Endothermy and body mass : effect on mitochondrial bioenergetics
Endothermie et masse corporelle : effet sur la bioénergétique mitochondriale
Résumé
Birds and mammals are endotherms which, through thermoregulatory mechanisms, maintain a high and relatively constant body temperature (36°- 41°C). However, birds are remarkable in that their metabolic rate, body temperature, and longevity are higher than those of mammals of the same mass. Birds therefore seem to challenge various ecological theories, suggesting that the differences observed between these two clades, in terms of metabolism and ageing processes, could be the consequence of a distinct mitochondrial function. The aim of my thesis was to study the efficiency of mitochondrial function in birds and compare it with that of mammals, which has recently been explored. The aim was also to understand how body mass and body temperature (two major determinants of the biological properties of organisms) affect mitochondrial energy metabolism, performance, ageing, and thermoregulation in endotherms. I studied the effect of body mass on mitochondrial bioenergetics in birds (oxygen consumption, ATP synthesis, ROS production, and mitochondrial coupling efficiency), using different tissues such as skeletal muscle, heart, liver, and blood. Comparative phylogenetic analyses were used to study avian allometric patterns. I also 'zoomed in' on allometric patterns by comparing mitochondria isolated from the skeletal muscle of pigeons and rats, of similar body mass, at different in vitro temperatures and using different mitochondrial substrates, to compare and dissect in more detail the respective mitochondrial function of birds and mammals. Overall, the various studies carried out show that the effect of body mass on mitochondrial bioenergetics in birds is 1) tissue-dependent, 2) dependent on the level of metabolic activation, and 3) follows a pattern like that of mammals. This thesis also shows the importance of considering differences in body temperature regulation within endotherms, as well as preferences in the use of mitochondrial substrates in comparative studies between birds and mammals.
Les oiseaux et les mammifères sont des endothermes qui, à travers des mécanismes de thermorégulation, maintiennent une température corporelle élevée et relativement constante (36°- 41°C). Seulement, les oiseaux ont la singularité de présenter un taux métabolique, une température corporelle ainsi qu’une longévité supérieure à celle des mammifères de même masse. Les oiseaux semblent alors défier une variété de théories écologiques, laissant penser que les différences établies entre ces deux clades, au niveau du métabolisme et des processus de vieillissement, pourraient être la conséquence d’un fonctionnement mitochondrial distinct. Ma thèse avait pour objectif d’étudier l'efficacité du fonctionnement mitochondrial chez les oiseaux et à le comparer à celui des mammifères, récemment exploré. Il était également question de comprendre comment la masse corporelle et la température corporelle (deux grands déterminants des propriétés biologiques des organismes), affectent le métabolisme énergétique mitochondrial, les performances, le vieillissement et la thermorégulation des endothermes. J’ai ainsi étudié l’effet de la masse corporelle sur la bioénergétique mitochondriale des oiseaux (consommation d’oxygène, synthèse d’ATP, production de ROS et efficacité du couplage mitochondriale), à partir de différents tissus tels que le muscle squelettique, le cœur, le foie et le sang. Des analyses comparatives phylogénétiques ont été utilisées pour étudier les patterns allométriques aviaires. J'ai également effectué un "zoom" sur les patterns allométriques en comparant des mitochondries isolées du muscle squelettique de pigeons et de rats, de masse corporelle similaire, à différentes températures in vitro et en utilisant différents substrats mitochondriaux, afin de comparer et de décortiquer plus en détail le fonctionnement mitochondrial respectif des oiseaux et des mammifères. Les différents travaux réalisés montrent globalement que l’effet de la masse corporelle sur la bioénergétique mitochondriale des oiseaux est 1) dépendante des tissus considérés, 2) dépendante du niveau d’activation du métabolisme et 3) évolue selon un pattern similaire aux mammifères. Cette thèse montre également l’intérêt de prendre en compte les différences de régulation de la température corporelle en sein des endothermes mais également les préférences d’utilisation des substrats mitochondriaux dans les études comparatives oiseaux/mammifères.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
|---|