Temperature is a ubiquitous force that significantly impacts animal survival. Ectotherms, such as Drosophila, regulate their body temperature through behavioural thermoregulation, a process that involves sensing and moving towards optimal temperatures to maintain homeostasis. We have a comprehensive understanding of the Drosophila thermosensory system from studies in the model organism D. melanogaster. This thesis extends our knowledge of the thermosensory system by exploring how temperature-related behaviours evolve in closely related and ecologically diverse species.
The first two chapters of this thesis focus on the evolution of temperature preference. I developed a novel assay to measure temperature preference by tracking individuals’ movements across gradients that better resemble those found in the wild. I then used this assay to measure the temperature preference of larvae from eight closely related Drosophila species. The findings revealed that temperature preferences vary between species and are consistent with expectations from local adaptation. Species from cooler habitats prefer cooler temperatures than their warm-inhabiting sister species. Simulations based on a neuronally-informed model suggest that these changes are likely driven by shifts in the balance between warm and cool avoidance circuits.
The species pair D. lutescens and D. takahashii provide an excellent model system for investigating adaptation to different temperatures. These species are closely related to D. melanogaster, inhabit different climate zones, vary in thermotolerance, and, as revealed in this thesis, exhibit different temperature preferences. I conducted fieldwork in the range where they overlap in Japan, where I found D. lutescens is more abundant in cooler habitats and found indications of ongoing hybridisation in the wild. Genetic analyses of species in this subgroup revealed that introgression is common throughout the clade and may have played a predominant role in their evolutionary history.
This thesis demonstrates that there is ecologically-relevant variation in temperature-related behaviours in larvae of different species of Drosophila. It also advances the species pair D. lutescens and D. takahashii into the modern genomic era and demonstrates why they are particularly key model species to study adaptation to different climates.
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La température est une variable omniprésente qui impacte significativement la survie des animaux. Les ectothermes, tels que les Drosophiles, régulent leur température corporelle par thermorégulation comportementale, un mécanisme par lequel un organisme détecte une température optimale et s’y déplace afin de maintenir son homéostasie. Nous comprenons de manière approfondie le système thermosensoriel des Drosophiles graˆce aux études réalisées sur l’espèce modèle D. melanogaster. Cette thèse élargit notre connaissance du système thermosensoriel en examinant l’évolution des comportements liés à la température chez des espèces soeurs et écologiquement diversifiées.
Les deux premiers chapitres de cette thèse portent sur l’évolution des préférences de température. J’ai développé une nouvelle méthode permettant d’évaluer les préférences de températures qui consiste à suivre les mouvements d’individus le long de gradients, reproduisant au mieux ceux trouvés dans la nature. J’ai ensuite utilisé cette méthode pour mesurer les préférences de température de larves de Drosophile issues de huit espèces proches. Les résultats montrent que les préférences en matière de température varient entre espèces et sont cohérents avec ce qu’on pouvait attendre en terme d’adaptation locale. Les espèces issues d’habitats plus froids préfèrent des températures plus froides comparées à leurs espèces voisines habitant dans des zones plus chaudes. Les simulations basées sur des modèles neurologiques suggèrent que des modifications d’équilibre entre les circuits d’évitement de la chaleur et du froid sont a l’origine de ces variations.
D. lutescens et D. takahashii constituent une excellente paire d’espèces modèles pour l’étude de l’adaptation à différentes températures. Ces espèces sont proches de D.
melanogaster, habitent différentes zones climatiques, s’adaptent en termes de thermo-tolérance et, comme démontré par cette thèse, présentent des préférences de température différentes. J’ai effectué des travaux de terrain au Japon dans les zones où ces deux espèces cohabitent et j’ai trouvé, d’une part que D. lutescens est plus abondante dans les habitats plus frais, d’autre part des indices d’hybridisation dans le milieu naturel. Les analyses génétiques des espèces de ce sous-groupe ont révélé que l’introgression est fréquente dans tout ce clade et peut avoir joué un roˆle prédominant dans leur histoire évolutive.
Cette thèse démontre la pertinence écologique des variations comportementales en matière de température pour les larves des différentes espèces de Drosophile. Elle permet aussi de mettre en avant D. lutescens et D. takahashii dans l’ère génomique moderne et de démontrer pourquoi elles sont un modèle d’espèces particulièrement important pour étudier l’adaptation à différent climats.