattackiscloselylinkedtomodifiedthermoregulation
includingthermalpreference(seeabove)andtolerancetodeviation.
Behaviouralshiftreported here may appear costly since it increases exposure to potential
predators.Fielddataindicatethatpregnantfemalestronglymodifytheirhabitduringgestationwith
smallerhomerange,reducedfoodintake(Lourdaisetal.2002a).Beside,fieldobservationsuggest
that females carefully select favourable microhabitat for thermoregulation but that favour swift
retreattoanearbyrefuge(

parturition are likely beneficial to the mother by shortening the duration of physical impairment
(ShineandOlsson2003).
Inanexperimentalstudy(Loriouxetal.,inrevision),weshowedthataccessingTsetatearly
stage (first and second third of gestation) was essential for offspring quality. However, deviation
fromTsetsignificantlyincreasedgestationlengthanddelayedparturitiondatewhatevertheperiod
considered. Thermoregulation is constrained by weather condition (Lourdais et al. 2004b) and
pregnant females may value any opportunity to reach their thermal preference and speed up
developmentalrate.Thesignificanceofmaternalthermalaccuracyonreproductivephenologyhas
beenexperimentallydemonstratedinanotherspecies(Loriouxetal.,inrevision).
Finally, viperid snakes are typical low energy specialists that display specific ecological
attributes including low frequency of reproduction and infrequent food intake. For, instance,
gestation can be carried successfully without energetic intake in natural condition as well as in
experimentalsituation(Lourdaisetal.2002a,thisstudy).FemaleViperaaspis,reproduceevery2to3
years when they have accumulated sufficient energy stores up to a body condition threshold
(NaulleauandBonnet1996;Bonnetetal.2002;Lourdaisetal.2002b).Reproductiveopportunities
areconstrainedbystoragedynamicandhighpostreproductivecosts(Lourdaisetal.2002b,Bonnet
et al. 2001). In this context, females are likely to benefit from earlier parturition date that will
increaseactivityperiodbeforewinteringandfavourenergeticrecoveryfromreproduction.Hence,
substantial fitness benefits derived from accurate thermoregulation combined with compensatory
tacticsdiscussedabove(habitatselection)maywellcounterbalancepotentialcostsofexposure.
Acknowledgments
WethankChristianThiburcethathelpedforexperimentalcagesbuilding.MarieVaugoyeauhelpedin
data collection and snakes care. Nathalie Lachize contributed to video analyses. We also thank
FrédéricAngelierthatprovidedhelpfulcommentsonthemanuscript.Financialsupportwasprovided
bytheFYSSENfundationandAgenceNationaledelaRecherche.
147

CHAPITRE3:
Lescoûtsdelarégulationdudéveloppement
148

Résuméduchapitre3
Dans la cadre du troisième chapitre, nous nous sommes intéressés aux contraintes de la
reproduction chez les squamates, et notamment pendant l’expression des soins prénataux. La
reproduction est associée à des modifications écologiques et physiologiques profondes chez les
femelles. L’investissement énergétique dans la formation des œufs est généralement très élevé
notammentchezlesespècesquisereproduisentparaccumulationd’énergie(«capitalbreeding»).
En effet, cellesci doivent accumuler des réserves sur de longues périodes de temps et ce,
suffisammentpourfranchirunseuild’engagementdanslareproduction.Lesboas,pythonsetvipères
sont des formes spécialisées vers ces systèmes de capitalisation avec une faible fréquence
d’événements reproducteurs. La reproduction combine une phase d’allocation des réserves
(formationdevitelluspourlesfolliculesencroissance)prolongéeensuiteparlapriseenchargedes
embryonssoitàtraverslagestationoulessoinsauxœufs(i.e.«activitéaccessoires»identifiéepar
BulletShine1979).Lessoinsprénatauxvontvenirajouterunedemandephysiologiqueàlafemelle.
Si la gestion des réserves lipidiques a attiré une attention considérable la mobilisation
protéique est également importante à considérer dans la mesure où il n’existe pas de forme de
«stockage»,etquelesprotéinessontimportantespourl’allocationdirecteetsoutenirlejeûne.La
dynamiquedescontraintesdelareproductionestdoncparticulièrementimportanteàadresserafin
demettreenrelationlescoûtsetbénéficesdelamobilisationmaternelle.Nousavonsdoncquantifié
les contraintes associées à la reproduction chez ces deux espèces aux modes de reproduction
contrastés, et leur évolution au long de la prise en charge maternelle. Nous avons considéré une
diversitédeparamètresstructuraux(musculature),physiologiques(hormones,réponseaustresset
stressoxydatif)etlocomoteurs(mesuredeforce).Lapertemusculaireaétéévaluéeenmesurantla
largeurdesmusclesépaxiauxchezlepythondeChildren.Chezlavipèreaspic,cesmusclesétantpeu
détectables,nousavonsutiliséunemesurealternativeauniveaudelabasedelaqueue,zonequi
présente un amaigrissement visible chez les femelles gestantes et postreproductrices. Les
performanceslocomotricessontimportantespourévaluerlacapacitéàcapturerdesproiesouàfuir
faceàunprédateur,etdoncpertinentesentermedefitness.
Nosrésultatsindiquentdescoûtspotentielsmajeursassociésàlareproductiondèslaphase
de vitellogénèse. Chez A childreni, La formation dans les œufs représente un investissement
important pour les femelles avec une altération de la composition musculaire, associée à une
diminution des performances chez les femelles reproductrices, en comparaison aux femelles non
reproductrices. Les pertes musculaires sont ensuite amplifiées par la phase d’incubation où la
femelle effectue une régulation des échanges hydriques des œufs qui impose un jeûne prolongé.
149

Enfin,laforcedetractionestliéeàlaconditionmusculaireetfortementaffectéechezlesfemelles
après la ponte, et encore plus après l’incubation. Concernant les soubassements hormonaux, on
observe des taux basaux plus élevés de corticostérone juste après la ponte avec ensuite une
réduction progressive. En parallèle, l’étude du stress oxydatif apporte des informations
complémentaires avec une évolution progressive au cours du temps, ce qui soutient l’aspect
cumulatifdescontraintesdelareproduction.
Chez la vipère aspic, des pertes musculaires marquées sont observées chez les femelles
reproductricespendantlagestation.Desperteséquivalentessontcependantobservéeschezlesnon
reproductricesmaisavecundécalagedemusculature(lesfemellesgestantesayantunemusculature
plusbasse).Lesuividesmodificationsphysiologiquesamisenévidenceuneévolutionprogressive
destauxbasauxdecorticostéroneaucoursdelagestationalorsquelesvaleursrestentstableschez
les femelles nonreproductrices. Un patron similaire est observé pour la réponse au stress. Ce
phénomènepourrait êtreimpliquédanslesprocessusde mobilisation énergétique nécessaire à la
conduite de la gestation à son terme. Cependant, la corticostérone pourrait aussi être impliquée
dansd’autresprocessuscommel’osmorégulationetl’allocationdel’eaudanslesœufs.
150

Runninghead:proteincatabolisminsnakes
Article4
Structuralandperformancecostsofreproductioninapurecapital
breeder,theChildren'spython,Antaresiachildreni
OlivierLourdais 12 ,SophieLorioux 1 ,DaleF.DeNardo 2
1 Centred'EtudesBiologiquesdeChizé,CNRS,79360,VilliersenBois,France
2 SchoolofLifeSciences,ArizonaStateUniversity,Tempe,AZ852874501,USA
Correspondance:
OlivierLourdais,CEBCCNRSUPR1934
79360VilliersenBois,FRANCE
Phone:+33(0)549099616
Fax:+33(0)549096526
Email:Lourdais@cebc.cnrs.fr
Forconsiderationin:PhysiologicalandBiochemicalZoology
Table:2
Figures:4
151

Abstract.
Femalesoftenmanagethehighenergydemandsassociatedwithreproductionbyaccumulatingand
storing energy prior to initiating the reproductive effort. However, fat stores cannot satisfy all
reproductive resource demands that include considerable investment of amino acids (e.g., for the
production of yolk proteins or gluconeogenesis). Since extreme capital breeders are generally
aphagicduringreproduction,theseaminoacidsmustcomefrominternalresources,typicallymuscle
proteins. While the energetic costs of reproduction have been fairly well studied, there is limited
data on structural and performance costs associated with muscle degradation required to meet
aminoaciddemands.Thus,weexaminedstructuralchanges(epaxialmusclewidth)andlocomotor
performancecosts(constrictionandstrength)overthecourseofreproductioninanextremecapital
breeder,theChildren’spython(Antaresiachildreni).
Wefoundthatbotheggproduction(i.e.,directresourceallocation)andmaternalcare(egg
brooding)inducemusclecatabolismandaffectperformanceofthefemale.Whileepaxialmuscleloss
was minimal in nonreproductive females, it reached up to 22% (postoviposition) and 34% (post
broodingfemales)ofinitialmusclewidth.Interestingly,wefoundthatindividualswithhigherinitial
muscularconditionallocatedmoreoftheirmuscleintoreproduction.Theamountofmusclelosswas
significantlylinkedtoclutchmassunderlyingtheroleofstructuralproteinforeggproduction.Egg
brooding significantly increased proteolysis and epaxial loss, despite no direct allocation to the
offspring. Muscle loss was linked to significant reduction in performance in postreproductive
females. Overall, these results demonstrate that capital breeding females experience dramatic
reproductivecoststhatconsumestructuralresourcesandjeopardizeperformance.
Keywords:capitalbreeding,muscle,protein,tradeoff,brooding
152

Introduction
Reproductionisoneofthemosthighlydemandingactivities.Thisisparticularlytrueforfemalesthat
expendmassiveamountofenergyintooffspringproduction(directallocation)aswellasinvesttime
and additional energy into behavioral modifications associated with care of the progeny (Bull and
Shine1979;CluttonBrock1991).Foodavailabilitycanbehighlyheterogeneousinspaceandtime,so
foodavailabilityduringthetimeofreproductiveinvestmentisofteninsufficienttocovertheelevated
energy requirements.Additionally, temporal and spatial demands associated with foraging and
digestion may be incompatible with reproductive activities (Drent & Daan 1980; Jonsson 1997).
Therefore, it can be advantageous to accumulate energy stores in advance of reproduction (i.e.,
capital breeding), since doing so, allows reproductive investment independent of immediate
resource availability and avoids physiological conflicts between the reproductive and digestive
systems (Jonsson 1997; Bonnet et al. 1998; Varpe et al. 2009). Lipids constitute the most
energeticallydensenutrientandcanbestoredinspecifictissues(e.g.,fatbodies).Manyvertebrates
accumulatelargeamountsoffatpriortoreproduction,andthesestorescanlaterbemobilizedto
support specific needs (e.g., incubation, lactation, gestation) (Oftedal 1993; Crocker et al. 1998;
Senechaletal.2011)orcovertheentireenergyrequirementsofreproduction(Bonnetetal.2002;
Crossin et al. 2009). Patterns of energy acquisition and allocation have attracted considerable
scientific interest and stimulated discussion on the origin of energy used (capital versus income)
(Jonsson 1997; Bonnet et al. 1998).Recent work suggests that, among vertebrates, there is a
continuumrather than a dichotomy between capital and income strategies and many species can
combine the two (Meijer & Drent 1999; Wheatley et al. 2008; Warner et al. 2008; Telemeco and
Baird2011).
Importantly,reproductionrequiresaninvestmentbythefemaleofamyriadofcomponents
inadditiontolipidsincludingproteinsandessentialmineralelements(White1991).Proteinsarea
critical resource in several respects. First, amino acids provide raw materials necessary for
subsequent protein synthesis associated with somatic growth and development of the offspring.
Considerableamountsofproteinsareallocatedtothedevelopingembryosviaeggyolk(White1991;
Senechal et al. 2011) or through postnatal provisioning (lactation). Also, during prolonged fasting
(Lowell et al. 1982, 1986; Cherel et al. 1992), the conversion of amino acids to glucose via
gluconeogenesisiscritical.Contrarytolipidsthatcanbestoredinspecificcells(suchasadipocytes),
noequivalentstoragetissuesexistforproteins.Instead,proteinsareprincipallylocatedinmuscle
tissueandaretightlylinkedtomusclefiberfunction.Thus,intheabsenceofdietaryproteinintake,
substantial protein mobilization will eventually induce muscle atrophy and subsequently decrease
functional performance (Schwilch et al. 2002). This allocation tradeoff is likely amplified in those
153

species that undergo prolonged fasting during reproductive activity, most notably extended
attendance of the eggs or neonates (Bull & Shine 1979). Hence, reproduction likely imposes
contrastedconstraintsonfemaleproteinbalanceinrelation to(i)reproductive investment (direct
allocation)and(ii)anactivityshiftthatisassociatedwithparentalcareandmayinduceareduction
orcompletecessationoffoodintake.
Protein mobilization has been widely studied from a physiological perspective (Cherel et
al.1988, 1992; Challet et al. 1995; Bordel and Hase 2000). Even when extensive lipid stores are
available, a prolonged fast may have dramatic consequences on critical proteinrich tissues (e.g.,
muscle), and various proteinsparing strategies have emerged (Cherel et al. 1988). Because it
compromises shortterm survival through reduced performance, protein depletion can drive
behavioralchoicessuchaswithdrawingfromreproductiveactivities(Robinetal.2001).Todate,the
impact of reproductive demands (resulting from direct allocation and parental care) on protein
mobilization and notably the associated functional costs have not been explored in depth.
Nevertheless,thisfacetofreproductivecostsisparticularlyrelevantintermoflifehistorystrategies.
Becauseitaffectsfunctionalperformancesandthusindividualphenotypicquality,proteindepletion
may mediate substantial costs of reproduction.Protein depletion is likely to be most relevant in
naturalsystemscharacterizedbylowratesofnutrientacquisitioncombinedwithprolongedfasting
episodes.
Energy requirements for maintenance are very high for endotherms and typically require
regularfoodintake.Capitalbreedingislikelytobeconstrainingforendothermsandrelianceupon
storagebyendothermstendstoberestrictedtolimitedperiodsofreproductionsuchasincubation
orgestation.Whileseveralmammalsandbirdsaredefinedas“capitalbreeders”,(MeijerandDrent
1999;Crockeretal.2001)theuseofstoredcapitalistypicallysubsidizedbysomefoodintake(i.e.,
partial capitalbreeding). This is true even in extreme examples such as the emperor penguins
(Aptenodytesforsteri)orcommoneiders(Somateriamollissima)thatcansustainprolongedperiods
incubating their eggs without feeding (Cherel et al. 1988; Senechal et al. 2011). In turn, capital
breedingisaparticularlywidespreadstrategyinectotherms,whichhavelowmetabolicrequirements
for maintenance and many species have low feeding frequency (Bonnet et al. 1998). Most
ectothermsarelecithotrophicandthusyolklipoproteinsynthesisanddepositionintothedeveloping
follicles requires considerable investment by the female (Sheridan 1994).After ovulation, some
speciesprovidenondepreciablecare(Somma2003)tothedevelopingembryos(guarding,brooding)
that will extend the duration of fasting and thus require further investment of body lipids and
proteins.Sinceproteinsareparamounttoreproductionandproteinscannotbereadilystoredinthe
body,proteindepletionislikelyasignificantreproductiveconstraintinectotherms,butthisaspect
hasattractedonlylimitedinterest(Santosetal.2007).
154

Boas and pythons are renowned among squamates for their low metabolic requirements
(Bedford1998;Zaidan2003),verylargelipidstorage,andextremefastingabilities.Reproductioncan
be sustained without any food intake (Rivas 1999) thereby resulting in extreme capitalbreeding
systems.Maternalactivitiesshiftafterovulationwithattendanceofthedevelopingembryos(either
throughgestationoreggbrooding)forprolongedperiods(severalmonths).Thus,thesesnakesare
valuablemodelsforaddressingtheimpactofreproductiveconstraintsonproteinuseconsideringthe
relevance of direct allocation and activity shifts induced by prenatal care behaviors. We used the
Children’spython(Antaresiachildreni,Gray,1842),asmallpythonspeciesthatbroodsitseggs,to
testthefollowingpredictions:
(1)Vitellogenesisandassociatedfolliculargrowthshouldinducesignificantmobilizationofstructural
proteins
(2) Maternal care of the eggs should extend the protein depletion induced by vitellogenesis and
significantlyamplifymusclealteration
(3)Significantproteindepletionandresultantmuscleatrophyinducedbyreproductiveconstraints
(allocationandprenatalcare)altersphysicalperformancesafterreproduction.
Materialsandmethods
Studyspeciesandmaintenance
Antaresia childreni is a mediumsized (to 1200 mm snoutvent length, 600g body mass), non
venomous, constricting snake that inhabits rocky areas in northern Australia from Kimberley,
Western Australia, to the eastern Gulf of Carpentaria, Queensland (Wilson & Swan, 2003).
Oviposition occurs towards the end of the dry season (JulyAugust, Austral winter) when ambient
temperaturesarerelativelycoolanddry.Clutchsizeis312withameanof6.5(n=4,Shine&Slip,
1990). After oviposition, females brood their eggs, but are not facultatively endothermic
(StahlschmidtandDeNardo,2009).
Thesnakesinourstudy(49females,plus11malesusedforbreeding)werepartofalong
termcaptivesnakecolony.Snakeswerehousedindividuallyin91x71x46cmcages.Theroomwas
maintained at 25 °C with a 12:12 light : dark cycle.Permanent access to supplemental heat was
providedusingasubsurfaceheatingelement(Flexwatt,FlexwattCorp.,WestWareham,MA)below
oneendofeachcage.Theresultingthermalgradientwas2642°C.Waterwasavailableadlibitum
inbowls,andsnakeswerefedmice(meanmass=20g)onceevery2to4weeks.
Reproduction
Theadultsnakeswerecooledfortwomonths(DecemberJanuary)inatemperaturecontrolledroom
applying a 6:18 hr daily temperature cycle of 25:15 °C. During this period, room light and
155

supplementalheatwereonlyprovidedduringthe6hrswhenroomtemperaturewas25°C.Mating
occurred from midFebruary to midMarch and ultrasonography (Concept MCV, Dynamic Imaging,
Livingston,Scotland)wasusedperiodicallytoassessreproductivestatus.
Reproductivefemalestypicallyrefusetofeedafterthecoolingperiod.Thus,forconsistency,
wedidnotprovidefoodtoanyofthesnakesduringtheperiodbetweenwinteringandoviposition.
Twentyoneof49femalesinitiatedareproductivecycle.Thepresenceofbothreproductiveandnon
reproductivefemaleswasfavourabletoassesstheimpactofreproductiononproteinuse.Individual
cageswereinspecteddailyforoviposition.LayingoccurredbetweenearlyAprilandmidJune.Ineach
casefemalesrapidlyadoptedatypicalcoiledpositionaroundtheireggs.Afteroviposition,thefemale
andhereggswerecarefullyremovedfromthecage,theclutchwasweighed(0.1g)andtheeggs
counted, and then the female and clutch were placed together in individual polypropylene boxes
housedinathermallycontrolledroom(constanttemperature=3031C,thepreferredincubation
temperatureforChildren’spythons).Waterwasprovidedadlibitumintwowaterbowlsatoneside
ofthebox.Asinotherpythons,theeggsofChildren’spythonsmostlysticktogetherandgenerally
formacompactconglomerateshortlyafteroviposition(RossandMarzec,1990).
Experimentaldesign
Theprimarygoalofthestudywastodeterminetheimpactofeggproductionandeggbroodingon
protein balance in the female. Since repeated disturbances after oviposition can result in clutch
desertion,itwasnotpossibletosequentiallystudyvitellogenesisandbroodingforeachindividual.
Thus,weexaminedstructuralandfunctionalimpactsofreproductionusingthreegroups:
Group1:15females(“postoviposition”)wereremovedfromtheclutchshortlyafterovipositionto
examine the impact of egg production. The period of fasting for these females depended on
ovipositiondateandwasonaverage85.46.0days.
Group2:6females(“postbrooding”)wereleftundisturbedtobroodtheireggsuntilhatchingto
measure the combined impact of egg production and brooding. The period of fasting for these
femaleswasonaverage130.612.0days.
Group3:14nonreproductivefemalessimilarinsize,initialmass,andbodyconditionwereusedas
acontrolgroup.Theyweremaintainedinconditionssimilartothosedescribedforthereproductive
females,andtheyweremeasuredattheendofovipositionforthetwoothergroups(fastingtime
95.50.4days).
156

Variablescollected
Bodysizeandbodymass
We measured (± 0.5 cm) maternal total body length (BL), snout vent length (SVL) and body mass
(BM)attheendofthewinteringperiod.Atthattime,ultrasonographyindicatedthatnofollicular
growthhadoccurred.Bodycondition(BC,theresidualofthelinearregressionofBMagainstSVL)
wascalculatedjustafterthewinteringperiod(initialBC)andalsoattheendoftheexperiment(final
BC).
Musculature
In snakes, epaxial muscles lying beside the vertebral column are of primary importance for
locomotion (Cundall 1987) and constriction (Moon 2000). Magnetic resonance imaging (MRI) of
epaxialmusculaturehasverifiedthatexternalmeasurementsofmusclewidthwithcallipersprovide
accurateestimatesofactualmusclesize(Lourdaisetal.2005).Wemeasuredthewidthoftheepaxial
musclesatfourequallyspacedpointsbetweentheheadandthevent.Foreachlocation,themean
value was derived from four consecutive measures. Measurements were made shortly after
winteringforallindividuals,afteroviposition(group1),aftereggincubation(group2),andafterthe
imposedfasting(group3).Muscularcondition(MC)wascalculatedfromthelinearregressionofthe
averagemusclewidthagainstSVL.MCwascalculatedforeachindividualjustafterwinter(initialMC)
andafterfasting(finalMC).
Performancemeasures
Pythonsrelyuponmuscularcontractionstogeneratetheforceneededtosubdueandkillpreyby
constriction,aswellastoescapefrompredators(Cundall1987).Wemeasuredmusclestrengthof
postpartumsnakes(nonpregnantfemalesweretestedatthesametime)intwodifferentcontexts
designedtomimicthefollowingbiologicallyimportantsituations.Thevalidityofthoseestimatorsis
describedinarelatedpaper(Lourdaisetal.2005).
(1)Escapefromapredator:thesesnakesreacttohandling,especiallyattemptstostretchouttheir
bodies, by vigorous and extended body contraction. We quantified the strength of these
contractionsusingadynamometerconnectedtothesnake’stail(Pesola,Baar,Swittzerland).Snakes
were stretched and then stimulated to provoke body contractions. A drag pointer on the
dynamometerrecordedthemaximumtensionoverafiveminutesperiodofrepeatedstretchingand
contraction.
157

(2)Preyhandling:wemeasuredtheintensityofmuscularcontractionduringpreyconstrictionusinga
compressiblelure(10cmlongX2cmdiameterwaterfilledrubberballoonsurroundedbymouse
scented cloth, Lourdais et al. 2005). The lure was connected to an open water column via a rigid
plastictube(5mmindiameter).Whenpresentedwiththelure,snakesreadilybitandcoiledaround
thelure,whichwasthenwiggledfor10secondstosimulatenormalpreyreaction.Displacementsof
the water column were video recorded so that maximal displacement could be subsequently
measured(cm).
Statistics
AllstatisticswereperformedwithStatistica6.0.InitialBCandMCwerecomparedbetweengroups
usingasimpleANOVAprocedure.Changes in musculature condition associated with fasting were
examined in a repeated measures ANOVA using MC (initial and final) as a dependent repeated
variable,SVLasacovariate,andtreatmentgroupasafactor.Weexaminedabsoluteepaxialmuscle
loss after averaging values collected from the four body location. We used a simple ANOVA
procedureconsideringmusclelossasthedependentvariable,treatmentgroupasfactor,SVL,initial
MCorBCaslinearcovariates.Finally,changesinmusculatureacrossbodylocationswereexamined
in a mixed model procedure using muscle change as a dependent variable, body location and
treatment group as factors, and individual identity as a random factor. Determinants of initial
traction strength were examined in a multiple regression combining initial BC, initial MC and SVL.
ChangesinforcewerethenexaminedwitharepeatedmeasuresANOVAprocedureusinginitialand
finaltractionforcesasrepeateddependentvariables,treatmentgroupasafactor,andSVLandinitial
MC as linear covariates. Finally differences in constriction forces were analyzed using an ANOVA
procedure. Tukey post hoc tests were conducted for 2X2 comparisons. Unless otherwise stated,
valuesarereportedasmeans±standarddeviation.
Results
1)Changesinepaxialmusculature
Nodifferencesininitialmuscularcondition(MC)orinitialbodycondition(BC)werefoundbetween
thethreeexperimentalgroups(ANOVA,F(2,32)=1.93,p=0.20forMCandANOVA,F(2,32)=0.05
forBCI).InitialMCwassignificantlycorrelatedwithBCI(F(1,33)=33.93,p=0.008),butvariance
explainedwaslow(r 2 =0.20).
Fastingwasassociatedwithlossinmuscular condition(repeated measure ANOVA,specific
timeeffect,F(1,32)=312.59,p

afterfasting(F(2,32)=66.82,p

We found a strong influence of treatment on absolute muscle loss (F(2, 32) = 50.05, p <
0.001).Absoluteepaxialmusclelosswasonaverage5.99±0.97mm(34%),3.75±1.4mm(22%)and
0.77±0.70mm(4%)respectivelyforpostbrooding,postoviposition,andcontrolfemales(posthoc
test,allpvalues

Muscle loss was not homogenous along the body (GLM treating individual identity as a
randomfactor,specificlocationeffect,F(3,96)=4.45,p=0.005)withsignificantvariationamong
groups(interactiontermbetweengroupsandlocation,F(6,96)=7.05,p

1.82 ± 6.10 and2.97 ± 8.77 kg respectively for postbrooding, postlaying and nonreproductive
females(F(2,32)=19.81,p=0.001,Tukeyposthoctest,allpvalues

Change in traction force (newton)
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
Non reproductive
Reproductive Reproductive
Post oviposition Post brooding
***
Figure3.Changeinforce(Newtons)measuredinnonreproductiveandreproductive(postovipositionor
postbrooding)femaleChildren’spython.Errorbarsrepresentstandarderror.Tukeyposthoctestswere
conductedfor2X2comparisons(***p

(Speake et al. 2003. Protein breakdown is required to provide essential amino acids required for
proteinsynthesisintheliver(Santosetal.2007).Additionally,vitellogenesisandgravidityimposea
significant thermoregulatory shift and a metabolic increase (Lourdais et al. 2007). Thereby,
proteolysis is required to support elevated maintenance costs notably through gluconeogenesis.
Whileourstudydoesnotallowustoseparatedirectallocationfrommaintenancerequirements,the
relationshipbetweenmusclelossandadjustedclutchmassunderlinesstructuralproteinmobilization
forfolliculargrowthastheprimaryutilizerofmaternalproteins(Santosetal.2007).Interestingly,we
foundthatindividualswithhigherinitialMCallocatedproportionallymoreoftheirepaxialmuscles
into reproduction. Such correlation suggests that body muscles, while having specific contractile
function, could represent a form of protein “capital” that could be mobilized and allocated for
reproduction(quitesimilarlytofatstores).
All python species show maternal care to their eggs in the form of egg brooding (Somma
2003).Whilesomemediumtolargespeciesarecapableoffacultativeendothermythroughshivering
thermogenesis(Hutchinson1966;Slip&Shine1988),smallspeciessuchastheonewestudieddonot
producesignificantmetabolicheatduringbrooding.Still,wefoundthatmusclelossduringbrooding
comprised36%oftotalmuscleloss,andmaternalbodyconditionwassignificantlylowerafteregg
attendancecomparedtopostlaying.Thereby,maintenancerequirementswhileeggbroodingfurther
increasedproteolysisandepaxialloss.Wefoundthanmuscleatrophywasnothomogenousalong
the body notably when considering postbrooding females. We detected a progressive increase in
epaxial loss from the cranial to the caudal locations. Similar results have been found in another
constricting species, the rainbow boa (Epicrates cenchria maurus) (Lourdais et al. 2004).In turn,
muscle loss was homogenous in postoviposition females suggesting that selective muscle
mobilizationmaybespecifictoeggbroodingandprolongedfasting.
Our performance results clearly underline the impact of structural alteration. Importantly,
tractionforceandepaxial muscle reductions were closely correlated underlying the quality of our
estimators. Traction force was reduced in postreproductive females when compared to non
reproductive ones. Loss in traction force was 50% higher in postbrooding than in postlaying
females.Similarly,constrictionperformancewasalsoaffectedbyreproduction.Maximalconstriction
strength was lower in postreproductive females revealing that protein mobilization compromised
constrictionandthusforagingcapabilities.Selectivemusclemobilizationobservedinpostbrooding
femalescouldbeconsideredadaptivesinceanteriormusclesarepresumablycriticalfordefenceand
preyconstriction(Moon2000).
Ourresultsdemonstratethestructuralandperformancecostsinducedbyreproductioninan
extremecapitalbreeder.Theeffectswereportarelikely ecologically relevantandconsistentwith
resultsobtainedinotherpythonsinthefield(Shine1999a;Beataetal.2011).Ectothermsareunique
164

fortheirreducedenergyrequirements,andpythonscanbeconsideredlowenergyspecialiststhat
canendureextendedperiodoffasting.Theoreticalmodelspredictthatcapitalbreedingcanbecostly
becauseofsignificantlocomotorimpairmentsinducedbystorage.Suchcostsarelikelyminimalor
absent in slow moving and rather elusive predators such as pythons that don’t rely on speed to
subduetheirpreyorevadepredators.Still,reproductionimpliesamassiveenergyallocationtoward
eggproductionandcaretothedevelopingembryos(eggbrooding).Costsofreproductionarehigh
andreproductivefrequencyislow,sinceenergystoresmustbereplenisheduptoathresholdlevelto
reengagereproduction(Madsen&Shine1999b).Lowfrequencyofreproductionisaparticularlife
history trait that has attracted considerable interest and is usually observed in species showing
“accessory” activities associated with reproduction (breeding migrations, egg brooding or live
bearing, see Bull & Shine 1979).Our data may provide proximal mechanisms to understand the
delayed costs of reproduction. Indeed, protein alteration induced by reproduction likely alters
performance in postreproductive females and induces longterm energy and ecological costs
(Bonnetetal.2001).Forinstance,alteredperformancewillpossiblyreduceforagingefficiencyand
thereby the ability to replenish body reserves or generate survival costs by altering the ability to
escapefrompredators.
We provide clear evidence that brooding compromises epaxial muscles and critical
performanceseveninaspeciesthatdoesnotallocateenergytoheatproduction.However,ithas
beenshownthatnonthermogeniceggbroodingcanprovidealternatethermalbenefits(e.g.,from
altering insulation of the clutch, Stahlschmidt and DeNardo, 2009), as well as hydric benefits
(Lourdaisetal,2007;Stahlschmidtetal2008).Ourresultsarelikelyapplicabletopythonsingeneral,
butwithsomeexpectedvariation.Notably,costsofbroodingareexpectedtobehigherinspecies
capable of shivering thermogenesis that specifically involves muscle contraction and induces a
dramatic metabolic rate increase (Hutchinson et al. 1966). Structural and performance costs of
broodingmayexplainmaternalbehavioralstrategiesreportedinotherspecies.Forinstance,inthe
water python, females that select high quality nest oftentimes desert their clutch during the
broodingperiod(Madsen&Shine1999b).Thesefemalesareparticularlyemaciatedandtheirbody
conditionlikelyreflectsalteredmusculature.Desertionbehaviorcouldberelatedtocriticallevelsof
proteinmobilization(phaseIII)associatedwithfastingsimilartoeggabandonmentinbirds(Robinet
al.2001;Speeetal.2010).
Our study gives an original insight and points out the high demand on proteins for
reproductionIncapitalbreeders,fatmobilizationsupportslipidandenergydemandsofreproduction
anddonotimpactfemalefunction(infact,reducedfatoftentimesincreasesperformance).Similar
resultswerefoundinaviviparousboid(Lourdaisetal.2004),duringpregnancy(i.e.anotherformof
165

maternalcare).Musclesappearstobeacriticalresourcetissuethatdiffersfromadipocytesinthat
musclecellshaveaspecificcontractilefunctionthatiscompromisedtosupportreproduction.
Acknowledgements
We thank Jean Pierre Vacher for helpful comments on the manuscript. Financial support was
providedbyArizona State University and the CNRS. OL was supported by a MayTag postdoctoral
Fellowship.BenjaminReiserhelpedduringsnakemeasurements.
166

Article5,enPréparation
Modificationsstructuralesetphysiologiquesassociéesàlagestationchezun
reproducteursurcapital:lavipèreaspic(Viperaaspis)
SophieLORIOUX 1,2 ,DaleDENARDO 3 ,OlivierCHASTEL 1 etOlivierLOURDAIS 1,3.
1 Centred’EtudesBiologiquesdeChizé,CNRSUPR1934,79360VilliersenBois,France
2 UniversitédePoitiers,40AvenuedurecteurPineau85022Poitiers,France
3 SchoolofLifeSciences,ArizonaStateUniversity,Tempe,AZ852874501,USA
Correspondance:
SophieLorioux,CEBCCNRSUPR1934
79360VillersenBois,FRANCE
Phone:+33(0)549093552
Fax:+33(0)549096526
Email:lorioux@cebc.cnrs.fr
Tables:1
Figures:6
Forconsiderationin:
INTRODUCTION
Chezlesvertébrésvivipares,lagestationreprésenteunepériodeextrêmementcoûteuseenénergie
pour les femelles (CluttonBrock 1991; Schultz et al. 2008) car le développement des embryons
nécessite généralement des apports constants en oxygène, en nutriments et en eau. La demande
énergétiqueélevéeassociéeàlareproductioninduitsouventunebalanceénergétiquenégativepour
167

les femelles, qui vont mobiliser de leurs propres tissus afin de terminer la reproduction (Oftedal
1993;Crockeretal.1998;Schwilchetal.2002).Cescontraintessontnotammentpertinentesdans
le cas d’espèces vivipares dont l’engagement dans la reproduction se fait après accumulation de
réserves énergétiques («capital breeder»; e.g. Jönsson 1997; Bonnet et al. 1998; Bonnet et al.
1999; Bonnet et al. 2001a; Lourdais et al. 2002a). Les reptiles Squamates sont majoritairement
lécithotrophesetl’investissementinitialenénergiesefaitvialedépôtderéservesvitellinesdansles
œufs(SpeakeandThompson2000;StewartandThompson2000).Lagestationneconstituedonc
pas une phase d’allocation de l’énergie dans les œufs mais une étape majeure de régulation des
conditionsdedéveloppement.
Lagestationengendredesmodificationsphysiologiquesetcomportementalesextrêmement
importanteschezlessquamatesvivipares.Onobservedesmodificationscomportementales,avecun
déplacementdespréférencesthermiqueschezdenombreusesespèces(Gregoryetal.1999;Brown
and Weatherhead 2000; Lourdais et al. 2008) et une nette augmentation des activités de
thermorégulation (Shine 2006; Le Galliard et al. 2003a). L’accroissement des activités de
thermorégulationcontribueàaugmenterlemétabolisme(AngillettaandSears2000;Ladymanetal.
2003),notammentchezlesespècesquisélectionnentdestempératuresplusélevées(serpents).En
outre,lagestationestsouventassociéeàuneréduction,voireuneabsencedelaprisealimentaire,
conduisant les femelles à mener l’intégralité de la gestation à partir de leurs réserves corporelles
(Shine 1980; Ross and Marzec 1990; Lourdais et al. 2002a). Une balance énergétique négative
génère un catabolisme et peut induire des modifications structurales importantes (Lourdais et al.
2004a),ainsiqu’unealtérationdesperformancesaprèslareproduction.Ilconvientdesoulignerque
lagestations’opèreaprèslaphasedemobilisationdesréservespourlavitellogénèse.Lagestation
vientdoncrajouterdescontraintesénergétiquesàdesindividusdéjàfortementmobilisésenterme
physiologique.
D’un point de vue écologique, l’exposition accrue associée à la gestation est susceptible
d’augmenter les risques de prédation, couplée à charge physique des embryons qui altère les
capacités locomotrices des femelles (Bauwens and Thoen 1980;Shine 1980; Lima and Dill 1989;
BrownandShine2004;LeGalliardetal.2003a;Shine2003).Pourtant,lathermorégulationestune
étapeessentiellepouroptimiserlaqualitédudéveloppementetdonclesuccèsreproducteur.Dans
ce contexte, les mécanismes allostasiques (réponse au stress) semblent primordiaux dans
l’ajustement des compromis et le maintien d’un comportement maternel (thermorégulation) face
auxrisquesdeprédation.Ainsi,lacorticostéroneagitdanslesprocessusderégulationparentaleen
intervenantcommemédiateurdelaréponseaustress:faceàunévènementouunétatstressant,
uneréponseaustressatténuéepermettraitdemainteniruneffortparentalimportant(Ricklefsand
Wikelski2002;WingfieldandSapolsky2003;Lendvaietal.2006).Laplupartdesreptilesrépondent
168

àdesélémentsstressantenaugmentantleursniveauxdecorticostéroneplasmatique(Guilletteetal.
1995; Tyrell and Cree 1998). Cependant, de fortes variations dans la modulation adrénocorticale
semblentexister(MooreandJessop2003).
Outre la régulation des conditions thermiques, la femelle doit également assurer
l‘approvisionnementeneaudesembryonsquipeutêtretrèsimportant(jusqu’à200%duvolume).La
priseeneaudesembryonss’effectuenotammentdurantlafindelagestation(DauphinVillemant
andXavier1986;MathiesandAndrews1996),témoignantdebesoinshydriquesimportantsdurant
cette phase. En parallèle, la thermorégulation accrue devrait aussi être à l’origine d’une
augmentationconséquentedesperteshydriques.Cependant,trèspeud’étudessesontpenchéessur
l’influencedelagestationsurlabalancehydriquedesfemelles.L’étudedesosmolitesplasmatiques
peut fournir un bon indice de déshydratation des femelles au cours de la gestation. L'osmolalité
plasmatiqueestproportionnelleaunombretotald'ionsetdeparticulesnondissociésprésentsdans
le sang. En cas de déshydratation, l'osmolalité augmente. La régulation de l’osmolalité est un
paramètreimportantdelaphysiologie(Bradshaw1997;DavisandDeNardo2007)etimpliquedes
mécanismesendocrinesavecnotammentl’actiondel’ADH(hormoneantidiurétique)ouencorela
corticostérone. Le stress physiologique induit par la déshydratation peut avoir des conséquences
profondessurlesindividus(Bradshaw1986).Ainsi,onpeutprédireunimpactmarquéenpériodede
reproduction(gestation)oùlesbesoinshydriquessontaccentués.Pourtantcesaspectsdemeurent
encoresousétudiés.
Une approche intégrée semble donc essentielle pour considérer ces différents aspects en
combinant des suivis morphométriques et hormonaux afin de mieux comprendre les différentes
contraintes et le «stress» maternel (énergétiques, hydriques et écologiques). Cependant, peu
d’étudesontévaluéladynamiquedesmodificationsliéesàlareproductionaucoursdelagestation
chezcesorganismes (Olssonet al.2001;Le Galliardetal.2003a).Enoutre,silessoubassements
hormonauxassociésàlagestationontétélargementétudiés,dessuivislongitudinauxsurdesmêmes
individusontrarementétémenés.Ils’agitpourtantd’unpointessentielpourunemesurefinedes
facteursde«stress».Lesmécanismeshormonauxapparaissentimportantscarilspeuventpermettre
decomprendrelafaçondontlesorganismesrépondentauxvariationsdel’environnement(Wingfield
et al. 1998; Chastel et al. 1995; Landys et al. 2006). Notamment, la corticostérone a une action
pléiotrope,puisqu’elleestàlafoisimpliquéedanslesprocessusénergétiquesexprimantlaquantité
d’énergiedisponiblevs.lademandeénergétique(Chereletal.1988;Lorméeetal.2003;Chastelet
al. 2005), mais également dans le maintien de l’expression des soins parentaux, et la régulation
osmotique(Bentley2002;Bradshaw1997;DauphinVillemantetXavier1986).Enparallèle,chezles
espècesvivipares,lagestationsembleégalementliéeàdesmodificationsdestauxdeprogestérone
169

chezlesfemelles(NaulleauandFleury1990;Bonnetetal.2001b;HolmesandCree2006).Dansce
contexte,lebutdecetteétudeest:
i) Evaluer l’évolution des modifications structurales (masse, musculature) chez les femelles
reproductrices,etleursconséquencessurlesperformances.
ii)Enparallèle,nousnoussommesintéressésàl’évolutiondesmodificationshormonalestoutaulong
delagestation,enmesurantlestauxdecorticostérone(tauxbasauxetlestauxexprimésaprèsun
stress standardisé) et de progestérone plasmatiques chez des femelles reproductrices et non
reproductrices.
iii)Evaluer dans quelle mesure la gestation génère des contraintes hydriques maternelles du fait
d’unconflitpotentielentrelathermorégulationetl‘approvisionnementeneaudesembryons.
MATERIELETMETHODES
Espèce
Lavipèreaspic,Viperaaspisestunserpentvenimeuxdepetitetaille(environ55cm),àrépartition
médioeuropéenne.Chezcetteespèce,lesfemellessonttypiquementdesreproductricessurcapital
et accumulent des ressources sur de longues périodes avant de s’engager dans la reproduction
(Naulleau and Bonnet 1996; Jönsson 1997; Bonnet et al. 1998; Lourdais et al. 2002b). Cette
stratégie de reproduction génère une faible fréquence des épisodes reproducteurs. Durant la
gestation, les femelles ont des coûts énergétiques importants (Bonnet et al. 1999; Bonnet et al.
2002)etsontextrêmementémaciéesaprèslamisebas.Lagestationestassociéeàunchangement
dans les préférences thermiques avec une augmentation des activités de thermorégulation (Saint
Girons1952;Naulleau1979;Ladymanetal.2003).Ceschangementssontégalementassociésàune
diminutiondesdéplacementsetdelaprisealimentaire(Naulleauetal.1996;Lourdaisetal.2002a).
Reproduction
NousavonsutiliséunecoloniecaptivedeVaspis.Aprèsunhivernageartificieldedeuxmoisà8°C,
réalisédansdesenceintesclimatiques(VötschIndustrietechnik,Balingen,Allemagne),30mâleset30
femelles ont été transférés dans des cages expérimentales. Ces cages (1m x 0.75m x 0.40m) sont
constituéesencontreplaquémarineetunefaçadeenverre.Ungrandabri(demicylindreenPVC,
percé de deux trous) est disposé du côté nonchauffé. Une ampoule de 75W située sur la paroi
opposée, à 10cm de hauteur, permet de créer un gradient thermique (1842°C) à l’intérieur de
chaquedispositifexpérimental.Latempératuredelapièceétaitmaintenueà18°C.Deuxramequins
étaientrégulièrementapprovisionnéseneau.Lesaccouplementsontétéprovoquésenplaçantdeux
170

mâlesavecdeuxfemellesdanschaquecage.Lesfemellesnechangeaientpasdecagemaischaque
jour,lesmâlesétaientdéplacésdansunenouvellecage,lamoitiédesmâlesétanttransféréeselonle
senscroissantdesnumérosdecageetl’autremoitiéselonlesensdécroissantdesnumérosdecages,
cecipouréviterlesmêmesassociationsdemâles.Après4semainesd’accouplements,lesmâlesont
étéretirésdusystème.Onzefemellessesontengagéesenvitellogénèsesurles19.L’engagement
danslareproductionaétédétectéparpalpationmanuelledesfolliculesetconfirméparéchographie
(SonositeMicroMaxx,Inc.,Bothell,WA,USA).
Suividudéveloppementembryonnaire
Afin de distinguer les stades majeurs du développement embryonnaire, un suivi échographique
régulieraétéréalisésurlesfemellesreproductrices.àl’aidedestablesdedéveloppementdeVaspis
(HubertandDufaure1968)etenestimantlatailledesembryons,leurformegénérale,etlaquantité
de vitellus résiduel. Nous avons ainsi divisé la reproduction en 4 «étapes» durant lesquelles les
mesuresdécritescidessousontétéréalisées.Unecinquièmesessiondemesureaétéréaliséeen
postmisebaspourlesfemellesreproductrices,danslecasdesmesuresphysiologiques.
Variablesconsidérées:
i)Modificationsstructuralesetperformances
Unemesureinitialedelalongueurmuseaucloaque(SVL)ainsiqu’unemesuredelamassecorporelle
ontétéréaliséesensortied’hivernage.Cecinousapermisdecalculerlaconditioncorporelleinitiale
desfemelles(résidusdelarégressiondulogarithmedelamassecorporellesurlelogarithmedela
taillecorporelle),avantl’engagementdanslareproduction.L’ensembledesfemellesaensuiteété
peséaucoursdelagestation,durantles4périodesdécritesprécédemment.
Lesmusclesépaxiaux(Lourdaisetal.2005)constituentunmoyensimpled’estimationdela
conditionmusculairemaissontdifficilementdétectables en région dorsale sur cette espèce. Nous
avonschoisid’utilisercommeestimateurmusculaire,lamesuredel’épaisseurdequeue.Eneffetun
amaigrissement de cette zone est particulièrement visible, notamment chez les femelles post
reproductrices(S.L,O.L.,Observationspersonnelles).Afindes’assurerquelamesureatoujoursété
réaliséeaumêmeendroit,unmarquageaucautère(VervustandVanDamme2009)sousformede
tatouage a été effectué sur chaque femelle avec un repère fixe. La largeur de cette section a été
mesuréeavecunspessimètre(comparateurd’épaisseurAbsoluteDigimaticMitutoyo,Japon).Trois
mesuresconsécutivesontétéeffectuéesafind’obteniruneévaluationmoyenne.
171

Lesperformancesontétéévaluéesenmesurantlacapacitéàéchapperauxprédateurs.Pour
cela, nous avons mesuré la force de traction des femelles au cours de la gestation, à l’aide d’un
dynamomètre (Force Gauge 200N, Fisher Scientific Bioblock, Illkirch, France). Les femelles étaient
placéesenenceintesclimatiques(LMSLDT,Sevenoaks,Kent,UnitedKingdom;stability±1°C)1heure
à25°Cafindestandardiserlestempératurescorporelles.Lesanimauxétaientplacésdansuntubeen
PVCtransparent(quartantérieurducorps).Cettesectionétaitmaintenuefermementparl’undes
opérateurs.Labaseducloaqueétaitensuitereliéeàl’appareildemesure.Avantledébutdechaque
sériedemesures,lecorpsdel’animalétaittendu,laqueuemaintenueetledynamomètreremisà
zéro.Dèsledébutdel’essai,laqueuedel’animalétaitalorsrelâchée,etl’animalstimulé pardes
palpations légères sur le dos. Chaque essai durait 30 secondes, et était répété trois fois de suite.
Entre chaque essai, l’animal était détendu pendant 10 secondes. Lors des analyses, nous avons
considérélavaleurmaximaleobtenuepourl’ensembledestroisessais,ainsiquelavaleurmoyenne.
ii)Modificationsphysiologiquespendantlagestation
Prisesdesangetprotocolederéponseaustress
Notreobjectifétaitnotammentdemesurerlestauxdebaseetaprèsunstress.Nousavonsmisen
placeunprotocolespécifique.L’individuestrapidementsortidelacageexpérimentaleàl’aided’une
pince.Dèslacapture,lechronomètreestdémarréafindes’assurerquelapremièreprisedesang
soiteffectuéedansles3minutes,etreflètebienletauxdecorticostéronebasal(RomeroandReed
2005).Unemesuredetempératurecorporelleestégalementeffectuéeàl’aided’unthermomètre
infrarouge.Lepremierquartducorpsdel’animalestensuitebloquédansuntubetransparent,et
l’animalplacésurledosetlecorpstendu.Laprisedesangestalorsréaliséeenintracardiaqueà
l’aided’uneseringuedefaiblediamètre(microlance3G).La dosede sang prélevévariede200à
250μL de sang, en fonction de la condition de l’animal. Une fois la prise de sang effectuée, le
chronomètreeststoppéetletempsdeprisedesangconsigné.
Afindegénérerunesituationdestress,l’animalaensuiteétéplacépendantuneheuredans
une boîte transparente à 25°C dans une enceinte climatique (Vötsch Industrietechnik,VP 600,
Balingen,Germany).Auboutd’uneheure,l’individuestrécupéréetunedeuxièmeprisedesangest
effectuée selon le protocole précédent. La quantité de sang prélevée est légèrement inférieure
(150μL).L’animalestensuitereplacédanssacage.
Leséchantillonsrécoltéssontensuitecentrifugésà3000tours/minpendant5minutes.Enfin,
leplasmaaétéséparéduculot,placédansuneppendorf,etmisaucongélateurà28°C.
172

Dosagedelacorticostérone
Lesdosagesdecorticostéroneontétéréalisésparlatechniquedudosageradioimmunologique(RIA)
auCentred’EtudesBiologiquesdeChizé.Lacorticostéroneplasmatiquetotaleaétémesuréedans
deséchantillonsde50μL,aprèsuneextractiondansl’éther par RIA, en utilisant un antisérum du
commerce,obtenusurdeslapins,contrelesérumdecorticostérone3(Ocarboxymethyl)oximede
bovinconjuguéàdel’albumine(Biogenesis,UK).Lesduplicatsd’échantillons(100μL)desextraitsont
été mis à incuber toute la nuit à 4°C avec 8000 CPM (coups par minute) de H3corticostérone
(Amersham Pharmacia Biotech, France). Les fractions liées et libres de la corticostérone ont été
séparéesenajoutantducharbondextran.Aprèscentrifugation,lafractionliéeaétécomptéedans
uncompteuràliquidescintillant.
Dosagedelaprogestérone
Lesdosagesontétéréalisésaucentred’EtudesBiologiquesdeChizé.Lesstéroïdesontétéextraitsen
ajoutant3mldediéthylétherà50μLdeplasma,etmélangésparunpassageauvortex.Laphasede
diétheraétédécantéeetvidéeaprèscongélationinstantanéedutubedansunbaind’alcoolà40°C.
La partie restante a ensuite été évaporée. L’efficacité d’extraction été obtenue en ajoutant 1000
CPM (coups par minute) de 3 Hprogestérone dans les échantillons. Les récupérations étaient
supérieuresà90%.L’extraitsecaétéredissousdans300μLdetamponphosphateetincubépendant
lanuità4°Cavec7000CPMde 3 Hprogestérone(PerkinElmer,US)etdel’antisérumpolyclonalde
lapincontrelaprogestérone11HSBSA(Paris,France).Lesfractionsliéesetlibresontétéséparées
en ajoutant du charbon dextran. Après centrifugation, l’activité des fractions liées a été comptée
avec un compteur à liquide scintillant Tricarb 1600TR (Packard). Les réactions croisées avec les
antisérumsdeprogestéroneétaientlessuivantes:deoxycorticostérone(3%),6hydroprogestérone
(1.8%), 5dihydroprogestérone (1.6%), 20dihydroprogestérone (0.5%), corticostérone (0.3%),
pregnanédione (0.2%), 5pregnolone (0.07%), testostérone (0.03%), 17hydroprogestérone
(0.02%),estradiol(

LesanalysesontétéconduitesaveclelogicielR(version2.12.1DevelopmentCoreTeam2010).Nous
avonsutilisédesANOVAsàmesuresrépétées,afindeprendreencomptel’évolutiondesparamètres
mesuréssurlesmêmesanimaux.Pourcela,l’identitédelafemelleaététraitéeenfacteuraléatoire,
et les effets statut reproducteur et session en facteurs fixes (modèles lme, package nlme). Les
donnés des taux d’hormones (corticostérone), ont été transformées en log, afin de répondre aux
conditionsdenormalité.Lescomparaisons2à2ontétéréaliséesenutilisantdestestsposthocde
Tukey(packagemultcomp).Lesvaleurssontprésentéessouslaformemoyenne±erreurstandard.La
significativitédestestsaétédéterminéeàunseuil=0.05.
RESULTATS
I)Impactsstructurauxdelagestationetperformances
Evolutiondelamassecorporelle
L’évolutiondelamassecorporellen’estpasinfluencéeparlestatutreproducteurmaisparlasession
etl’interactiondesdeuxtermes(Table1;Fig.1).Lamassecorporelleeststableaucoursdutemps
chezlesfemellesreproductrices(testposthocdeTukey,P>0.05pourtouteslescomparaisons2à
2), alors que les femelles non reproductrices ont perdu en moyenne 25.8 grammes, durant
l’expérience,maissansdifférencessignificativesentrelessessions(testposthocdeTukey,P>0.05
pourtouteslescomparaisons2à2).
Body mass (g)
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
S1 S2 S3 S4
Session
NR
R
174

Figure 1. Evolution de la masse corporelle en fonction du statut reproducteur et de la session. Les
femellesreproductricessontreprésentéespardescerclesblancs,etlesfemellesnonreproductricespar
descerclesnoirs.Lesbarresd’erreurindiquentleserreursstandards.
175

Table1.TermesdesmodèlesutiliséspourévaluerlescoûtsdelareproductionchezVaspis.d.l.:Degrés
deliberté;SS:Sommedescarrés.
Traits Factors dl SS F-ratio P-value
Reproductive status (A) 1 35 0.888 0.352
BODY MASS (g)
Session (B) 3 105 57.115 < 0.001
A*B 3 105 11.500 < 0.001
Reproductive status (A) 1 34 96.674 < 0.001
Session (B) 3 89 3.481 0.019
Body mass (C) 1 89 7.979 0.006
MAXIMAL TRACTION (kg)
A*B 3 89 5.671 0.001
A*C 1 89 4.065 0.047
B*C 3 89 1.494 0.222
A*B*C 3 89 0.106 0.956
Reproductive status (A) 1 34 69.565 < 0.001
Session (B) 3 89 2.218 0.092
Body mass (C) 1 89 8.049 0.006
MEAN TRACTION (kg)
A*B 3 89 4.817 0.004
A*C 1 89 4.340 0.040
B*C 3 89 0.433 0.730
A*B*C 3 89 0.798 0.499
Reproductive status (A) 1 33 15.7 < 0.001
Session (B) 3 96 106.849 < 0.001
TAIL WIDTH (mm)
Initial body condition (C)
A*B
1
3
33
102
13.567
3.063
< 0.001
0.035
B*C 1 33 0.329 0.778
A*B*C 3 96 0.695 0.557
Evolutiondelapertemusculaire
L’épaisseurdequeueestinfluencéeparlestatutreproducteur,lasessionetl’interactiondesdeux
termes(Table1;Fig.2).Chezlesfemellesreproductrices,l’épaisseurdequeuen’estpasinfluencée
parlatailledeportée(r²=0.26,P=0.212).Enconsidérantlaperted’épaisseurdequeuerelative
(i.e. la différence entre la mesure initiale et les mesures réalisées en sessions 2, 3 et 4, nous
n’observonspasd’effetsignificatifdustatutreproducteur(F1,29=0.680,P=0.416),maisuneffetde
lasession(F2,54=63.807,P

Tail Width (mm)
7.2
7.0
6.8
6.6
6.4
6.2
6.0
5.8
5.6
S1 S2 S3 S4
Session
Figure2.Evolutionde l’épaisseur de la queue en fonction du statut reproducteur et de la session. Les
femellesreproductricessontreprésentéespardescerclesblancs,etlesfemellesnonreproductricespar
descerclesnoirs.Lesbarresd’erreurindiquentleserreursstandards.
Forcedetraction
La force maximale de traction est influencée par le statut reproducteur, la session, la masse
corporelle,ainsi que l’interaction dustatutetdelasessionet dustatut etdela massecorporelle
(Table1;Fig.3).Chezlesfemellesreproductrices,laforcemaximaledetractionétaitnégativement
corréléeàlatailledeportée(r²=0.53,P=0.003).
NR
R
177

Maximal traction force (kg)
0.9 NR
R
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
S1 S2 S3 S4
Session
Figure 3. Evolution de la force maximale de traction (kg) en fonction du statut reproducteur et de la
session. Les femelles reproductrices sont représentées par des cercles blancs, et les femelles non
reproductricespardescerclesnoirs.Lesbarresd’erreurindiquentleserreursstandards.
Laforcemoyennedetractionpourl’ensembledestroisessaisétaitégalementinfluencée
par le statut reproducteur, la masse corporelle, et l’interaction du statut reproducteur et de la
session,ainsiquel’interactiondustatutreproducteuretdelamasse(Table1).
Chezlesfemellesreproductrices,laforcemoyenneétaitnégativementcorréléeàlatailledeportée
(r²=0.48,P=0.002).
II)Modificationsphysiologiquesliéesàlagestation
Corticostérone
Letauxbasaldecorticostérone(CORT)estinfluencéparlestatutreproducteur(F1,32=7.842,P=
0.009).Iln’étaitpasinfluencéparlasession(F3,91=4.959,P=0.559),maisparl’interactiondustatut
reproducteur et de la session (F3,91 = 4.959, P = 0.003; Fig.4). Les taux basaux diffèrent entre les
statutspourlessessions3et4(testsposthocdeTukey,respectivement,P=0.022etP=0.040),avec
des taux plus élevés pour les femelles reproductrices (Fig. 4). Le taux basal des femelles post
reproductrices n’était pas différent des taux des femelles reproductrices, quelque soit la session
considérée(testposthocdeTukey,S5vs.all,P>0.05),avecunemoyennede26.15±5.91ng/ml.
178

Lestauxbasauxdecorticostéronenesontpasliésàlatailledeportée(r²=0.139,P=0.855).
Basal CORT level (ng/ml)
160
140
120
100
80
60
40
20
0
S1 S2 S3 S4
*
Session
Figure4.Evolutiondutauxbasaldecorticostéroneenfonctiondustatutreproducteuretdutemps.La
session5correspondàlamesureréaliséepourlesfemellesreproductricesenpostmisebas(PR).
Lesfemellesreproductricessontreprésentéespardesbarresblanches,etlesnonreproductricespardes
barresnoires.Lesbarresd’erreurindiquentleserreursstandards.*,P

Pourlaréponseaustress,lestauxdecorticostéronesontinfluencésparlestatutreproducteur(F1,32=
5.072,P=0.031).Nousn’avonspastrouvéd’effetsession(F3,90=2.313,P=0.081),maisuneffetde
l’interactiondustatutreproducteuretdelasession(F3,90=4.114,P=0.009).Lestauxdiffèrententre
lesstatutspourlessessions3et4(testsposthocdeTukey,respectivement,p=0.033etP=0.004),
avecdestauxsupérieurspourlesfemellesreproductrices(Fig.5).Laréponseaustressdesfemelles
postreproductricesestsignificativementplusbasseaprèslamise(testPosthocdeTukey,S5vs.S4,
p=0.008;touteslesautrescomparaisonsavecS5,P>0.05),avecunemoyennede80.45±11.98
ng/ml).
Concernantlesfemellesreproductrices,laréponseaustressn’étaitpasinfluencéeparla
tailledeportée(r²=0.193,P=0.110).
Stress CORT level (ng/ml)
160
140
120
100
80
60
40
20
0
S1 S2 S3 S4
Session
Figure5.Evolutiondelaréponseaustressdecorticostéroneenfonctiondustatutreproducteuretdu
temps.Lasession5correspondàlamesureréaliséepourlesfemellesreproductricesenpostmisebas
(PR).Lesfemellesreproductricessontreprésentéespardesbarresblanches,etlesnonreproductricespar
desbarresnoires.Lesbarresd’erreurindiquentleserreursstandards.*,P

0.05).Chezlesfemellesreproductrices,cetauxatteignaitunmaximumensession2ets’effondraiten
postmisebas(testsposthocdeTukey,S2vs.lesautressessions,P

DISCUSSION
La gestation induit de profondes modifications physiques et physiologiques chez les individus.
Notamment un jeûne prolongé induit une mobilisation lipidique et protéique (Cherel et al. 1988,
1992; Cherel and Grocolas 1999). Nous avons mis en évidence une évolution des modifications
structuralesetdesperformanceschezuneespèceàreproductionsurcapital.Lagestationestune
étapecontraignanteetlesfemellesdeVaspissontextrêmementémaciéesaprèslareproduction,et
le taux de mortalité post misebas est relativement important (Bonnet et al. 1999; Bonnet et al.
2002;Lourdaisetal.2002a).Tandisquelesétudessurlesmodificationsliéesàlareproductionchez
lesSquamatessontnombreuses(Shine1980;BonnetandNaulleau1996;MadsenandShine1994),
cetteétudeapporteunecontributiondirectesurleurdynamiqueaucoursdelagestation.
Evolutiondescoûtsstructurauxetdesperformances
Lesuividelamassecorporelleau coursdutempsindiqueunediminution d’environ15%chez les
femelles nonreproductrices, lié au jeûne prolongé. Au contraire, cette diminution n’était pas
apparente chez les femelles reproductrices, ce qui est probablement liée à une évolution
concomitantedelapertedemasseliéeàdescontraintesénergétiques,etuneprisevolumiquedes
embryonsendéveloppement.Lamassecorporelleestdoncunmauvaisindicateurdelacontrainte
énergétiqueliéeàlagestation.
L’évaluation de la perte musculaire (épaisseur de queue) traduit une nette diminution au
cours de la gestation, aussi bien pour les femelles gestantes que pour les femelles non
reproductrices.UnteleffetavaitdéjàreportéchezleBoaarcenciel,Epicratesmaurus,(Lourdaiset
al. 2004a), avec une protéolyse importante associée à la gestation. Plus particulièrement, nous
observons que dès l’ovulation (session 1), la différence de condition musculaire est déjà bien
marquée entre les statuts. Ainsi, la condition musculaire initiale des femelles reproductrices, est
équivalenteàcelledesfemellesnonreproductricesenfind’expérimentation(aprèsplusieursmois
dejeûne).L’investissementinitialdanslaformationdesœufssembledoncmobiliserunequantité
importante de protéines musculaires (Santos et al. 2007). Cependant, la dynamique de la perte
musculaire semble équivalente pour les femelles reproductrices et nonreproductrices et pourrait
traduirel’étatdejeûneprolongédesdeuxgroupes.
Enparallèle,nousobservonsquelaforcedetractionestbienplusfaiblechezlesfemelles
reproductrices, en comparaison aux femelles nonreproductrices. Cependant, de manière
surprenante, nous n’observons pas de modifications au cours du temps, quelque soit le statut
reproducteur. Par ailleurs, les légères variations observées pourraient refléter des variations de
182

motivation des individus. La force de traction est également fortement influencée par la masse
corporelle des individus. Nous avons démontré que cette capacité musculaire était fortement
impactée par la taille de portée chez les femelles reproductrices. Ceci pourrait refléter un coût
importantliéàlachargephysiquedesembryons.Eneffet,denombreusesétudesontdémontrédes
altérationslocomotrices chezlesfemelles reproductrices (Shine 1980; Bauwens and Thoen 1981;
Milesetal.2000;LeGalliardetal.2003a).Cesdeuxparamètrestémoignentainsidesaltérationsdes
performancesliéesàlachargephysiquedesembryons,etsontsusceptiblesd’augmenterlesrisques
deprédationassociésàuneexpositionaccrueenthermorégulation.
Evolutiondesmodificationsphysiologiquesaucoursdelagestation
L’axehypothalamoadrénopituitaire (HPA)contrôle la production de corticostérone et module les
réponsesphysiologiquesetcomportementalesdesanimauxfaceàunévènementstressant(Sapolsky
1992). Dans notre étude, nous nous sommes intéressés à l’évolution des taux basaux de
corticostérone,etdelaréponseallostasiquefaceàunélémentstresseur,àdifférentsstadesdela
gestation.Chezlesfemellesnonreproductrices,lestauxdecorticostéronen’évoluentpasselonles
sessions (en taux basaux et réponse au stress). Au contraire, nous avons pu observer une
augmentation progressive à la fois des taux basaux et de la réponse au stress chez les femelles
reproductrices. Plusieurs études ont reporté une relation positive entre la corticostérone et la
reproduction chez des reptiles et des amphibiens, avec dans certains cas une augmentation assez
prononcée des taux basaux de corticostérone qui coïncideraient avec des comportements
reproducteurs énergétiquement coûteux (Cree et al. 2003; Moore and Jessop 2003). Ainsi de
nombreuses espèces ont des taux basaux de corticostérone plus élevés durant la saison de
reproduction(WilsonandWingfield1992;TyrellandCree1998;Mooreetal.2001).Aucontraire,
d’autresétudesdémontrentuneabsenced’élévationdestauxbasauxliésàlareproduction(Guillette
etal.1997;Tokarzetal.1998;Ottetal.2000).Ainsil’évolutiondestauxbasauxquenousobservons
pourraitsuggéreruneaugmentationdescontraintesénergétiquesdesfemellesenrelationavecune
thermorégulationaccentuée.Cependant,lefaitquel’augmentationsoitprogressiveetquepeude
tempsaprèsla misebasles tauxreviennentà unniveau équivalentàcelui de début de gestation
suggèrentl’existenced’autrespistes.
Enparallèle,nousavonsobtenulemêmepatrondevariationpourlaréponseaustress.Chez
de nombreuses espèces, la reproduction est également associée à une diminution de la réponse
adrénocorticale.Cetteatténuationdelaréponseaustressestgénéralementassociéeaumaintiende
l’expression des soins parentaux (Wingfield and Sapolsky 2003; Lendvai et al. 2007). Ceci est
également observé chez les reptiles (Grassmen and Crews 1990; Jessop 2001). Nos résultats
183

semblentalleràl’encontredecestendancesavecuneaugmentationprogressivedestauxassociésà
laréponseaustress,maisavecuneévolutionconcomitantedestauxbasaux.Parailleurs,nostravaux
ont démontré que les femelles gestantes maintiennent un comportement de thermorégulation
intensiftoutaulongdelagestation.Ainsi,chezcetteespèce,lamodulationadrénocorticalemesurée
nesemblepasêtreimpliquéedansl’expressionducomportementmaternellorsdelareproduction.
Signalons que la femelle gestante régule les conditions thermique mais assure également
l‘approvisionnementeneauauxembryons.Uneétudeamontréqu’ilexistaitunlienentrelestauxde
corticostéroneetlapriseeneaudesœufs(DauphinVillemantandXavier1986).Ilsepourraitdonc,
quelacorticostéronesoitimpliquéedanslapriseeaudesœufsquisemanifestenotammentenfin
degestation(donnéesnonpubliées).Cecipourraitconduireàunecontraintehydriquematernelle
forte,notammentenfindegestation.Lesanalysesdesosmolitesplasmatiqueschezlesfemellessont
actuellementencoursetpermettrontdetestercettehypothèse.
Les variations des taux de progestérone observées sont en accord avec les travaux
précédents(NaulleauandFleury1990;Bonnetetal.2001b),maiscettefoiscienréalisantunsuivi
longitudinal des mêmes femelles et du développementNous observonsun pic de progestérone
durantlepremiertiersdelagestation(miJuillet),tandisquelaphasedevitellogénèseetlapériode
postmisebassontassociéesàdestauxtrèsbas.Entermeembryonnaire,cettepériodecorrespondà
laphasedecroissanceprécoce(HubertandDufaure1968;Andrews2004).Lesmêmesvariationsont
étéobtenueschezd’autresespècesdesquamatesvivipares(Chanetal.1973;Guilletteetal.1981;
EdwardsandJones2001).Laprogestéroneestinvoquéecommeétantàl’originedemodifications
physiologiques importantes en étant un antagoniste de l’oestradiol, et améliorerait les échanges
fœtomaternelsauniveaudel’oviducte(Hoetal.1981;Rileyetal.1987;PerezandCallard1989).
Par ailleurs, cette hormone serait impliquée dans l’évolution de la transition entre les formes
oviparesetvivipares(ShineandGuillette1988).
Ainsi,cetteétudenousapermisdedémontrerladynamiquedesmodificationsstructurales
et physiologiques au cours de la gestation chez un reptile à reproduction sur capital.
Particulièrement,cescontraintesapparaissentalorsquelesfemellessontdéjàfortementaffectées
par l’allocation dans la formation des œufs. Ces contraintes génèrent alors une altération
progressivedelamusculatureetunemobilisationénergétiquecroissante.Ceciexpliquel’émaciation
importantedesfemellesaprèslamisebasetlapériodederécupérationénergétiquerelativement
longuepours’engagerdansunenouvellereproductionchezcetteespèce.
Remerciements
184

NousremercionsChristianThiburcepourlaconstructiondecagesexpérimentales.Nousremercions
également Emeline Audebaud, Charline Parenteau et Colette Trouvé qui ont réalisé les dosages
hormonaux. Marie Vaugoyeau et Emeline Audebaud ont aidé dans la collecte des mesures. Ces
travaux on bénéficié du soutien de la fondation FYSSEN et du plan Loire Grandeur Nature.
185

Annexeduchapitre3:Résultatspréliminairesdesmodificationsphysiologiquesliéesàla
reproductionchezlepythondeChildren
Lebutcecetteétudeaétédemesurerlesmodificationsphysiologiquesassociéesàlagestationchez
desfemellesreproductricesdeAchildreni,àdifférentsstadesdelareproduction.Nousavonsmesuré
lestauxdecorticostéronebasaux,ainsiquelestressoxydatif.Lestressoxydatifcorrespondàune
agressiondescellulespardesradicauxlibresetpeutàtermesdevenirunesituationpathologique.
Les Tbars dont le malondialdéhyde (MDA) sont des substances qui réagissent avec l’acide Thio
barbituriqueetsontdesmarqueursdeladégradationdeslipides.
ToutcommechezVaspis,nousavonsmesuréréalisédesprisesdesangàdifférentsstades
delareproductionchezAchildreni(Gravidité,7joursaprèslaponte,40joursaprèslaponteeten
postreproduction(7moisaprès,lorsquelesfemellesontétérenourries)).Ceciaétéconduitsur15
femellesreproductricesen2010,auCEBC.
Lesprisesdesangnousontpermisd’évaluer1)lespatronsdecorticostérone(tauxbasaux)et
2)lestressoxydatif(Tbars).Lesrésultatspréliminairessontprésentéscidessous:
Résultats
Corticostérone
Nous avons trouvé un effet de la période sur le taux basal de corticosterone (ANOVA à mesures
répétées,F(3,55)=7.0210,p=0.004).Lesvaleurslesplusbassessetrouventpourlapériodepost
reproduction,avecunevaleurmaximalejusteaprèsl’oviposition(Fig.1)
186

Figure1:TauxdeCORTbasalenfonctiondelapériodechezlesfemellesreproductricesAchildreni
Stressoxidatif
LestressoxydatifaétémesuréenutilisantdesmesuresdesTbars(Malondialdéhydeplasmatique
(MDA)).
Nous avons trouvé une influence de la période de reproduction sur les concentrations de
malondialdéhyde (ANOVA à mesures répétées, F(3,53) = 2.995, p = 0.039). La valeur maximale
correspondaitàlapériodejusteaprèslaponte,etlaplusbassevaleurenpériodepostreproduction
(Fig.2).
187

Malonaldehyde (nM/mL of plasma)
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
Effet courant : F(3, 53)=2,9948, p=,03885
Gravidity 7 Days post ovip 40 Days post ovip Post repro
Period
Figure2:TauxdeMDAenfonctiondelapériodechezlesfemellesreproductricesAchildreni
Interprétation
Les femelles montrent de fortes modifications physiologiques pendant la période de reproduction
(i.e. gravité + incubation). Ces résultats pourraient correspondre à, tout d’abord, des demandes
énergétiques qui sont importantes pendant la gravidité, mais pourraient également suggérer des
contraintesduesàl’approvisionnementeneaudanslesœufsjusteavantlaponte.Mêmesilaprise
desangaeulieu7joursaprèslaponte,lesniveauxdeCORTimpliquésdansl’osmorégulationrestent
élevéspendantplusieursjoursaprèsunstresshydrique(Bentley2002).
Lestressoxydatifaugmenteaucoursdutemps,révélantunepériodedefortescontraintes
pourlesfemelles,commecelaaétémontrédanscechapitre.Aprèslapériodederécupération,les
niveauxdemalonaldéhydesétaientbas.
188

CHAPITRE4:
Régulationhydriqueetcontraintesmaternelles
189

Résuméduchapitre4
Les travaux précédents se sont principalement concentrés sur la régulation des conditions
thermiques et la nature des contraintes maternelles (énergie, performance). Les embryons de
Squamatessontégalementsensiblesauxinfluenceshydriquesdurantledéveloppement,commecela
a été mis en évidence dans de nombreuses études. L’eau est notamment essentielle pour la
conversiondesréserveslipidiquesentissus.Chezlesespècesovipares,lasourced’eauprincipaleest
l’environnementextérieuravecdeséchangesdevapeursd’eauetd’eauliquideàtraverslacoquille.
En revanche, la gravidité et la rétention des embryonssont associées à un approvisionnement
maternel en l’eau. Il s’agit donc d’une autre forme d’allocation maternelle au cours du
développementquidoitêtreconsidérée.
Ilestdoncimportantdequantifierlapriseeneaudesœufschezlesespècesviviparesafin
d’évaluerla«charge»quelagestationreprésente.Ladescriptiondespatronsdepriseeneauest
également importante car cette contrainte peut être dynamique et dépendante du stage de
gestation. En parallèle, les femelles gravides thermorégulent activement ce qui les exposent
potentiellement à des pertes hydriques plus élevées. Pourtant, un éventuel conflit entre
thermorégulation et perte hydriques n’a attiré qu’un intérêt scientifique limité. Dans ce contexte,
nousavonsdoncvoulu:
(i) mesurer la prise en eau des œufs au cours de la gestation, afin de détecter l’évolution des
contrainteshydriqueschezlesembryons;
(ii)quantifierlesperteseneauassociéesàlagestationchezlavipèreaspic,àlafoisenmesurantles
perteshydriquestotalesetrespiratoires(EWL,«evaporativewaterloss»).
Le volume des œufs a été mesuré au cours de la gestation chez V aspis grâce au suivi
échographique.Levolumeaensuiteétéestiméenutilisantdesformulesprédéfiniesenfonctionde
laformedel’œuf.Lesrésultatsobtenusdémontrentunepriseeneaumassivedesœufsaucoursdu
développement.Enoppositionaveclasensibilitéthermique,l’essentieldelapriseeneaus’effectue
enfindegestation,pendantlaviefœtale.Lapriseeneauestétroitementliéeàlafécondité,etla
régulation hydrique maternelle semble donc être une allocation dépréciable contrairement à la
régulationthermique.Ainsipluslatailledelaportéeestélevée,pluslaressourcehydriqueapportée
parlafemelleétaitimportante.
Lesperteshydriquestotalesontétémesuréeschezlesfemellesgestantesetnongestantes
en milieu de gestation. Les pertes hydriques (somme des pertes respiratoires et cutanées) sont
fortement affectées par la température et le statut reproducteur. Pour une température donnée,
elles sont nettement supérieures pour les femelles gestantes en comparaison aux femelles non
reproductrices. La différence entre statut est amplifiée par le contraste dans les préférences
190

thermiques.Cesrésultatssuggèrentl’existenced’unconflitentrelarégulationthermiquematernelle
etlebudgethydriquedansunepériodeoùlademandeembryonnaireeneauesttrèsélevée.
Si de nombreux travaux se sont penchés sur les coûts de la thermorégulation (énergie,
survie)peusesontintéressésauxcontrainteshydriquesetce,notammentpendantlagestation.Nos
résultatsapportentunéclairageoriginalsurcesaspects.Lessoinsthermiquesexposentlesfemellesà
des pertes hydriques importantes alors que l’approvisionnement en eau des jeunes est une
composante de la régulation du développement (notamment durant les derniers stades). Les
donnéesdeterrainsuggèrentquelesfemellesrépondentàceconflitensélectionnantdeshabitatsà
lafoischaudsethumidescequidoitsignificativementlimiterlespertes.Onpeutcependantprédire
quelescontrainteshydriquesvontdépendredesconditionsclimatiquesetserontplusfortesdansles
milieux où les conditions estivales sont sèches. Les besoins hydriques doivent donc être pris en
comptepourunemeilleurecompréhensiondessoinsprénatauxchezlesSquamates.
191

I.Priseeneauparlesœufspendantlagestation chez V aspis: quantification et
déterminants
I1CONTEXTE
Lapriseeneaudesœufsestunphénomènelargementconnuchezlesespècesovipares.Danscecas,
lapriseeneaudesœufss’effectueàpartirdel’humiditéambianteouparcontactaveclessubstrats
(Ackerman and Lott 2004; Belinsky 2004). L’eau est importante pour le développement
embryonnaire et plusieurs travaux ont démontré l’impact de l’hygrométrie sur la qualité
phénotypiquedesjeunes(Packard1991;ShineandBrown2002;Belinskyetal.2004).
Des travaux menés chez des espèces vivipares ont également mis en évidence un tel
phénomène.L’étudedeDauphin–VillemantetXavier(1986)surlelézardviviparemetclairementen
évidencelapriseeneauaucoursdutempsenutilisantuneméthodeinvasive(sacrificedesanimaux)
etdoncsanssuiviindividuel.Danslecasdesespècesvivipares,c’estlafemellequifournitl’eauaux
embryonsendéveloppementetils’agitdoncd’uneformed’allocationmaternellependantlapériode
prénatale. Cette composante est importante à clarifier car la gestation peut affecter la balance
hydriquematernelleetl’exposeràdescontraintesspécifiques(déshydratation).Pourtantcesaspects
demeurentinsuffisammentconsidérés.
I2METHODE
Volumedesœufs
Nousavonsquantifiél’évolutionduvolumedesœufs(sensuslato:embryons,vitellusetannexes)au
coursdelagestationàpartirdessuivisobtenuslorsdeséchographies.Cesmesuresontétéréalisées
en2010surungroupede35femellesdeVaspisengestation.Lesuiviéchographiqueaétémené
régulièrementavecdesexamensà troisouquatrereprisespendantla gestation. Une observation
desimageslaissetransparaitredesmodificationsmassivesduvolumedesœufs.Undesproblèmes
dans l’estimation de ce volume repose sur des modifications progressives de la forme même des
œufs.
Nous avons utilisé une méthode élaborée pour les estimations de volume sur les reptiles
ovipares(MaritzetDouglas1994).Levolumedel’œufvadépendredesalongueur,desalargeuret
desaforme.MaritzetDouglas,ontainsiformulé35possibilitéspourlesformatsdesœufs.Dansce
cadre de cette étude, 5 formes différentes ont été retenues (cidessous). Elles correspondent
192

globalementàl’évolutionconstatéechezViperaaspisdepuisl’ovulationjusqu’auxjoursprécédant
lamisebas.NousavonsutilisélaformuledeMaritzetDouglas(1994)danslecalculduvolume.
V=LW²(3c²+14c+35)
Avecc=(E1)210
Formesretenuesetparamètresassociéspourlecalculduvolume:
=0
E=1,6
=0
E=1,8
=1/2
E=2
=3/4
E=2,2
=1
E=2,6
Lasondeutiliséepossèdeunchampde38mmdelarge.Certainsœufsétaienttropvolumineuxpour
être échographiés en une seule fois (notamment en fin de développement). Plusieurs images ont
doncétéréaliséesafindepermettreunevued’ensemble(Fig.1).L’estimationdelalongueurtotalea
ainsipuêtredéterminéeavecdesrepèressurlesdifférenteséchographies.
L
Figure1. Exemple de mesures de longueur à partir d’une photo composite. La mesure de la longueur
totaleestobtenueàl’aidederepèresenchevauchementsurlestroisimages.Cetteprocédureauraété
nécessaireprincipalementenfindegestation.
w
193

Variationspondérales
Enparallèlenousnoussommeségalementintéressésauxvariationspondéralesobservéeschezles
femellesreproductrices.Lesfemellesétaientmaintenuesenenceintesclimatiquesavecuncontrôle
ducyclethermique(cycledetype«O»,cfArticle2,Fig.1)etunehygrométrieélevée(80%).
Danslecadredel’étudesurlesmodificationsphysiologiquesetstructurales(Article5),nous
avons mis en évidenceune certaine «stabilité» au cours du temps de la masse des femelles
reproductrices(cfArticle5;Fig.1),alorsqu’ellesperdentenmusculature(cfArticle5;Fig.2).Deux
phénomènesopposéssesuperposentdoncpotentiellement(gainpondéralliéàlapriseeneauet
perteliéeauxcontraintesénergétiques).Dansl’expérimentationmenéeen2010,nousavonsdonc
réalisédesprisesdemassesplusfréquentes(tousles3semainesenvirons).Cetteapprocheapermis
dedétecter des prises de masse qui ne peuvent être dues qu’à l’absorption de l’eau. Nous avons
réalisélecumuldecesvariationsdemasseafind’évaluerlapriseeneaupendantlagestation.Les
variationspondéralesontétéreliéesàlatailledelaportéetotaleetaunombredejeunesviables.
Statistiques
Nousavonsmesurél’évolutionduvolumedesœufsaucoursdutempsavecdesANOVAsurmesures
répétées.Par ailleurs nous avons examiné la relation entre la prise en eau et la fécondité, en
considérant la prise en eau relative à la mesure de départ (log transformé), et en cofacteurs, la
féconditéetlestaded’avancementdelamesure.
I3RESULTATS
Evolutionduvolumedesœufs
Lesuiviéchographiqueapermisdemettreenévidenceungainvolumiquesubstantiel(Fig.2,effet
Session,F2,62=221.06,p

Volume des oeufs (ml)
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
1 2 3
Echographie
Figure2.Evolutionduvolumeestimédesœufsselonlestroissessionsd’échographie
Lesmesureséchographiquessuggèrentuneévolutionrégulièreaufildestroissessions.Cependant,
lesfemellesexaminéessontàdesstadesd’avancementvariésdufaitdedifférencesdanslesdates
dedémarragedelagestation.Lamueestétroitementassociéeàl’ovulationetcerepèretemporel
fournitunmoyensimplepourreplacerlesmesures,relativementàl’avancéedansledéveloppement
(Fig.3).
Egg Volume (cm 3 )
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-20 0 20 40 60 80
Time from ovulation date
Figure3:Evolutionduvolumedesœufsselonlestadedéveloppement.L’axedesabscissesestcentrésur
ladated’ovulation(t=0).
195

Cette représentation souligne une évolution non linéaire en accord avec les travaux de Dauphin
Villemant (1986) sur Z vivipara. Une accélération de la prise en eau s’observe en fin de
développement, lors de la vie fœtale. Cette période de croissance somatique est donc la plus
nécessitanteentermeshydriques.Cettefortedemandeestprobablementdueàdeuxcomposantes
embryonnairesliées:
i)activitésanaboliquesavecsynthèsesprotéiquesettissulairesaveclamobilisationduvitellus
ii) activités cataboliques avec production de déchets métaboliques qui s’accumulent dans
l’allantoïde
Changementspondéraux
L’évolutiondemasseapportedesélémentscomplémentaires.Onobserveunefortehétérogénéité
entrefemellesdanslesvariationspondérales(gamme–9gà+26g).Cesvariationssontétroitement
liéesàlatailledeportéeviable(Fig.4,r 2 =0,74,F(1,49)=143.52,p

Cettecorrélationdémontrebienlarelationproximaleentrelapriseeneauetlenombredejeunes.
Contrairement à la régulation thermique, l’allocation maternelle de l’eau est directement
dépendantedela fécondité (soin dépréciable).Soulignons que les contraintes énergétiques de la
gestationsontlargementliéesauxpréférencesthermiquesmodifiéesetplutôtindépendantesdela
fécondité(Ladymanetal.2003).Larelationentrevariationdemasseetféconditéestleproduitde
deux phénomènes qui se surimposent et sont intégrés en terme pondéral: la prise en eau et les
pertesdemasseinduitesparlemétabolisme.Ainsi,chezlesfemellesavecuneféconditéélevée,les
contraintesénergétiquessont«masquées»parlapriseeneau.Lesvariationspondéralespendantla
gestation relèvent donc de deux phénomènes concomitants et, de fait, ne peuvent être utilisées
commemoyend’estimationprécisdugaineneauoubiendescoûtsénergétiques.
II.Impactdelagestationetdelatempératuresurlesperteshydriquestotales
chezlavipèreaspic(Vaspis)
II1CONTEXTE
Lesfemellesgestanteschoisissentdemaintenirdestempératurescorporellesélevéescequipermet
d’optimiser la qualité des jeunes produits et d’accélérer la cinétique du développement. Si le
maintienderégimesthermiquesélevésestavantageuxpourlareproduction,ilexistedescontraintes
significatives notamment en termes énergétiques. Une autre forme de contraintes est celle des
perteshydriques.Eneffet,lespertessemanifestentàlafoisdefaçonpassiveauniveaucutanéemais
aussi en relation avec les échanges respiratoires et le métabolisme. Ainsi, il pourrait exister un
compromisentrelathermorégulationcomportementaleetlarégulationdubudgethydrique.Cetype
deconflitestrarementprisencompte(Davis and Denardo 2007)alorsquelafemellefaitfaceà
des besoins conflictuels avec la régulation de la température et l’approvisionnement en eau des
œufs.NotreobjectifétaitdemesurerlesdéterminantsdesperteshydriquestotaleschezViperaaspis
seloni)latempératureetii)lestatutreproducteur(gestanteounon).
197

II2METHODE
Mesures
Les mesures ont été réalisées de façon ponctuelle à une période correspondant au milieu de la
gestationpourlesfemellesreproductrices.Nousavonscomparé15femellesgestantesà20femelles
nongestantesavecdesgammesdemasseetdetaillecomparables.Lesmesuresontétéréaliséesà
15,25et33°C.
Nous avons utilisé le système de calorimétrie en circuit ouvert mis au point au Centre
d’EtudesBiologiquesdeChizé.Cesystèmereposesurunsystèmeenair«poussé»cequilimiteles
risquesdeproblèmed’étanchéité.Uncompresseurpermetd’accumuler,dansunecuvede300l,un
airpréalablementdéshydratéetdontleCO2aétéretiré.Ledébitdel’airensortiedelabouteillede
gazestcontrôléparundébimètredemasse(01L.min 1 ).Cetairalimentunechambreclimatique
(LMS)etpassedansunsystèmedevaporisationdel’eauquipermetdeproduireunairsaturéen
humiditéàunevaleurdetempératureconsigne(identifiéparlatempératuredepointderoséeou
«dewpoint»).Eneffetdesmesuresréaliséesavecunairparfaitementsecseraientnoncohérentes
entermesécologiquesetcesconditionsseraientstressantespourlesindividus.
L’airavecpointderoséevoulu(12°C)esttransférédansunesecondechambreclimatiqueou
sontplacéslesanimauxetl’hygromètre.Cettechambreestrégléeàunetempératurequicorrespond
àlavaleurexpérimentalesouhaitée.Cettevaleurest,toujourssupérieured’aumoins2°Caupointde
consigne de la première chambre afin d’éviter toute condensation. L’air alimente une chambre
expérimentale (bocal «Le parfait» volume de 500ml, Fig. 5a). L’air est collecté en sortie vers un
hygromètre(SableSystem,RH300,Fig.5b)quimesurelenouveaupointderoséequicorrespondà
l’airenrichiparlesperteshydriquesdel’animal.Alasortiedel’hygromètre,l’airestséchéetenvoyé
versdesanalyseursd’oxygène(FC10a)etdeCO2(CA10a).Considérantlesdimensionsdelachambre
etlaconsommationd’oxygène,nousavonschoisiundébitde65ml.min 1 .Letempsd’attentepour
obtenirunrenouvellementà99%del’airdanslachambreétaitdoncde106minutes(e.g.,4.6*
VolumeChambre/Fluxd’air).
Figure 5a. Chambre de
mesure (bocal «le parfait»)
avecuneVaspisgestante.
198

Figure5b.Prisedevuedanslecaissonàtempératurecontrôléedanslequellesmesuressont
réalisées.L’airavecunehumiditéconnue(pointderosée=12°C)arrivedanslachambreavec
l’individu(àdroite).L’airensortieesttransféréversl’hygromètre(àgauche)quimesurele
nouveau point de rosée («dewpoint»). L’air est ensuite séché et transféré vers les
analyseursd’O2etdeCO2.
199

L’analyseurd’hygrométrieaétépréalablementcalibréavecunpoint0réaliséavecdel’azotepur,ce
quipermetd’obtenirunairvirtuellementsec(point derosée:37°C). L’autre point de calibration
(valeur haute) est obtenu en produisant un air humide avec un point de rosée connu (25°C). Les
mesuresdepointderosée,ceCO2etd’O2sonttransmisparunsignalanalogique(+/2,5mV)vers
unecentraled’acquisition(21X,CampbellScientific).Lesconversionssontensuiteassuréesàl’aide
d’équationsspécifiquesetlesmesurescollectéesgrâceaulogicielPC208.
Lapremièrechambreclimatiqueaveclegénérateurdepointderoséeestmiseenroutela
veille. Environ 3h avant chaque expérimentation, le reste du système est démarré jusqu’à la
stabilisation des températures. Les animaux sont également placés dans la seconde chambre
climatiquecequipermetdes’assurerqueleurtempératurecorporelles’équilibreàlatempérature
expérimentalesouhaitée.Unecagevideestréaliséeendébutetfindesessionafindesuivre une
potentielledérive.Unefoislapremièrecagevideréalisée,lepremieranimalestplacédanslebocal
qui est alors connecté à l’arrivée et la sortie d’air. La stabilisation est obtenue après environ 45
minutes.
Lesmesurescollectéesparl’hygromètrecorrespondentàunedensitéenvapeur(mg.min 1 ).
Lesmesuressontcorrigéesparledébit(ml.min 1 )pourobtenirleflux(mg.ml 1 ).Lesconcentrations
enoxygèneetCO2sontobtenueàl’aidedeséquationssuivantesdeHoffman(cfAnnexe).
Statistiques
Pour chaque individu, des mesures ont été collectées à trois températures (15, 25 et 33°C). Nous
avons analysé les pertes hydriques totales et le métabolisme à l’aide de modèles linéaires
généralisés,entraitantl’individucommefacteuraléatoire,lestatutreproducteurcommefacteurfixe
et la masse corporelle comme cofacteur. Nous avons également testé ces effets enprenant en
comptelesvaleursmassespécifiquespourlemétabolismeetlesperteshydriques.Cesdonnéessont
en cours de traitement. Dans ce contexte nous avons privilégié une présentation basée sur une
approchegraphiquesimpleenfaisantétatdesprincipauxrésultats.
II3RESULTATS
200

Figure6.Perteshydriquestotales(mg.h1)selonlatempératureetlestatutreproducteur
Lesperteshydriquessontlesmieuxexpliquéeslorsquel’onconsidèrelatempérature,lamassedes
animaux et le statut reproducteur (Fig.6). Ainsi, on observe une nette progression des pertes
hydriquestotalesavecdesvaleursenviron40%plusélevéesà33°Cparrapportà15°C.Ondétecteun
forteffetdustatutreproducteuravecdesvaleursplusélevéespourchaquetempérature.
Ces contrastes demeurent lorsque l’on considère les valeurs ajustées par la masse de l’individu
(Fig.7).Lesfemellesgestantesprésententunniveaude perteshydriquestotalesenmoyenne50%
plusélevéparrapportauxfemellesnonreproductrices.
201

Pertes hydriques totales (mg·g -1 ·hr -1 )
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
Gestantes
Non-gestantes
15 25
Température (°C)
33
Figure7. Pertes hydriques totales masse spécifiques (mg.g 1 .h 1 ) selon la température et le statut
reproducteur.
202

L’étude du métabolisme respiratoire (Fig.8) permet de mettre en évidence des valeurs également
plus élevées chez les femelles gestantes comparativement aux non gestantes, notamment aux
températuresélevées(33°C).
Figure8. Consommation d’oxygène masse spécifique (ml.h 1 .g 1 ) selon la température et le statut
reproducteur.
203

Enfin,lemétabolismerespiratoireetlesperteshydriquestotalessemblentétroitementliés
(Fig.9). Ces données suggèrent donc que les pertes hydriques totales sont largement dues à la
respirationparrapportauxéchangespluspassifs(pertestranscutanées).
Figure9.Relationentrelaconsommationenoxygèneetlesperteshydriquestotales
Ces résultats apportent un éclairage original sur les modifications métaboliques liées à la
gestation.Larelationentretempératureetperteshydriquesn’estpaslinéaire,avecdesvaleursplus
élevéesauxhautestempératures.Pourunetempératuredonnée,lesfemellesgestantesprésentent
un métabolisme et des pertes hydriques totales toujours plus fortes que les nonreproductrices.
Cette différence est d’autant plus accentuée que les femelles gestantes vont maintenir des
températures élevées (33°C) en comparaison avec les nonreproductrices dont les préférences
thermiquessontplusbasses.
DestravauxprécédentsauCEBCsurlemétabolismesuggéraientuneabsencedel’effetdu
statutreproducteur(Ladymanetal.2003).Soulignonsquelesystèmedemesureutiliséétaitdetype
«air tiré», plus exposé aux fuites et aux erreurs de mesures. Dans notre cas, le système en «air
poussé»réduitcetteexposition.Deplusnousavonstoujoursutiliséunaircalibrécequiapermisde
s’affranchirdel’airextérieuretdesfluctuationsjournalières.
204

Nos résultats sur les pertes hydriques sont originaux et soulèvent un conflit entre la
thermorégulation et le budget hydrique. Les modifications des préférences thermiques
compromettentdonclebudgethydrique.Enparallèlenousavonsmisenévidenceunepriseeneau
au cours de la gestation avec des besoins hydriques marqués notamment pendant la vie fœtale.
Cettepériodedoitdoncêtreparticulièrementproblématiquepourlesfemellespourpouvoirréguler
les conditions prénatales, et combiner la régulation thermique (soin nondépréciable) et
l’approvisionnementeneau(soindépréciable).
Unepossibilitépourminimiserl’expositionauxperteshydriquesreposesurlasélectionde
microhabitatsspécifiques,àlafoisfavorablesàlathermorégulationetavecunehygrométrieélevée.
Desdonnéespréliminairessurleterrainsuggèrentquedetellesmodificationssemanifestent.Ainsi,
desrelevésd’hygrométrieauniveaudesplacettesdethermorégulationsuggèrentdesvaleursplus
élevéeschezlesfemellesgestantesparrapportauxnongestantes(Fig.10).
Figure10. Relevés d’hygrométrie sur le terrain au niveau des placettes d’exposition de femelles
reproductricesetnonreproductrices.
ANNEXE: EquationsdeHoffman
205

206

DISCUSSION
ET
PERSPECTIVES
207

Lessoinsparentauxontattiréunintérêtscientifiqueconsidérable(CluttonBrock1991).Ladiversité
des travaux a été menée sur des composantes complémentaires avec notamment (i) les facteurs
évolutifsimpliquésdansleurémergence,(ii)lesmécanismesproximauxcontrôlantleurexpressionet
(iii)lescompromiscomportementauxetlesstratégiesparentalesassociésauxbénéficesetauxcoûts
des soins parentaux. Chez les vertébrés, l’effort de recherche a principalement été mené sur les
oiseaux et les mammifères (CluttonBrock 1991; Farmer 2000; Koteja 2000) chez qui la prise en
charge postnatale des jeunes est particulièrement prononcée. Traditionnellement, les vertébrés
ectothermes et notamment les reptiles squamates ont été sous considérés dans ce champ
thématique. Ce constat est probablement lié aux soins postnataux faibles ou absents. Ces
organismes déploient cependant des comportements parentaux prononcés dans la régulation des
conditionsdedéveloppementprénatales(vieembryonnaire).Ilestcrucialdeconsidérerladiversité
des comportements parentaux pour répondre à des questions évolutives centrales. Dans ce
contexte, Farmer (2000) a précisément proposé une hypothèse pour comprendre l’évolution des
soins parentaux complexes, tels que nous les connaissons chez les mammifères et oiseaux. Cet
auteur suggère notamment l’importance centrale de la régulation des conditions précoces du
développement(débutdedéveloppementembryonnaire)commecontexteévolutifdedépart.Cette
théoriedeFarmerestuniquecarelledonneuncadrecohérentàl’évolutionconvergentedessoins
parentauxdesendothermes.Parailleurs,ellepeutêtretestéeempiriquement,aumoinsenpartie.
Cette thèse avait précisément pour but d’examiner la signification des soins parentaux
prénatauxchezdesvertébrésectothermes(serpents).Sicesorganismesneconstituentaucunement
uneétape«intermédiaire»versl’endothermie,ilspermettentcependantd’étudierl’importancede
lasensibilitéthermiqueetlesbénéficesducontrôleparentaldansuncontexteectothermique(i.e.
contexte ancestral) et indépendant des soins postnataux. Une telle étude est essentielle pour
évaluer l’étape initiale de la théorie (Fig.8, p.18) et l’influence de la sensibilité thermique sur les
stratégiesparentalesauxstadesprénataux.Danslapratique,nousavonsexaminédeuxespècesde
squamates aux modes de reproduction contrastés: l’une ovipare et l’autre vivipare. Nous avons
déployé une approche intégrée considérant deux facettes complémentaires: i) l’impact des
conditions thermiques sur les jeunes et ii), l’expression des comportements maternels et leurs
soubassementsphysiologiques.
Dans ce contexte, nous avons manipulé expérimentalement les conditions de
développement en imposant des régimes de températures choisis, aux femelles reproductrices.
Enfin, nous avons mis au point des méthodes originales pour clarifier les comportements des
nouveaunés et le degré d’investissement du comportemental maternel. L’aspect central de
l’hypothèsedeFarmersefondesurunesensibiliténonlinéairedudéveloppementetl’importancede
208

la régulation parentale en début de vie embryonnaire. La mise en place d’une approche
expérimentale nécessite d’avoir une lecture dynamique de la cinétique de développement
embryonnairepourexplorerlesdeuxfacettesproposées.Untelsuiviestclassiquementimpossibleà
réaliser sans une technique adaptée et cette limite explique possiblement l’absence d’étude
expérimentale de l’hypothèse de Farmer. Nous avons appliqué avec succès l’outil échographique
commemoyendesuividudéveloppementembryonnaireetdescontraintesmaternelles.Enfin,nous
avonsmisaupointdesméthodesoriginalespourévaluerlescomportementsdesnouveaunésetle
degré d’investissement du comportemental maternel. Nos travaux apportent un éclairage original
sur la dynamique de la sensibilité thermique embryonnaire, la régulation maternelle et les
contraintesassociées.Cestravauxnepermettentpasdefourniruncadreévolutifàl’émergencedes
soins prénataux. Nos résultats apportent cependant des éléments de réflexion innovants sur des
modèles contrastés et devraient contribuer à une meilleure compréhension de la diversité des
stratégiesparentalesdesectothermes.Lesrésultatsobtenussontdiscutéscidessous.
209

1Sensibilitéthermiqueembryonnaireetbénéficesdelarégulation
maternelle
11Sensibilitéthermiquedudéveloppement
111.Cadreconceptuel
Lasensibilitédudéveloppementestbienconnuenotammentenbiologiedudéveloppementeten
santéhumaineoùlalittératureestabondante(HenryandUlijaszek2009).Lasensibilitéthermique
desembryonssembleêtreunecaractéristiqueuniverselledesvertébrés.Chezlesreptilessquamates,
lesconditionsthermiquespeuventavoirdesimpactsvariéssurlamorphologie(Burgeretal.1987;
ElphickandShine1998;QuallsandAndrews1999;JiandBraña1999;BrañaandJi2000;Parkerand
Andrews 2006), la physiologie (Qualls and Andrews 1999;O’steen and Janzen 1999; Braña and Ji
2000;Wapstra 2000; Parker and Andrews 2006), le comportement (Burger 1989 ; Burger 1998;
DownesandShine1999;Webbetal.2001;BlouinDemersetal.2004)oulasurvie(Burgerand
Zappalorti1998;ShineandHarlow1993;BrownandShine2004;Lourdaisetal.2004b;Ullerand
Olsson2010).
La sensibilité thermique a donc été largement étudiée, à la fois de façon corrélative ou
expérimentale(ShineandHarlow1996;ElphickandShine1998;Lourdaisetal.2004b;BrañaandJi
2007).Cependant,peud’étudessesontintéresséesàlasensibilitédifférentielledesdifférentsstades
du développement et ce, dans un contexte écologique (contraintes thermiques) et évolutif
(régulationmaternelle).Dansuncadrethéorique,plusieurshypothèsespeuventêtreformuléespour
interpréter l’impact des conditions thermiques avec notamment, «colder is better» (Huey et al.
1999), «warmer is better» (Huey et al. 1999) ou bien l’«Optimal Developmental Temperature»
(CohetandDavid1977;Hueyetal.1995).Ceshypothèsesdoiventêtrereplacéesdansuncontexte
variableoùlesorganismesfontfaceàdesfluctuationsjournalières.
Nousavonsemployédesconditionsthermiquesréalistesentermeécologiqueafind’éviter
desréponsesextrêmesetpathologiquesrendantl’interprétationsubjective.Eneffetl’applicationde
régimesnonréalistespeutapporterdesrésultatsproblématiquesdanslamesureoùcestraitements
extrêmes génèrent nécessairement des perturbations. Nos travaux démontrent clairement
l’importancedelarégulationthermiquematernelleauxstadesprécocesavecdeseffetscomplexes
développés ciaprès. Notre étude sur l’impact de perturbations thermiques durant les phases
précoces du développement, à la fois chez le python de Children et chez la vipère aspic, nous a
permis de vérifier l’hypothèse d’une sensibilité thermique accrue des premiers stades de
210

développement, souvent empiriquement invoquée mais rarement testée (Shine 1995, 2006 ; Kim
andMonaghan2006;RodríguezDíazandBraña2011).
112.L’importancedelatempératurepréférée(Tset)
Des mesures comportementales sur le python de Children durant la phase de gravidité ont, en
parallèle, mis en évidence que le choix des femelles s’orientait vers un maintien constant des
températures à Tset en situation de confort, et lorsque les températures n’étaient pas limitantes
(Lourdais et al. 2008; Fig.9 du Matériel et Méthode). Nous avons pu montrer que les conditions
optimales (atteinte de la température préférée) permettent la production de jeunes de meilleure
qualité, tant au niveau morphologique, comportemental que des performances. Nous avons
égalementpudétecterunbénéficemajeurentermesderaccourcissementdeladuréedegravidité.
Au contraire, les jeunes issus des deux traitements reflétant une thermorégulation maternelle
altérée(accèspartielouabsentàTsetmaisavecunetempératurejournalièremoyenneidentique),
étaient impactés d’un point de vue des caractéristiques comportementales, locomotrices et
physiologiques. Par ailleurs, nous avons démontré qu’un accès même partiel à Tset fournit un
bénéfice substantiel en termes de qualité des jeunes et de durée de développement. En effet les
nouveaunés issus du traitement thermique intermédiaire (4HTset) répondaient mieux face à un
prédateur,etavaientdescapacitésdenageetuneforcedetractionmeilleuresqueceuxdurégime
«NR», et étaient comparables aux jeunes issus du traitement optimal. Ainsi nous avons pu
démontrerl’existenced’unesensibilitéthermiqueinitialechezcetteespèceetlesbénéficesassociés
à l’amélioration d’une prise en charge maternelle aux stades précoces du développement, et
l’importancefonctionnelled’atteindrelatempératurepréférée.Ainsi,cerésultatvientcompléterdes
démonstrationsprécédentesoùlavariancethermiqueétaitsouventpluspertinentequ’unemême
températuremoyenne(Webbetal.2001;Shine2004b;DuandShine2010).
Ilestessentieldeconsidérerdetelseffetsnonlinéairesdansl’étudedelathermorégulation
maternellequiestdépendantedesopportunitésdethermorégulationetdescyclesjournaliers.Ainsi,
pour une même température journalière moyenne, les embryons semblent bénéficier d’un accès
prolongéauxtempératurespréféréesetce,mêmelorsquelatempératurebaisseaudessousdela
gamme optimale (par exemple températures nocturnes). La sensibilité nonlinéaire du
développement serait invoquée comme étant la raison pour laquelle les fluctuations thermiques
journalières accélèrent l’embryogénèse (Du and Shine 2010). Notre contribution originale a donc
résidé dans la démonstration que le temps d’accès aux températures préférées, accélérait la
dynamiquedeladuréededéveloppement,etinfluençaitlaqualitéphénotypiquedesjeunes.Ainsi,il
211

semblerait que le temps passé à Tset soit un facteur primordial pour le bon déroulement du
développementembryonnaire,etquelesfemellessemblentoptimiserceparamètre.
Concernant la vipère aspic, nous avons pu mettre en évidence des résultats sur les
préférences thermique comparables aux pythons. Les femelles gestantes maintiennent des
températuresélevées(33.45°C),avecunegrandeprécision.Destravauxdemanipulationthermiques
encourssoutiennentl’hypothèsedel’importancedel’accèsàlatempératurepréférée(LourdaisIn
prep.).Ainsipourunemêmetempératuremoyenne,l’accèsàTsetjouefortementsurladatedemise
bas et la qualité des jeunes. A l’image des travaux sur les pythons, ces données permettent de
comprendrelesbénéficesdelaprécisiondelathermorégulationmaternellequenousavonsmisen
évidence(chapitre1).
Latempératurepréféréeaattiréunintérêtconsidérablechezlesectothermes(Pattersonand
Davies 1978; Hertz et al. 1993; BlouinDemers et al. 2000; Gvoždik and Castilla 2001) avec
l’hypothèse d’optimum multiples selon les fonctions physiologiques considérées. De même la
relationentrelatempératurecorporelle,lesperformancesetdefaçonultimelafitnessafaitl’objet
detravaux théoriques (modèle d’optimalité) où l’investissement dans la thermorégulation dépend
fortement du lien attendu avec la «fitness». Cependant le lien entre température et fitness est
difficile à établir et d’autres aspects plus éloignés comme les performances locomotrices sont
généralementconsidérés(vitessedesprintparexemple,e.g.Hertzetal.1983;vanBerkum1986;
Huey and Kingsolver 1993; Angiletta 2009). Dans le contexte du développement, le lien entre
températurepréféréeetperformancereproductriceestbeaucoupplusdirectdanslamesureoùles
régimes thermiques maternels influencent fortement les trajectoires de développement. Ainsi la
thermorégulationmaternelleenphasedegraviditéseraitparticulièrementimportanteenoptimisant
le temps d’accès à la température préférée qui va jouer sur la phénologie de la reproduction
(naissanceprécoce)etlaqualitéphénotypiquedesjeunes.
113Sensibilitéthermiqueembryonnairestadedépendant
Nousavonsétudiéladépendanceaustadedudéveloppement(début,milieuetfindegestation)de
la sensibilité thermique chez l’espèce vivipare (V aspis). Les résultats indiquent une sensibilité
thermiqueaccruedurantlepremierstiersdudéveloppement:lesjeunesayantfaitl’expériencede
températures (suboptimales) froides durant cette période sont fortement impactés: ils sont plus
petits,ontunecroissanceplusfaible,présententdesaltérationscognitivesfaceàunprédateuret
dans un nouvel environnement. Des effets à moyentermes ont également été détectés avec une
survie posthivernale faible et une prise alimentaire limitée. Au contraire, les stades tardifs du
212

développement(viefœtale)sontmoinssensiblesauxperturbationsthermiquesetsontuniquement
affectés pardes naissancesplustardives. Silarégulation maternellesembleprimordiale durant le
premier tiers du développement, une plus grande flexibilité du développement existe en fin de
développement. Ainsi, des contraintes thermiques (simulant une thermorégulation maternelle
altérée) semblent générer des réponses compensatoires et une modulation du phénotype des
jeunes.
Uneréponsedynamiqueàl’environnementmaternelpeutêtreimportantenotammentsous
desclimatstempérésoùlesfluctuationsdetempératurecontraignentlareproduction(Lourdaisetal.
2004b). Les embryons en fin de développement ont pu développer une réponse métabolique,
reflétant possiblement une acclimatation métabolique au froid (Johnston and Benett 1996;
Seebacheretal.2009;Hareetal.2010)quipermettraitauxindividusd’êtreainsiplusefficacesdans
unenvironnementfutursimilaire.Ainsi,laviefœtaleseraitunefenêtred’intégrationdesinfluences
environnementales transmises par la mère. Cependant, si l’idée d’une manipulation maternelle
apparaîtséduisante, denombreuses étudessefocalisentsurles effets maternels et leur potentiel
adaptatif,enomettantsouventlaperspectived’ajustementspropresauxembryons(Duetal.2010;
DuandShine2010).Laperspectiveembryonnaireetfœtalesembledoncessentielleàprendreen
considération.Nosrésultatssuggèrentégalementuneréversibilitédeseffetsmesurésàlanaissance:
en effet, un an après la naissance, plus aucune différence de métabolisme n’apparaît entre les
différents traitements (données non présentées). Des transmissions adaptatives des indices
environnementaux durant la vie fœtale, sembleraient ainsi possibles, sous réserve que les stades
précocesdudéveloppementaientétéoptimisés,etquelesconditionsthermiquesnedépassentpas
unseuilaudelàduquellaréponsedynamiquedesembryonsdevientimpossible(Introduction,Fig.1).
Lesdonnéessurlaphénologiedelareproductiondémontrentenrevanchequel’accèsàTset
est important pour toutes les périodes considérées en garantissant une accélération du
développementavecdesnaissancesplusprécocesdanslegroupeoptimal.Ladatedenaissanceest
unparamètreimportantnotammentdansuncontextetempéréoùletempsd’activitéavantl’hiver
peut être essentiel pour la survie des jeunes, et possiblement la récupération énergétique des
femelles.Denombreuxtravauxontmisenévidencel’importanced’unenaissanceprécoce(Olsson
andShine1998;ShineandElphick2001;Altweggetal.2005).Ainsi,leseffetsthermiquesmaternels
sur la phénologie et la qualité phénotypique présentent des dépendances contrastées selon les
stadesdedéveloppement.
213

2Larégulationmaternelle:spécificitésetcontraintes
21Dessoinsthermiquesnondépréciables
L’étude du comportement maternel démontre que les femelles fournissent des soins non
dépréciablesàleursjeunes.Eneffet,leschoixthermiquesetladuréedethermorégulationnesont
pasajustésaveclatailledeportée.Cesrésultatssontétroitementliésàlanaturespécifiquedela
sensibilité thermique des embryons (Fig.1) et du fait que la température n’est pas une ressource
divisible.Ainsi, lorsque la femelle thermorégule, tous les embryons vont bénéficier des conditions
thermiques et de l’exposition prolongée à Tset. En terme d’optimalité, cela signifie que
l’investissementmaternelestbénéfiquepourl’ensembledesembryonsexposésetce,pouruneffort
materneldonné.CesinformationssontenaccordaveclescénariodeFarmeretnotammentl’étape1
de la régulation prénatale. La nature spécifique de la sensibilité des embryons et les bénéfices
indépendantsdelaféconditésontdescomposantesimportantespourcomprendreladiversitédes
comportementsderégulationdesconditionsprénataleschezlesinvertébrésetlesvertébrés.
Cecicontrastefortementaveclecasdessoinsparentauxpostnatauxquisontgénéralement
ajustésselonlenombredejeunes(ShineandBull1979).Ainsi,chezlesoiseauxetlesmammifèresla
prise en charge des jeunes (approvisionnement en ressources) est directement dépendante de la
fécondité.Desajustementsdel’effortparentalontainsiétémisenévidencechezdenombreuses
espèces selon la «valeur» de la reproduction en cours. Il semble donc que les soins pré et post
nataux diffèrent fondamentalement dans leur relation à la fécondité et donc la relation coûts
bénéfices.
214

Figure1.ImpactdestraitementsthermiquessurladuréedegestationchezViperaaspis.Lesbarres
d’erreur représentent les erreurs standards. Les niveaux non connectés par la même lettre sont
significativementdifférents.
22Descontraintesélevées
221Altérationstructuraleetréductiondesperformances
Nousavonspudémontrerquelareproductionestassociéeàdescoûtsélevéschezlesdeuxespèces,
malgrédesmodesdereproductioncontrastés.Lavitellogénèsemobiliseunequantitéconsidérable
d’énergieparticulièrementpourlesreproducteurssurréserveslipidiques.Cependantlesprotéines
sont également importantes pour subvenir aux besoins élevés en acides aminés, à la fois pour
l’allocationdanslesfolliculesencroissancemaisaussipourlesbesoinsenglucoseassociésaujeûne
prolongé. Notre suivi chez le python souligne que la reproduction induit une perte musculaire
d’environ 34% chez les femelles reproductrices, avec une proportion de fonte musculaire plus
importantedurantlaphasedevitellogénèse(64%)etunemobilisationdesréservesprotéiqueslors
de la phase de formation des œufs. Les coûts associés à l’incubation sont également significatifs.
Cettealtérationstructuraleentrainedescoûtsentermesdeperformancesavecuneforcedetraction
réduite, notamment chez les femelles postreproductrices. Ainsi, l’altération de ces performances
s’avère écologiquement pertinente, dans un système où les animaux tuent leurs proies par
constriction.Lecomportementdecouvaison(SlipandShine1988;Shineetal.1997b;Aubretetal.
215

2003; Lourdais et al. 2007) semble également induire des coûts structuraux importants en
prolongeantlescontraintesénergétiquesdelareproduction(jeûneobligatoire).
Les résultats obtenus chez les vipères sont comparables. A l’ovulation, les femelles
reproductrices présentent une condition musculaire plus faible associée à une force altérée, en
comparaison avec les nonreproductrices. Nous observons un impact structural progressif de la
gestation sur la musculature. Sur le plan énergétique, cette fonte témoigne d’une mobilisation
protéiqueenrelationaveclejeûne(Chereletal.1988,1992;CherelandGrocolas1999;Lourdaiset
al. 2004a), et d’une augmentation du métabolisme liée aux embryons en développement et à la
thermorégulationplusprononcée(Ladymanetal.2003).
Ainsi,nousavonspumettreenévidencedescoûtsdereproductionélevéschezdeuxespèces
qui présentent pourtant des modes de reproduction différents. La dynamique des coûts de la
reproductionsembleégalementsimilaireetcomprometlabalanceénergétiqueetlesperformances
desfemelles.Laprise en chargedudéveloppementdesembryons induit donc des coûts marqués
chezlesmères.Malgrél’ampleurdecescontraintes,ilconvientdesoulignerquelesvipéridésetles
boïdéssontspécialisésdanslacapitalisationdelaressource(lipides)avecdesbesoinsénergétiques
debasetrèsfaibles(i.e.«lowenergyspecialist»)ainsiqu’unefréquenced’alimentationréduite.Ce
contexte spécifique (découplage entre acquisition et allocation de la ressource) est probablement
facilitateuràl’expressiondesoinsprénatauxprolongés.
222Contrainteshydriques
En parallèle, un suivi échographique régulier a permis de quantifier l’importance de la ressource
hydriquechezl’espècevivipare.Lebudgethydriquedesembryonsestunecomposantemajeurecar
l’eau est requise pour l’assimilation des réserves vitellines et est incorporée dans les tissus en
formation(AckermanandLott,2004;Lourdaisetal.2007;DuandShine2008).Ilexiste3sources
potentiellesd’eaupourlacroissance:1)l’eaumétabolique,issuedelarespirationdesembryons,2)
l’eaustockéedansl’albumen,3)l’eauacquisevialeséchangesavecl’environnement(oulamère).
Uneincorporationimportanted’eauaégalementétédémontréechezdesespècesviviparesavecdes
travauxsurleslézards(Thompson1977,1981;DauphinVillemantandXavier1986).Nosrésultats
originauxsurVaspisontmisenévidenceuneprisevolumiqued’environ200%danslatailledesœufs
aucoursdudéveloppement.Cettepriseestrequisepourlamobilisationduvitellusnécessaireàla
croissanceembryonnaire.Elleestassociéeauderniertiersdudéveloppement,c’estàdirelapériode
decroissancefœtale.L’allocationmaternelledel’eauestdirectementproportionnelleàlafécondité.
216

La ressource hydrique est limitante comme le souligne la relation négative entre la prise en eau
moyenneparembryonetlafécondité.
Enparallèle,lesfemellesgestantessélectionnentdestempératurescorporellesélevéesqui
lesexposentàdesperteshydriquesimportantesnotammentrespiratoires(Mautz1980,1982).Les
résultatssurl’osmolalitésontencoursd’analysemaisnotreprédictionprincipaleestquelagestation
est à l’origine de coûts hydriques importants avec un état déshydraté induit par les besoins des
embryons,notammentlorsdelacroissancefœtale.L’évolutiondutauxdecorticostéroneobservée
pourrait refléter cette mobilisation hydrique croissante et possiblement la déshydratation des
femellesgestantesaufuretàmesurequelapriseeneaudesœufsaugmente(DauphinVillemant
and Xavier 1986), puisque la variation observée ne semble ni être expliquée par l’évolution des
contraintesénergétiques,niexprimerunsousbassementhormonalducomportementmaternel.En
effet,lacorticostéronepeutêtreliéeàdesprocessusd’osmorégulation,notammentdusodiumetdu
potassium(Harveyetal.1984;Bentley2002).
Ces données permettent donc de révéler des compromis associés à la gestation. Ainsi, la
régulationthermiqueestassociéeàdesmodificationscomportementalesfortes.Enparallèle,l’état
de gestation compromet la musculature et la force des femelles. Enfin, la thermorégulation
renforcée expose les femelles aux pertes hydriques alors que ces dernières doivent mobiliser une
quantitéd’eauimportantenotammentenfindevieembryonnaire.Cecipourraitêtreunecontrainte
majeure,notammentsouslesclimatstempérésoùlesétéspeuvents’avérerparfoisextrêmement
secs.Desrésultatspartiellementéquivalentsontétéobtenuschezlepython.Lareproductionetles
soinsauxœufssontassortisdecontraintesénergétiquesetstructuralesfortes.Laphased’allocation
del’eaudanslesœufss’effectueavantlapontelorsdelagravidité.Enrevanche,lorsdel’incubation,
la femelle ne s’expose pas à des pertes hydriques renforcées mais assure uniquement un rôle de
régulationdeséchangeshydriquesdesœufs(Lourdaisetal.2007;Stahlschmidtetal.2008b).Ils’agit
làd’uncontrasteimportantentrelesdeuxmodesdereproduction.
23Besoinshydriques:unconflitpotentiel?
231Sensibilitéhydriquedesembryons
La sensibilité hydrique embryonnaire chez les reptiles est un phénomène connu depuis très
longtempschezlesespècesovipares.Lesconditionshydriquesd’incubationaffectentdenombreux
traitsphénotypiqueschezlesjeunes(DeemingandFergusson1991;Deeming2004)etpermettent
égalementd’assurerunbondéveloppementdesembryons(JiandBraña1999;Lorenzonetal.2001;
217

Booth2004;Stahlschmidtetal.2011).Lasélectiondesitesdepontesappropriéschezlesespèces
oviparesreflèteunchoixsurdesparamètresthermiquesethydriques(BurgerandZappalorti1986;
Packard1991;ShineandHarlow1996;Stahlschmidtetal.2011).Cependant,lesnidspluschauds
sont généralement plus secs et les nids plus froids, plus humides ce qui pourrait imposer des
compromisdanslasélectiondesitesdepontesappropriés(Shine2004a).Enfin,ilaétédémontré
quedesconditionshydriquesdéfavorablespouvaientfavoriserladuréederétentiondesœufschez
certainslézardsovipares(MathiesandAndrews1996).
Chezlesespècesvivipares,lapriseeneaudesœufsestmassiveets’effectueprincipalement
enfindedéveloppement(environ200%).Nosdonnéesindiquentquelafemelledoitfairefaceàune
situationcomplexeafindesubvenirauxbesoinsthermiquesdesembryons,maiscequil’exposeàdes
perteshydriquesaccrues.Descompromisseraientainsisusceptiblesd’émergerentrelanécessitéde
thermoréguleretdoncd’atteindredestempératuresélevées,etlesbesoinshydriquesdesembryons.
Les femelles vivipares pourraient donc ajuster leur comportement et le choix des habitats en
fonctiondecescontraintes,afind’optimiserlathermorégulationetréduirelesperteshydriques.Des
données préliminaires obtenues sur le terrain suggèrent que de tels ajustements existent avec la
sélectiondemicrohabitatspluschaudsethumidesparlesfemellesgestantes.
Enfin de forts contrastes semblent émerger entre la régulation maternelle thermique et
hydrique. La régulation thermique est un soin non dépréciable alors que la régulation de
l’approvisionnement en eau est directement dépendante de la fécondité. De plus si la sensibilité
thermique est principalement marquée en début de développement, la prise en eau se fait
essentiellementlorsdelaviefœtale.
222Conflithydriquefœtomaternel
Tandisqueleseffetsmaternelsaffectentàlafoislafitnessdesmèresetdesenfants,lasélectionva
typiquementmaximiserlafitnessdelamèreplutôtquecelledesjeunes,particulièrementchezles
espècessanssoinsmaternelspostnatauxchezquil’évolutiondesstratégiesd’oppositiondesjeunes
sontmoinssusceptiblesd’évoluer(SmithandFretwell1974;Trivers1974;Bernardo1996;Marshall
etal.2006;MarshallandUller2007).Lesconflitsparentsenfantsontgénéralementétéconsidérés
chezlesespècesàsoinsparentauxpostnataux,autraversd’interactionscomportementales,telles
quelasollicitationoulesfratricides(Trivers1974;CluttonBrock1991;MockandParker1997).
Plusrécemment,desévidencesdeconflitsphysiologiquesontétédécritesentrelesmèreset
lesjeunesavantlaparturition,notammentchezl’humain(Haig1993).Untelconflitphysiologique
avait déjà été suggéré par Wells (2003), dans le cadre de l’hypothèse du phénotype économe
218

(«ThriftyPhenotypeHypothesis»),oùl’orientationmétaboliquedufœtusdonnéeparlamère,ne
correspondraitpasunemanipulationadaptiveenvuedepréparerlefuturindividuàdesconditions
alimentairesrestreintes,maisunemanipulationdelamèreenvuedediminuerleconfliténergétique
entre son embryon et ellemême, en situation de carence alimentaire. Ainsi Crespi and Semeniuk
(2004) ont postulé que de tels conflits étaient généralisables pendant la vie embryonnaire,
notamment chez les espèces vivipareset ont formulé : «the viviparity conflict hypothesis».
L’évolutiondelaviviparitéengendredesbénéficesclairsauxjeunesetpourraitimposerdescoûts
reproducteurschezlesfemelles.Lesbénéficesauxjeunesincluentuneaugmentationdelasurvieet
de la qualité phénotypique. Ces bénéfices contrastent avec les nombreux coûts associés à la
reproductionvivipare.Cescoûtscomprennentunecapacitédechasseréduiteetunesusceptibilitéà
laprédationplusélevée,unepertetotaledelaportéeaveclamort,descoûtsénergétiquesélevéset
uneféconditéplusfaible(Shine1985,1989;Heulinetal.1994;Blackburn1995,2000;Schwarzkopf
1996; Bonnet et al. 2002). Ainsi les bénéfices phénotypiques de la viviparité envers les mères
apparaissent peu nombreux et peuvent inclure une plus grande efficacité énergétique chez les
formesplacentaires(Wourms1993).Danscecontexte,cesauteurssuggèrentquechezlesformes
vivipares,lescapacitésdesjeunesàmanipulerleurmèresontbienplusélevéesavantlanaissance
qu’après,enraisonducontactphysiologiqueprolongé.
Dans notre étude, les femelles présentent un fort investissement physiologique et
comportementalendépitdescontraintesàprioriimportantesdelagestation.Ilsepourraitqueles
femelles puissent être bénéficiaires, dans un contexte où les bénéfices semblent biaisés vers les
jeunes en développement: tout d’abord,rappelons que le fait de maintenir des températures
élevées durant la gestation diminue la durée de gestation et des dates de naissance précoces
confèrentunavantageauxjeunes.Cependant,ilsepourraitquelesfemellesbénéficientégalement
d’un relargage plus précoce du «fardeau» physique de la portée (Shine and Olsson 2003; Shine
2004a).
Shine(2004a)proposeégalementl’existenced’unconflitsurlevolumedel’eauséquestrée.
L’observationquelapriseeneauestsévèrementrestreintedanslesœufsretenusinuteroaudelàdu
moment normal de l’oviposition, apparemment lié à des contraintes volumétriques de l’oviducte
maternel (Qualls and Andrews 1999), vont dans le sens de l’existence d’un tel conflit, avec une
courseauxarmementspossibleentrelamèreetsesembryons(i.e.limitationduvolumephysique
disponible pour le développement des embryons du côté maternel afin de limiter une charge
physique trop importante). Dans notre étude, nous avons pu mettre en évidence l’existence de
besoins hydriques importants pour les embryons en fin de développement, de même qu’une
transpiration cutanée accrue chez les femelles reproductrices, notamment aux températures
préférées.Contrairementàlarégulationthermique,lapriseenchargehydriquesembledépréciable
219

puisquenousavonsmontréquel’investissementeneauétaitproportionnelaunombredejeunesen
développement(Fig.2).Cettesituationpourraitêtreàl’originedel’existenced’unconflithydrique
potentielentrelamèreetsesembryonsendéveloppement,notammentenfindegestation,oùles
demandesembryonnairessemblentplusimportantes.
Figure2.Evolutiondesbesoinshydriquesetthermiquesdesembryonsaucoursdudéveloppement,etla
naturedescoûtsliéeàleurpriseencharge.(a)Lescontraintesembryonnairesthermiquesdiminuentau
cours du développement avec une sensibilité plus accrue des premiers stades. Au contraire, les
contrainteshydriquesapparaissentplusfortesenfindedéveloppement,suggéréeparunepriseeneau
massive à cette période; (b) En fonction de la nature des contraintes embryonnaires (thermique ou
hydrique),lanaturedescoûtsassociésàlarégulationmaternellevarie:larégulationthermiquesetraduit
par des soins non dépréciables puisque la chaleur fournie par la thermorégulation maternelle est
indivisible. Au contraire les besoins hydriques des embryons requièrent une allocation spécifique pour
chaqueœufavecunedivisiondelaressourcehydrique(soinsdépréciables).
220

L’existence d’un tel conflit pourrait ainsi expliquer les situations «intermédiaires» sur le
continuumobservéentreoviparitéetviviparité.Parexemple,certainesespècesdeserpentsvivant
dansdesmilieuxxériques,tellequelavipèreàcornes,Cerastescerastes(Fig.3),pondentdesœufsà
unstaderelativementtardifetlesœufsterminentles5à6semainesdedéveloppementrestantes,
horsducorpsdelamère(Fig.4).Cemodedereproductionpourraitcorrespondreàunrelargagedela
ponteaumomentoùlescontrainteshydriquess’avéreraientplusimportantes,dansunmilieuoùla
ressourcehydriqueestlimitante.Ilenvademêmepourdesboasdessables(genreEryx)également
adaptésauxzonesarides.
Figure 3. La vipère à cornes, Cerastes cerastes,
vit dans les déserts d’Afrique du Nord et du
MoyenOrient.
Figure 4. La vipère à cornes, Cerastes cerastes,
ponddesœufsàunstadeembryonnaireavancé.
Lesœufséclosent5à6semainesaprèslaponte.
A l’opposé, de nombreux vipéridés tropicaux sont ovipares, dans des milieux chauds où les
contraintes thermiques semblent réduites (Fig.5). Ce phénomène pourrait être associé aux
contrainteshydriquesmaternellesquiauraitfavoriséunmodedereproductionovipare(avecsoins
auxœufs)etoùlafemelles’affranchitdelapriseenchargehydriquedesœufs.Demanièrecontre
intuitive, il semblerait que chez ces espèces tropicales, les pertes d’eau transcutanées soient très
importantes (Lourdais O., communication personnelle). Cette faible étanchéité cutanée pourrait
traduireunesensibilitéaigüeàladéshydratationchezcesespèces.Lecomportementdecouvaison
observéchezlesfemellespourraitrefléterunerégulationhydriquematernellefinedansunmilieu
humide.
Ainsi contraintes hydriques et contraintes thermiques du développement pourraient avoir
orientél’évolutiondesmodesdereproductionetdescomportementsparentauxdivers, balançant
221

lesconflitsfœtomaternelsafindeminimiserlescontraintesmaternellesetoptimiserlesbénéfices
desembryonsenfonctiondescontraintesécologiquesdumilieu.
Figure5.Exemplesdevipéridéstropicauxovipares.(a)FemelleFerdelance,Protobothropsflavoviridis
couvantsesœufs,(b)FemelleMocassinàlèvresroses,Calloselasmarhodostoma,couvantsesœufs,(c)
FemelleMaîtredelabrousse,Lachesismuta,etunnouveaunéàl’éclosion(d).
3Evolutiondessoinsparentaux
La sensibilité thermique des premiers stades du développement est probablement une condition
préexistantequiauraitfavorisél’évolutiondelarétentiondesœufs(QuallsandAndrews1999;Braña
andJi2007,Shine2004a)etl’émergenced’unerégulationparentaleprénatale.Cetteassociationa
offert un contexte favorable pour la complexification des soins parentaux. Dans notre étude, la
régulation thermique des conditions précoces (thermorégulation en phase de gravidité) pourrait
avoir constitué un trait ancestral chez les pythons qui aurait ainsi favorisé l’extension vers un
investissementmaternelaprèsl’oviposition(couvaison).Ainsilacouvaisonchezlespythonspourrait
constituerunealternativecomplèteetévolutivementstabledanslessystèmesdesoinsparentaux,
avecpourbénéficeunaffranchissementdeconflitfœtomaternelhydrique.
La transition vers la viviparité a possiblement impliqué l’extension de ces comportements
préexistants, comme cela a été mentionné dans la «Preadaptation hypothesis» (Shine 2006). La
222

viviparitéaémergédemanièrerépétée(>105)chezlesSquamates(ShineandBull1979;Shine1995
;Blackburn2006).Sonévolutionseraitapparuepartransitionsavecunerétentiondeplusenplus
prolongée des «œufs» dans le corps de la femelle, selon le concept du continuum oviparité
viviparité (Packard et al. 1977; Shine and Bull 1979; Andrews and Mathies 2000), associée à des
modificationsmorphologiquesetphysiologiques(Guillette1991,1993;Andrews2002;Heulinetal.
2002; Blackburn 2005, 2006). Le bénéfice initial invoqué serait une accélération de la durée de
développement(«ColdClimateHypothesis»),notammentsouslesclimatsfroidsoùlescontraintes
thermiquesenvironnementalessontfortes(TinkleandGibbons1979;ShineandBull1979;Shine
1985; Lynch 2009). Cependant, l’association entre le mode de reproduction vivipare et les zones
climatiquesfroidespeutêtresecondaire.Lathermorégulationmaternellepermettraitdetamponner
les effets de conditions thermiques défavorables et fournirait des températures corporelles plus
élevéesqueneseraientlestempératuresdessitesdepontedisponiblesdanslemilieu(Shine2004b).
Desétudesontainsidémontréquelafréquencededistributiondestempératurescorporellesdes
femellesgestantestendaitàêtrebimodale,avecunegrandeproportiondetempspassédansune
gammeétroiteprochedelatempératuremoyennecorporellepréférée.Aucontraire,lesprofilsde
température des nids présentaient des distributions plus larges, reflétant un réchauffement et un
refroidissementgraduel(Andrews2000;Shine2004b).
Par ailleurs, des bénéfices associés à la viviparité, notamment en terme de qualité
phénotypiquedesjeunesontétéinvoqués(«maternalmanipulationhypothesis»Shine1995,2006).
Notreétudesurlavipèreaspicnenouspermetcertespasdetesterl’évolutiondelaviviparitémais
laissecependantsuggérerl’importancedelarégulationdesdeuxpremierstiersdudéveloppement,
durant lesquels les processus organisationnels majeurs ont lieu, ce qui pourrait expliquer une
rétentiondeplusenplusimportante.Enfinlarétentiondesstadesfinauxdudéveloppementaurait
puêtrebénéfiquenotammententermesd’accélérationdudéveloppement,etdeviabilitédesjeunes
(Lourdaisetal.2004b;cetteétude).
Nosrésultatss’intègrentbiendanslacadredelapremièreétapeduscenariodeFarmer.La
prise en charge embryonnaire (soins parentaux prénataux) est prévalente chez les vertébrés et la
stabilisationdesconditionsdudéveloppementaprobablementconstituéuneétapeobligatoiredans
latransitionversunepriseenchargematernellepostnatale(endothermieetsoinsparentauxpost
nataux)avecl’approvisionnementauxjeunesetlescontraintesénergétiquesassociées(endurance,
performanceslocomotrices).Ilconvientdesoulignerquelesvertébrésectothermes(notammentles
serpents) sont spécialisés dans une faible consommation énergétique. Ce contexte spécifique a
probablement favorisé un investissement maternel marqué mais se limitant à la régulation des
conditionsprénatales.
223

4Perspectivesexpérimentales
41Miseenévidenced’unesensibilitéthermiquesecondaire
Nos travaux ont mis en évidence une grande sensibilité thermique des premiers stades du
développementembryonnaire.Cependant,silasensibilitéthermiquesembleêtreuntraitancestralà
l’origine de l’émergence des soins parentaux (Farmer 2000), les sensibilités thermiques des
embryons pourraient être un caractère secondaire apparu de manière subséquente à la prise en
chargematernelle.Ainsilasensibilitédesembryonspourraitenpartierefléterledegréducontrôle
parental,avecuneadaptationauxrégimesthermiquesmaternels(Lorenzonetal.2001).Ainsi,les
embryons des espèces endothermes sont bien moins exposés aux fluctuations thermiques
extérieures puisqu’ils bénéficient de l’homéothermie parentale. En revanche, ils sont
particulièrement sensibles aux fluctuations de leur environnement interne. Par exemple, chez les
oiseauxsilestempératuresd’incubationpeuventfluctuersanscompromettrelasurviedesembryons
endéveloppement,lesgammesdetempératuresnonlétalessontétroites(DeemingandFergusson
1991;Durantetal.2010).Aucontraire,lesembryonsd’ectothermesoviparespeuventsupporterde
très grandes variations de températures, ceci probablement lié au caractère fluctuant et parfois
imprédictible de l’environnement pendant la phase d’incubation (Ackerman and Lott 2004). Selon
l’hypothèsedesensibilitéembryonnairesecondaire,lafaibletolérancedesembryonspourraitêtre
en partie conséquente à l’émergence des soins parentaux et du contrôle thermique du
développement. L’examen de cette hypothèse impose de s’affranchir de contraintes
phylogénétiques.
Des pistes de recherches futures consisteraient à étudier des espèces à mode de
reproductionbimodalpourtesterunetellehypothèse.Unemanipulationpossibleseraitd’appliquer
desconditionsthermiquesdéfavorablesàdifférentsstadesdegestationetdecomparerleseffetssur
le phénotype des jeunes des deux espèces. Les prédictions seraient que la sensibilité des stades
précocesdudéveloppement(phasedegravidité(préponte)chezlaformeovipareet1 er tiersdela
gestation chez la forme vivipare) soient identiques chez les deux modes de reproduction. En
revanche, on s’attendrait à ce que la sensibilité des stades plus tardifs du développement (deux
dernierstiers)soitplusimportantechezlaformevivipare.
42Miseenévidenced’unesensibilitéhydriquestadedépendent
224

Silasensibilitéhydriquedesembryonsestavérée,ilsepourraitquesaprévalencevariefortement
selonlesstades de développement. Ainsi, il serait pertinent de conduire des expérimentations de
contrainteshydriquesàdifférentsstadesdegestation.Auxregardsdenosrésultats,notreprédiction
se dirige vers une sensibilité plus prononcée aux stades les plus tardifs du développement (vie
fœtale),c’estàdireàl’opposédecequiaétédémontrépourlescontraintesthermiques.Unetelle
expérimentationpourraitfacilementêtreconduitechezlesvipéridés(Vaspis)enlimitantl’apporten
eauaupremier,secondetderniertiersdudéveloppement.Lesconséquencesdecesrestrictionssur
laqualitédesjeunespourraientainsiêtreévaluées.
Cependant, il se pourrait également que conditions hydriques et thermiques agissent en
interaction au cours du développement, et une manipulation conjuguée à la fois des contraintes
hydriquesetthermiquesseraitégalementenvisageable.
43Miseenévidenced’unpotentielconflithydriqueparentenfant
Un conflit hydrique entre la mère et ses embryons serait susceptible d’émerger en conditions de
déficit. Dans ce contexte, il serait intéressant de voir si l’allocation en eau dans les œufs est
maintenueaveclamêmeintensité.Pourtestercettehypothèse,uneexpérimentationpossibleserait
de faire varier les quantités d’eau accessibles aux femelles (ou l’humidité du milieu) à différents
stadesdelagestation,etdevoirsil’allocationd’eaudesfemellesverslesembryonsestmaintenue,
notamment en fin de gestation lorsque les demandes hydriques embryonnaires semblent
importantes. La mesure volumique des œufs étant accessible grâce à l’outil échographique, et la
déshydratationmaternelleparledosagedesosmolitesplasmatiques.
5– Ouverture conceptuelle: épigénétique et transmission héréditaire des
influencesenvironnementales
51Epigénétique
Des travaux récents suggèrent que la régulation parentale pourrait avoir un impact
transgénérationnel sur les descendants, à travers des changements héritables dans l’épigénome
induitsparl’environnement(Fishetal.2004;Weaveretal.2006;Dolinoyetal.2007).Larégulation
des conditions de développement offre donc une interface fonctionnelle clé entre le génome,
l’épigénome et la réalisation des phénotypes. Les conséquences de la régulation parentale sur la
225

fitness pourraient largement surpasser l’échelle temporelle traditionnellement considérée (c'està
dire,lagénérationsuivante)etengloberaientplusieursgénérations.
L’épigénétique se réfère à des changements héritables dans l’expression des gènes qui
n’impliquent pas de modifications dans la séquence d’ADN (Kiefer 2007). La différenciation d’un
individu dans l’espace et dans le temps a lieu principalement via des mécanismes épigénétiques,
c'estàdire des changements des patrons de méthylation de la cytosine et des marques de la
chromatinedel’ADN.Ainsi,laméthylationdel’ADNconsisteenl’ajoutd’ungroupementméthyle(
CH3) à la place d’un atome d’hydrogène (Fig.6), généralement sur la base azotée Cytosine. La
méthylationmodifielesinteractionsentrelesprotéinesetl’ADNetilsembleraitquelaméthylation
desrégionsrégulatricescorrespondeàl’inactivationdesgènes.
Figure6.Exemplesdeméthylationd’uneséquencedel’ADN.Lesgroupementsméthyle(M)sefixent
généralementsurlesbasesazotéesCytosine.
Laméthylationdelacytosineagitenéteignantlesgènesderégulation,tandisquelesperturbations
environnementales sont supposées enlever ces méthylations. Ainsi, la compréhension des
interactions gènesenvironnement (GxE) nécessite de considérer à la fois la génétique et les
mécanismesépigénétiques(approcheecoevodevo).
L’épigénome est sensible aux changements dans la régulation/dérégulation pendant le
développement néonatal, et est bien plus sensible aux perturbations environnementales pendant
l’embryogénèse, qui est une période de synthèse importante d’ADN (Jablonka and Lamb 2005;
PeastonandWhitelaw2006).Lamajoritédecesévidencesprovientdetravauxrécentsentoxicologie
etsurlasensibilitéauxmaladieschezleshumains.Parexemple,chezleshumains,l’acidefoliqueest
essentieldurantledéveloppementfœtalprécoceetreprésentel’undesplusimportantsdonneursde
groupementméthyle(Dolinoyetal.2007).
52Influencesenvironnementalesprécocesetprogrammationépigénétique
226

Un nombre croissant d’évidences épidémiologiques montre qu’une exposition à des facteurs
extrinsèques, à des stades précoces de la vie, peut affecter le développement et augmenter la
susceptibilité à développer diverses maladies chroniques, telles que des cancers, des maladies
cardiovasculaires, de l’obésité, ainsi que des désordres comportementaux (Gluckman et al. 2007).
Unediversitédefacteursextrinsèquespeutaffecterlespatronsépigénétiquesetlaprogrammation,
notamment le statut nutritionnel, les produits xénobiotiques, ainsi que des indices
comportementaux(Crewsetal.2007;Dolinoyetal.2007;JirtleetSkinner2007;Fig.7).Cesétudes
indiquent également que les changements épigénétiques induits peuvent être transmis aux
générationssuivantesnonexposées.Cesélémentsdéfientlavisionconventionnelledelagénétique
etdel’hérédité.Lesthéoriesémergentesplacentl’épigénétiquecommeunerévolutiondelapensée
évolutive et soutiennent la nécessité d’une synthèse qui intègrerait le développement et la
régulationépigénétique(Gilbertetal.1996,JohnsonandPorter2001).
53 Transmission héréditaire des phénotypes acquis: un nouvel apport dans la
compréhensiondelarégulationmaternelledudéveloppement?
Lesinfluencesenvironnementalespendantlavieembryonnairecomprennentunvasteensemblede
facteursnutritionnels,chimiquesetphysiquesquipeuventinfluencerl’expressiondel’épigénomeet
parconséquentledéveloppementintégréduphénotype.Leséchangesdenutrimentspendantlavie
fœtalepeuventprogrammerlessystèmesmétaboliquesàl’étatadulte(Kaatietal.2002;McGowan
etal.2008).Desétudesontégalementdémontréquelesoinparentalpouvaitprofondémentaffecter
lespatronsdeméthylationetinfluencerlaréponseaustressetlecomportementfuturdesjeunes
(Fish et al. 2004; Weaver et al. 2006). Ainsi les effets d’un environnement adverse peuvent être
transmis par les interactions entre une mère et son jeune. Par exemple chez le rat, le degré de
toilettage maternel influe sur la réponse comportementale de défense des jeunes (Weaver et al.
2006),notammentautraversdemodificationsdumarquagedel’épigénome(Fig.7).
227

Figure7.Reprogrammationépigénétiqueliéeausoinmaternel.Le léchage et le toilettage par la mère
(LG) chez le rat déclenche l’activation des récepteurs 5HT dans l’hippocampe, conduisant à
l’augmentation des AMPc intracellulaires, l’activation des facteurs de transcription NGFIA et le
recrutementdesHATCBPversl’exonpromoteur1GR.L’acétylationdesqueuesdeshistonesfacilitela
déméthylation.Chezlesjeunesissusd’unfaibleLG,ceprocessusestréduitencomparaisonauxjeunes
issusdemèresàLGélevé,conduisantàuneprogrammationépigénétiquedifférentielledupromoteurGR.
Source:McGowanetal.2008
La pertinence des effets épigénétiques devrait directement contribuer à une meilleure
compréhensiondestransitionsévolutivesmajeuresetdestraitsconvergents.Dans ce contexte,la
qualité des conditions précoces de développement est un aspect clé car la perturbation de la
reprogrammation épigénétique (changement des marques épigénétiques pendant le
développement) normale a des impacts sévères sur le développement de l’embryon (Li 2002). La
considération des mécanismes épigénétiques en biologie évolutive est un phénomène récent
(Gluckmanetal.2007)maislapertinencedeparamètresabiotiquescruciauxtelsquelatempérature,
n’a pas encore été considérée. La compréhension de l’impact des conditions thermiques sur
l’épigénomeaattiréuneattentionscientifiquelimitéesansdouteparcequelaplupartdesétudesse
sontfocaliséessurdesespècesendothermesayantunehautesélectivitéthermique.Desavancées
récentes chez les plantes (Cai and Chinnappa 1999; Jaenisch and Bird 2003) suggèrent que
l’influencethermiquesurl’épigénomeexisteetdémontrentainsiclairementlanécessitéd’uneétude
détaillée chez les vertébrés ectothermes. Dans ce contexte, deux pistes de recherche intégrant la
régulationparentalepourraientêtreenvisagées:
228

(1)Héritabilitétransgénérationnelledelavariationphénotypique
Il serait ainsi envisageable d’examiner jusqu’à quel point, les effets de perturbations thermiques
pendant le développement pourraient montrer une transmission transgénérationnelle chez les
reptiles.
(2)Explorationdesmécanismesépigénétiquescommesousbassementdelarégulationmaternelle
Laméthylationdel’ADNconstitueunmécanismeépigénétiquepossiblequipourraitêtreaffectépar
latempérature.Ilseraitainsipertinentdeclarifierl’influencedelatempératuresurlespatronsde
méthylationdel’ADN,dansdesrégionsépigénétiquementlabileschezlessquamates.Desmortnés
devipèreaspic,issusdes différents traitements thermiques sont disponibles et pourraient fournir
unebasepréliminaireàcesexplorationsfutures.
229

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