Variations interindividuelles des performances cognitives et conséquences évolutives chez une population naturelle de mésange charbonnière (Parus major)

Les animaux font face à des changements environnementaux brutaux dus aux modifications de milieux liés à l'activité humaine et aux changements climatiques, et doivent s'ajuster rapidement à leur nouvel environnement. Certains processus cognitifs comme l'innovation et l'apprentissage permettent aux animaux d'intégrer de nouveaux comportements à leur répertoire comportemental (flexibilité comportementale), leur donnant l'opportunité d'intégrer un comportement plus optimal pour s'ajuster. Les performances cognitives varient entre espèces et les individus d'une même population et bien que des études récentes se soient intéressées aux causes des variations interindividuelles des performances cognitives, les conséquences restent peu explorées. Dans cette thèse, les questions des pressions de sélection s'exerçant sur les capacités cognitives sont abordées afin de mieux comprendre l'évolution de ces traits au sein d'une population naturelle de mésange charbonnière Parus major. Un nouveau test de résolution de problème a tout d'abord été présenté à des couples reproducteurs directement en milieu naturel. Les résultats ont montré que les couples les plus performants à résoudre la tâche surpassaient les couples les moins performants sur plusieurs mesures de succès reproducteur. Afin de vérifier que la motivation à nourrir les poussins ne biaisait pas cette relation, la taille de nichée a ensuite été manipulée, ce qui n'a pas affecté la performance subséquente des parents. Les couples innovateurs démontraient un meilleur succès reproducteur quel que soit le changement de la taille de nichée subit, ce qui suggère que cette performance influence bien le succès de reproduction, et non l'inverse. De plus, les couples innovateurs approvisionnaient leurs poussins plus souvent que les couples non innovateurs, suggérant que les innovateurs pourraient exploiter leur habitat de façon plus optimale. Dans un troisième temps, plusieurs caractéristiques morphologiques, dont la coloration des plumes, ont été reliées aux performances de résolution de problème et d'apprentissage. Ces liens, bien que complexes et condition-dépendants, pourraient indiquer un rôle de ces performances lors de la sélection sexuelle. Enfin, afin de tester l'effet du parasite sanguin du paludisme sur les traits comportementaux, un médicament contre le paludisme a été injecté à des femelles reproductrices. Cette injection n'a pas modifié leurs performances cognitives mais a augmenté leur niveau d'activité et d'exploration du nichoir en réponse à la tâche de résolution de problème. Ce parasite sanguin, très présent chez les populations depassereaux, pourrait donc expliquer les variations interindividuelles et interpopulationnelles de certains traits comportementaux en milieu naturel, au même titre que dans nombreux autres systèmes hôte-parasites étudiés. Les travaux présentés dans cette thèse ont permis de détailler pour la première fois la relation entre une performance cognitive et le succès reproducteur chez une population aviaire naturelle, une relation robuste et non influencée par la motivation à nourrir la couvée. Cette performance cognitive est reliée à plusieurs traits morphologiques, mais non à la charge parasitaire. Une meilleure exploitation de l'habitat et habileté à s'occuper des poussins pourrait expliquer cette relation. Animals face a rapidly changing world due to anthropogenic habitat destruction and climate change, forcing them to quickly adjust their behaviour to new environmental conditions. Cognitive processes such as innovation and learning can allow animals to incorporate novel behaviours into their behavioural repertoires and facilitate optimal responses to environmental change. Cognitive performances vary between and within species and although several studies have recently addressed the causes of inter-individual variations in cognitive performance, the fitness consequences of this variation remain poorly explored in natural populations. In my PhD thesis, I investigated different selective pressures acting on innovation and learning performance to better understand the evolution of these traits in a natural population of great tits Parus major. Firstly, I designed a novel problem-solving task that involved opening a trap door to access chicks, and presented it to breeding great tit pairs in their natural habitat. I found that the most efficient birds at solving this task performed better at multiple measures of reproductive success than the less efficient. Secondly, to test whether chick provisioning motivation confounded this relationship, I manipulated brood size and recorded whether this affected the problem-solving performance of the parents. My results showed that this was not the case. Instead, solvers had higher reproductive success whatever the brood size manipulation experienced, supporting the hypothesis that this cognitive performance drives reproductive success rather than the opposite. Problem-solving performance correlates positively with reproductive success both at the early stages of breeding (i.e. number of eggs laid and hatched) and during the nestling rearing period (i.e. number and condition of fledged young). Moreover, solvers seem to provision their young at a higher rate than non-solvers, suggesting that solvers exploit their breeding habitat more efficiently than non-solvers. Thirdly, I found multiple links between morphological traits, among which feather colouration, and problem-solving and learning performances. Although complex and condition-dependent, these links suggest that cognitive performances may be under sexual selective pressures, since they can be signaled by morphological traits shown to be important in great tit mate choice. Finally, injecting breeding females with an anti-malaria drug did not affect their cognitive performances, but increased their level of activity and exploration when presented with the novel problem-solving task. This suggests that the presence of these blood parasites, which are frequent in passerine populations, could partly explain between-individual and between-population variation in certain behavioural traits in natural populations, as previously described in many other host-parasite study systems. In summary, my thesis provides the first detailed analysis of the relationship between cognitive performance and reproductive success in a wild bird population. My studies show that this relationship is robust and not confounded by parents’ motivation to provision their young. This problem-solving performance is also correlated with various morphological traits, but not with parasite load. The relationship between cognitive performance and reproductive success might be mediated through habitat exploitation and chick provisioning skills, but requires further investigation.

Keyphrases: résolution de problème, apprentissage, sélection naturelle, succès reproducteur, nourrissage, sélection sexuelle, coloration des plumes, parasitisme, paludisme, cognition, cognition, problem-solving, learning, natural selection, reproductive success, provisioning, sexual selection, feather coloration, parasitism, malaria