RESEARCH AUTHORIZATION REQUEST

DEMANDE D’AUTORISATION DE RECHERCHE
SUR LE TERRITOIRE DU GABON
"ORIGINE DES SIGNAUX DE COMMUNICATION ANIMAL:
communication électrique entre des poissons mormyridés du Gabon"
Dr. Carl D. Hopkins, Ph.D. ,
Professeur
Department of Neurobiology and Behavior
Cornell University
Ithaca, New York 14853
U. S. A.
Jean-Daniel MBEGA
Institut de Recherches Agronomiques et
Forestières
B.P. 2246
Libreville/Gabon
Dr. Bruce A. Carlson, Ph.D.,
Professeur assistant
Department of Biology
Campus Box 1137
Washington University in St. Louis
St. Louis, MO 63130-4899
U. S. A.
Demande d’Autorisation de Recherche
PARTIE 1: EQUIPE DE RECHERCHE
1) Nom, coordonnées et qualifications des principaux chercheurs.
Dr. Carl D. Hopkins, Ph.D. , Professeur
Department of Neurobiology and Behavior
Cornell University
Ithaca, New York 14853
U. S. A.
-
Co-responsable de mission
Office Tel:
1-(607)-255-2259Lab
Fax:
1-(607)-254-1303
Cell
1-(607)-592-5156
Email
[email protected]
Curriculum vitae : voir p. 20
1-(607)-254-4384
Dr. Bruce A. Carlson, Ph. D., -
Co-responsable de mission.
Professeur assistant
Department of Biology
Campus Box 1137Washington UniversitySt. Louis, MO 63130-4899
U. S. A.
Office Tel:
Lab:
Fax:
1 (314) 935-3486
1 (314) 935-3487
1 (314) 935-4432
Email:
[email protected]
2. Chercheur accompagnateur
M. Jason Gallant, B. A. Etudiant en thèse
Department of Neurobiology and Behavior
Cornell University
Ithaca, New York 14853
U. S. A.
Office:
Fax
Email
1-607)-254-4384
1-(607)-254-1303
[email protected]
3. Coordonnées de l’organisme de rattachement
Carl D. Hopkins et Jason Gallant:
Bruce Carlson:
CORNELL UNIVERSITY
Department of Neurobiology and Behavior
263 S. G. Mudd Hall
ITHACA, NEW YORK 14853
U.S.A.
WASHINGTON UNIVERSITY
Department of Biology
ONE BROOKINGS DRIVE,
CAMPUS BOX
276 NORTH SKINKER BUILDING
SAINT LOUIS, Missouri 63130- 4899
U. S. A.
4. CHERCHEURS GABONAIS
Dr. Jean Daniel MBega, Ph.D.
Institut de Recherches Agronomiques et Forestières
B.P. 2246
Libreville/Gabon
Tel
(241)732375
Fax: (241)730859
E-mail: [email protected]
5. TECHNICIEN GABONAIS
à identifier
PARTIE II – DESCRIPTION DE L’ACTIVITE DE
RECHERCHE
6. Thématique et sous-thématiques
THEMATIQUE 1 : CONNAISSANCE ET EVALUATION
1.5 Inventaire des habitats, de la biodiversité animale et végétale;
THEMATIQUE 2 : DYNAMIQUE ET INTERACTIONS ENTRE LES
DIFFERENTES COMPOSANTES (DEHORS UN PARC)
2.5 Ecologie des écosystèmes ;
7. TITRE DU PROJET
"ORIGINE DES SIGNAUX DE COMMUNICATION ANIMAL:
communication électrique entre des poissons mormyridés du
Gabon"
(ORIGIN OF SIGNAL DIVERSIY IN COMMUNICATION: a study of electrogenic diversity
among mormyrid fishes of Gabon)
8. Résumé de l’activité de recherche
Les chercheurs de l'Université Cornell (Ithaca, New York, USA), de l’Université
Washington (St. Louis, Missouri, USA), et de l’institut de Recherches Agronomiques et
Forestières (Libreville, Gabon) veulent étudier les causes de la diversité des signaux
électriques produits par les poissons de la famille des mormyridés au Gabon. Les
Mormyridae, poissons électriques, communiquent en utilisant les décharges d’organes
électriques (DOE) qui sont indispensables pour la reconnaissance des espèces.
Normalement la forme de la DOE est unique et invariable à chaque espèce, quoiqu’un
petit nombre d’espèces produisent des signaux polymorphiques. Chez ces espèces,
quand les signaux électriques sont différents, l’anatomie des organes électriques est
également différente. Ce projet à pour objectif d’étudier plus particulièrement
Paramormyrops kingsleyae, qui est un exemple de ce type de polymorphisme (Fig. 1 et
Fig. 2). Cette espèce a déjà été l'objet de plusieurs études taxonomiques menées
conjointement par le Dr. MBega et le Dr. Hopkins en 2004 (MBega et Hopkins, en
préparation). Les chercheurs poursuivront ce projet en utilisant une combinaison
nouvelle de techniques sur une période de trois ans: 2009-2011. Des spécimens de P.
kingsleyae seront étudiés aux sites suivants: LaBamba et Bongolo dans la Ngounié au
Sud du Gabon, et Cocobeach (province de l’Estuaire) dans le nord du Gabon. Les
chercheurs utiliseront des techniques de biologie moléculaire, génétique,
électrophysiologique et comportementale pour déterminer les causes de la diversité des
signaux électriques entre les différentes populations de P. kingsleyae. Les chercheurs
espèrent aussi comprendre le rôle de ce polymorphisme au moment de la reproduction.
Paramormyrops kingsleyae est une espèce très commune de mormyridé au Gabon. Elle
possède une large répartition géographique puisqu’on la trouve dans tout le pays. Elle
est également, localement, très abondante dans les petits ruisseaux.
Researchers from Cornell University in Ithaca, New York, Washington University in St.
Louis, Missouri, and Libreville Gabon hope to study the causes of signal diversity among
the mormyrid fishes of Gabon. Mormyrid electric fishes communicate using speciesspecific electric organ discharges (EODs) that are essential for species recognition, but
some species of Mormyrids are polymorphic in their signals. That is, different individuals
have distinct Electric Organ Discharge waveforms with a correspondingly different
electric organ morphology. This project will focus on the polymorphic species
Paramormyrops kingsleyae as an example of this type of signal diversity (Fig. 1, Fig. 2).
This species was the subject of an intensive taxonomic survey conducted by MBega and
Hopkins in 2004 (MBega and Hopkins, in preparation). The researchers will continue
this project using a combination of field techniques over a three year period: 2009-2011.
Field sites include: LaBamba and Bongolo in Ngounié, Southern Gabon and Cocobeach
(Estuaire) in Northern Gabon, and use molecular, genetic, electrophysiological, and
behavioral techniques to determine the root causes of electric signal diversity in P.
kingsleyae. The researchers also hope to understand the importance of this diversity in
driving reproductive isolation between populations and adapting different populations to
their particular environments. Paramormyrops kingsleyae is an extremely common
species of mormyrid fish in Gabon, both widespread in its distribution throughout the
country and abundant locally in small streams.
9. Description de l’activité de Recherche.
9.1 Durée de la recherche au Gabon.
Du 1er janvier au 15 février 2009
(January 1, 2009-Feburary 15, 2009)
Programme provisoire :
1er janvier: arrivée à Libreville
6 janvier départ pour LeBamba, Ngounié
7 janvier au 12 février: études sur le terrain autour de Bongolo.
12 février au 15 février: rencontres avec l’IRET et le CENAREST à
Libreville
15 février: départ pour les USA
9.2
Identification de la zone de recherche (Research Area)
Province de la Ngounié, région située près de LeBamba et Bongolo sur le fleuve
Louétsi. En 1998 et 1999 nous y avons trouvé deux zones où nous avons observé un
polymorphisme dans la forme de la décharge de l’organe électrique (DOE) chez
Paramormyrops kingsleyae. Nous poursuivrons nos études dans les petits ruisseaux se
jetant dans la Louétsi et la Ngounié (Fig. 2).
Ngounié Province near LeBamba and Bongo on the Loetsi River, near the city of
Lebamba. In a previous field trip in 1998 and 1999 we found at least two areas where
Paramormyrops kingsleyae is polymorphic for electric organ signal type. We plan to
study tributaries of both the the Loetsi and Ngounié rivers (Fig. 2).
9.3 Objectifs de l’activité de recherche.
Il ya trois objectifs scientifiques à ce projet:
(1) Déterminer les bases génétiques de la diversité des signaux électriques
Les différences génétiques sont à la base des différences de l’anatomie des organes
électriques des mormyridés, en particulier chez Paramormyrops kingsleyae. Nous
prévoyons de disséquer les organes électriques et des tissues des muscles
squelettiques des spécimens du marigot appelé Bambomo pour examiner la différence
d’expression des gènes entre les organes électriques de P. kingsleyae de formes dites
« B » et « T » (forme de la DOE = biphasique –B– ou triphasique –T–). Parce que nous
nous attendons à ce que la différence d’expression des gènes entre les deux formes
d’organes électriques corresponde au même processus que celui qui délimite les
différences anatomiques entre les différents genres de mormyridés, nous prévoyons de
cloner les gènes exprimés différemment qui seront identifiés chez plusieurs espèces
supplémentaires. En outre, nous prévoyons d'examiner les différences au sein des
séquences d’ADN et les modes d'expression génique en fonction de la morphologie en
utilisant des protocoles classiques d’histologie. La forme des signaux électriques est
une conséquence directe de l’anatomie des organes électriques. Nous envisageons
d'explorer le lien qui existe entre la diversité morphologique et la forme des DOEs en
utilisant P kingsleyae comme modèle. Pour cela, nous recueillerons des spécimens à
chaque localité, pour enregistrer la forme et la séquence des impulsions de leurs DOEs,
et pour prélever des tissus des organes électriques pour l’histologie et, ainsi, acquérir
une meilleure compréhension de la structure de la population en fonction de ce
polymorphisme. Nous prévoyons de faire des mesures ultra-précises des DOEs et des
mesures anatomiques quantitatives des organes électriques de spécimens dans le but
de construire un modèle informatique qui prédit avec précision la forme d’une DOE en
fonction de la morphologie de l’organe électrique.
(2) Evaluer l'importance de diversité des signaux dans l'isolement reproductif.
Pour déterminer si les populations sympatriques de Paramormyrops kingsleyae ayant
différents types de signaux (voir type « B » et type « T », Fig. 2) sont reproductivement
isolées, nous prélèverons des échantillons d'ADN de spécimens de Paramormyrops
kingsleyae appartenant à chaque type de signal du marigot “Bambomo” et nous
déterminerons leurs génotypes à l’aide de marqueurs « microsatellite ». Ceci nous
permettra d’évaluer quantitativement le degrès d’isolement reproductif entre les
formes. Pour tester si les barrières géographiques locales dans la région de Bongolo ont
joué un rôle dans la présente répartition des types de signaux, nous examinerons des
spécimens vivants à proximité immédiate de barrières de dispersion potentielles, comme
les chutes de Bongolo, sur la rivière Louétsi qui semble avoir joué un rôle dans la
structuration des populations.
En combinant notre analyse sur l’isolement reproductif des formes sympatriques du
marigot de Bambomo, nous allons obtenir des échantillons d'ADN le long d'un transect
qui tient compte de cette barrière en collectant des spécimens au-dessus et au-dessous
les chutes de Bongalo.
3) Déterminer l'importance de la diversité des signaux électriques sur les
récepteurs.
Afin de savoir si Paramormyrops kingsleyae peut discriminer entre les deux types de
signaux électriques, nous allons utiliser la « réponse nouveauté ». C’est une
accélération transitoire de la fréquence des DOE après une nouvelle impulsion
électrique. Par cette méthode, nous voulons évaluer le comportement discriminatoire du
poisson à l'égard de la forme de la décharge électrique chez P. kingsleyae et d’autres
espèces. Nous examinerons les bases neurologiques de la discrimination en réalisant
des enregistrements électrophysiologiques individuels d’électrorécepteurs de type
Knollenorganes. Nous espérons également enregistrer les potentiels d’action et simpleunités à partir de neurones du système central.
Pour voir si les spécimens ont une préférence pour certains types de signaux,
nous allons effectuer une série d'expériences en « playback » sur P. kingsleyae et
d'autres espèces. Il s'agira notamment de lire les deux types de signaux à P. kingsleyae
au cours d’expérience en laboratoire dites de « deux choix de lecture ». Nous allons
déterminer si les poissons présentent une préférence entre les types de signal, et quels
sont les caractéristiques du signal qui sont responsables de cette préférence.
Pour déterminer la signification adaptative de la diversité du signal électrique,
nous comparerons les facteurs écologiques de la végétation, de la profondeur, de la
couverture, de la vitesse de l'eau, du pH, de la température et d’une variété d'autres
mesures écologiques, ainsi que des indices de biodiversité pour chacun des types de
signaux que nous rencontrons dans le même environnement.
Nous nous demanderons si la diversité des signaux électriques dans les
populations locales conduit à une fixation des signaux chez P. kingsleyae par un
phénomène connu sous le nom de « character displacement ». On peut s'attendre à ce
que les divergences dans les DOE résultent de la présence de signaux concurrentiels
chez d'autres espèces. Nous prévoyons d’échantillonner la diversité des DOE chez les
espèces sympatriques de mormyridés en plusieurs endroits par l’enregistrement des
décharges électriques.
Nous nous demanderons si certaines DOE ont une DC composante du signal qui
n'existe pas dans les autres types de signaux et si cela pourrait influencer sur la
prédation par les poissons-chats. En plus de mesurer les composantes DC de signaux,
nous allons comparer l'abondance des poissons-chats dans chaque habitat.
Nous prévoyons d'enregistrer les facteurs biotiques et abiotiques qui pourraient
avoir une influence sur l'adaptation des différents types DOE à chaque habitat
échantillonné (i.e., caractéristiques de l'eau, de la végétation, le bruit électrique, la
concurrence entre DOE, etc.) Si les poissons ont acquis des DOE adaptées aux
conditions locales de l'environnement, nous espérons trouver des convergences dans
les DOE dans des populations allopatriques vivants dans des habitats similaires.
9,3 Research Objectives
There are three scientific goals for this project:
(1) Determine the Genetic Basis for Signal Diversity
Genetic differences underlie electric organ morphology in mormyrids, specifically
Paramormyrops kingsleyae. We plan to collect electric organ and skeletal muscle tissue
in Bambomo Creek to test for gene expression differences between the electric organs
of P. kingsleyae morphs. Because we expect that gene expression differences between
electrocyte morphs represent the same processes that delineate anatomical differences
between different genera of mormyrids, we plan to clone differentially expressed genes
identified through a variety of additional species. Additionally, we plan to examine
sequence divergence and expression patterns with respect to morphology using
histological protocols.
Signal diversity is a direct consequence of morphological variation in electric organs. We
plan to explore the connection between morphological diversity and EOD waveform
using P. kingsleyae as a model. We will collect specimens from each locality, record
their EODs and SPIs, and collect tissue for electric organ histology to gain a better
understanding of population structure with regard to this polymorphism. We plan to make
fine-scale signal measurements of field recorded EODs and quantitative anatomical
measurements of electric organs from voucher specimens with the goal of establishing a
computational model that accurately predicts EOD waveform based on electrocyte
morphology.
(2) Evaluate importance of signal diversity in reproductive isolation
To determine whether sympatric populations of Paramormyrops kingsleyae of different
signal types (Type B and Type T, fig. 2) are reproductively isolated, we will extract DNA
samples from each signal type in the Bambomo Creek population of Paramormyrops
kingsleyae, and amplify microsatellite loci in order to genotype individual signal types
and quantitatively assess reproductive isolation between the morphs.
To test whether local geographic barriers in the Bongolo falls region have shaped the
present biogeographic distribution of signal types we will examine fish near geographic
features like Bongolo Falls on the Loetsi River which appears to act a geographic barrier
between signaling populations. In tandem with our analysis of reproductive isolation in
sympatry at Bambomo Creek, we will obtain DNA samples along a transect that
incorporates this barrier by collecting fish above and below Bongalo falls.
(3) Determine the importance of electric signal diversity to receivers.
To see if Paramormyrops kingsleyae can discriminate between signal types, we will use
the ‘novelty response’, a the transient acceleration of EOD rate after a novel
electrosensory stimulus, to assess a fish’s behavioral discrimination of EOD waveform
features in P. kingsleyae and other species. We will evaluate the neuronal basis for
discrimination by making electrophysiological recordings from individual Knollenorgan
electroreceptors. We hope to also record evoked potentials and single-units from the
central neurons in the brain.
To see if fish exhibit a preference for like signal types, we will perform a series of
playback experiments on P. kingsleyae and other species. These will include playback of
the two signal types to P. kingsleyae, two-choice playback experiments in the laboratory,
and operant conditioning in the laboratory. We will determine whether fish exhibit a
preference for like signal types, and which signal features are responsible for this
preference.
To determine the adaptive significance of electric signal diversity we will compare
ecological factors of vegetation, depth, cover, water speed, pH, temperature and a
variety of other ecological measures, as well as biodiversity indices for each of the signal
types we encounter in the same environment.
We will ask whether heterospecific signal diversity in local populations drives fixation of
signal types in P. kingsleyae through reproductive character displacement. We might
expect divergence in the EOD might result from the presence of competing signals from
other species. We plan to sample the EOD diversity of sympatric mormyrids in multiple
locations by recording EODs.
We will ask whether certain EODs have a DC signal component that is absent in other
types and whether this might affect predation by catfish. In addition to measuring DC
components of signals, we will compare this to the abundance of catfish in each habitat.
We plan to record biotic and abiotic factors that might influence adaptation of various
EODs types for each habitat sampled (water characteristics, vegetation, electrical noise,
competing EODs etc.). If fish have evolved EODs that are adapted to local
environmental conditions, we would expect convergence of EODs in allopatric
populations when habitats are similar.
Importance pour la CENAREST et le Gabon
Bien que cette recherche soit très spécifique pour la compréhension de l'évolution du
signal et de la communication chez l'animal, il existe un certain nombre d'avantages
importants que cette étude sur les poissons apporte à l'intérêt général dans le domaine
des sciences au Gabon.
Nous avons d'abord, des objectifs de recherche (Thèmes 1.5, 2.5) qui sont d'un intérêt
direct pour le CENAREST et d'un intérêt général pour le Gabon et la compréhension de
sa faune unique. Deuxièmement, la compréhension des mécanismes qui contribuent à
l’évolution d’une espèce peut aider dans les efforts déployés pour évaluer la biodiversité
des poissons - qui peut être important pour évaluer la qualité de l'eau douce en ce qui
concerne les activités humaines.
Notre travail va permettre d’aider d’autres chercheurs à évaluer et préserver la
biodiversité des systèmes d'eau douce au Gabon et d’aider les décideurs à prendre des
mesures de conservation.
Troisièmement, peu d'informations sont disponibles sur l'écologie des poissons
mormyridés. Nos travaux contribueront à la compréhension de l'écologie locale de ce
groupe important de poissons. Les Mormyridae sont abondantes, et dans certaines
régions du pays, ils représentent une source importante dans l’alimentation des
populations locales.
Notre travail fait partie d'un plus vaste effort pour comprendre la flore et la faune de
l’Ouest de l’Afrique Centrale et de sa forêt tropicale. Chaque mission de terrain
premettra de collecter des spécimens qui permettront de mieux connaître les
peuplements aquatiques. Ces spécimens seront déposés dans des musées d’Histoire
Naturelle du monde pour leur étude systématique.
Un effort particulier sera entrepris pour créer une bibliothèque moléculaire de séquence
d’ADN pour chaque espèce collectée qui permettra leur identification moléculaire dans
la future. A la manière du projet BARCODE.
Enfin, notre travail sera finalement valorisé par des publications scientifiques qui seront
accessibles aux chercheurs gabonais et internationaux travaillant sur la faune du
Gabon. Pour information, notre précédent travail sur les 15 dernières années a été
publié dans un livre sur tous les poissons d'eau douce de la Basse Guinée (incluant le
Gabon) [voir Stiassny, Teugels, et Hopkins, 2007], qui permet à tout chercheur
d’identifier facilement les espèces de poissons.
Importance to CENAREST & Gabon
Although this research is highly specific and focused on understanding signal evolution
and communication in animal systems, there are a number of important benefits of fish
studies to general interests in science in Gabon.
First, several of the research goals are of direct interest to stated CENAREST themes
(Themes 1.5, 2.5), and of general interest to Gabon and its unique biology.
Second, a more thorough understanding of the ultimate mechanisms contributing to a
species’ signals will help in attempts to assess biodiversity of fishes – which can be
important in assessing the quality of freshwater environments in relation to human
activities. Our work will help others assess biodiversity in freshwater systems in Gabon.
Third, little information is available on the ecology of mormyrid fishes. Our work will
contribute to understanding local ecology. Mormyrids are abundant, and in some areas
of the country important as food fish.
Finally, our work is part of a bigger effort to understand the flora and fauna of West
Central African rain forest. Each field trip results in collection of specimens which will be
deposited in museums around the world for systematic study. This effort will be paralleld
by a molecular sampling effort aimed at obtaining DNA sequences from local fish
specimens. Our work during the past 15 years has resulted in the most recent field
guide to the fresh water fishes of Lower Guinea (Cameroon, Gabon, Equatorial Guinee,
and Congo) [see Stiassny, Teugels, and Hopkins, 2007].
REFERENCES
Mbega, J. D., Hopkins, C. D. and Sullivan, J. P. (in preparation). Description d'une
nouvelle espèce de Paramormyrops (Osteoglossomorpha: Mormyridae) du Gabon,
Afrique Central de l'Ouest, statut taxinomique du complex "cabrae" et redescription de
Paramormyrops kingsleyae.
Stiassny, M. L. J., Teugels, G. G. and Hopkins, C. D. (2007). Poissons d'eaux douces
et saumâtres de basse Guinée ouest de l'Afrique centrale (The Fresh and Brackish
Water Fishes of Lower Guinea, West-Central Africa), vol. 1. Paris: Institut de recherche
pour le développement (IRD)
Musée Royal de l'Afrique Centrale (MRAC)
Stiassny, M. L. J., Teugels, G. G. and Hopkins, C. D. (2007). Poissons d'eaux douces
et saumâtres de basse Guinée ouest de l'Afrique centrale (The Fresh and Brackish
Water Fishes of Lower Guinea, West-Central Africa), vol. 2. Paris: Institut de recherche
pour le développement (IRD)
Musée Royal de l'Afrique Centrale (MRAC)
9.4 Méthodes
Pour réaliser les objectifs énoncés dans la section 9.3, nous allons :
(1) Déterminer l'abondance et la diversité des morphotypes de P. kingsleyae, des autres
mormyridés, de leurs prédateurs (en particulier des poissons-chats) dans la région de
Bongalo/Lébamba notamment sur un transect en amont et aval des Chutes de Bongolo,
de la confluence de la Ngounié et de la Louétsi (en dessous des chutes de Bongalo)
jusqu’à une région de plusieurs kilomètres au-dessus des chutes.
(2) Recueillir des échantillons de tissus frais pour l’histologie des organes électriques,
faire des génotypages « microsatellite », et faire l'analyse génétique des poissons de
chaque localité.
(3) Faire des enregistrements de signaux électriques de P. kingsleyae et des autres
espèces de mormyridés à chaque localité.
(4) Mesurer l'abondance des plantes et de facteurs abiotiques à chaque localité.
(5) Faire des expériences de comportement sur la reconnaissance des DOE chez
chaque espèce.
(6) Effectuer des expériences sur l'électrophysiologie des Knollenorganes, qui sont des
récepteurs électriques situés sur la peau.
(7) Obtenir des spécimens vivants pour le transport au retour aux Etats-Unis. Des
exprérience d'hybridation in situ, sur le comportement reproductif, et pour
l’enregistrement des signaux dans le cerveau.
Les méthodes de collection des spécimens incluront l’utilisation de : crochets et de
lignes de pêche, de nasses, de filets maillants, et de Roténone.
9.4 Methods
To accomplish the goals set forth in 9.3, we will:
(1)
Sample the abundance and diversity of P. kingsleyae morphotypes, other
mormyrids, and predatory catfish in the Bongalo/Lébamba area, including a transect
through Bongolo Falls, from the confluence of the Ngounié and Loetsi Rivers (far below
Bongalo falls) to a region several km above the falls. Transects will include tributory
creeks in both regions.
(2)
Collect fresh tissue samples for electric organ histology, microsatellite
genotyping, and genetic analysis from each locality.
(3)
Make digital signal recordings from P. kingsleyae and other mormyrid species at
each locality.
(4)
Measure plant abundance and abiotic factors at each locality.
(5)
Conduct behavioral playback experiments.
(6)
Perform electrophysiology experiments on peripheral Knollenorgan receptors.
(7)
Obtain live specimens to transport back to the United States for in situ
hybridization, behavioral playback experiments, and central electrophysiology
recordings.
Collection methods will include hook and line, cast net, hoop net, and restricted
Rotenone sampling.
9,5 Matériel collecté
Spécimens conservés. Les mormyres du Gabon mesurent entre 30 mm et 250 mm, en
longueur standard. Nous espérons recueillir entre 2000 et 4000 spécimens. Les plus
petits spécimens seront particulièrement recherchés pour notre étude. D'autres espèces
seront également collectées en plus petit nombre (environ 500 exemplaires au total). Le
but de ces collections est de pouvoir positivement identifier toutes les espèces dans
chaque habitat échantillonné. Les spécimens seront conservés dans le formol et
déposés dans plusieurs musées d’Histoire Naturelle du monde, incluant les collections
ichthyologiques de l’IRET, pour qu’ils y soient identifiés par des experts de chaque
groupe taxonomique.
Poissons vivants. Nous aimerions exporter 40 spécimens vivants (mormyres) aux
États-Unis pour pouvoir mener les études génétique, moléculaire, et
électrophysiologique. L’utilisation de certaines méthodes d’électrophysiologie et
d’immunohistochimie est trop difficile à mettre en œuvre sur le terrain au Gabon.
Les échantillons de tissus. Nous espérons prélever des échantillons de tissus
musculaires et d’organe électrique pour nos études de biologie moléculaire aux ÉtatsUnis. Ces échantillons seront utilisés pour extraire l'ARN et l’ADN, ainsi que pour
séquencer l'ADN, et mener des expériences d’hybridization in situ. Nous utiliserons
également des échantillons de tissus pour observer l’histologie des organes électriques.
Une partie importante de ce travail sera de publier électroniquement sur internet les
décharges électriques qui seront enregistrées au Gabon, avec l’aide du laboratoire
d’Ornithologie à Cornell.
9.5 Collected Material
Preserved Specimens. Individual mormyrid fish range in size from 30 mm to 250 mm
in Gabon. We hope to collect between 2000 and 4000 individual specimens for study,
mostly small individual that preserve well. Specimens of other gropups of fishes will be
collected in smaller numbers (approximately 500 specimens total). The purpose is to
obtain positive identification of the species in each habitat sampled. The specimens will
be preserved in formalin and deposited in various museums around the world for
identification by experts in each taxonomic group.
Life Fish. We wish to export 40 live specimens of mormyrid fishes to the United States
for further study requiring live animals. They will be used for electrophysiology which is
too difficult to do in Gabon, immunohistochemistry, and an effort to establish a breeding
colony in our laboratory.
Tissue Samples. We hope to collect tissue samples of muscle and electric organ for
molecular biology studies in the USA. These samples will be used for RNA extraction,
DNA extraction, DNA sequencing, and in-situ hybridizion studies. We will also use
tissue samples for histological analysis of electric organs. We will also perform
intracardiac perfusions of fixative for obtaining fixed brain tissue for histological analysis.
9.6 Résultats attendus
Nous prévoyons de tester chacune des hypothèses énumérées à la section 9.3. À la fin
de nos études (sur le terrain et, aussi, en laboratoire), nous allons préparer des papiers
de nos résultats de recherche pour publication dans des revues scientifiques
spécialisées. À la fin de la mission de terrain, nous serons en mesure de préparer un
résumé préliminaire de nos activités de recherche. Il sera seulement basé sur les
résultats préliminaires– avec les identifications préliminaires des spécimens -. Nous
allons aussi faire une liste des spécimens vivants, des spécimens préservés et des
échantillons de tissus. Finalement, nous allons cartographier chaque zone
échantillonnée. Ce rapport écrit sera présenté au bureau du CENAREST et de l’IRET.
Nos collaborateurs gabonais seront impliqués dans chaque étape de ce projet et seront
co-auteurs des travaux publiés de cette étude.
L’aide des autorités gabonaises qui rendent possible la réussite de ce projet ainsi que
les assistants techniques ayant participés à ce projet seront remerciés comme il se doit
dans chacune des contributions à venir. En particulier, nous remercierons le
CENAREST (comme chaque fois), car il est
un partenaire important de nos travaux sur les poissons du Gabon.
9.6 Expected Results
We plan to explicitly test each of the listed hypotheses in Section 9.3. At the conclusion
of our studies, we will prepare summaries of our research accomplishments for
publication in scientific journals. At the end of the mission we will be able to prepare a
preliminary summary of the research activities. This will be based on preliminary field
results only – and will include tentative identifications of specimens, lists of life and
preserved specimens, and tissue samples, plus a map of each area sampled. This will
be presented in a written report to the CENAREST and IRET offices.
Our Gabonese collaborators will be co-authors on any published work resulting from this
study. Any Gabonese technical assistants will be fully acknowledged for their
contributions.
The CENAREST will be acknowledged in all publications.
EOD recordings from this and previous expeditions to Gabon publicly available via the
Internet in collaboration with the Cornell University Bioacoustics Collection.
10. Gestion des collections du matériel prélevé
Étant donné que certaines procédures biologiques et analyses ont besoin de matériel et
réactifs enzymatiques qui ne sont pas disponibles au Gabon, nous espérons pouvoir
exporter des échantillons de tissus et des spécimens vivants dans nos institutions
d'origine aux États-Unis: l'Université de Cornell à Ithaca, New York et l’Université de
Washington à St. Louis, Missouri. Des échantillons de tissues seront collectés et
préservés dans l'azote liquide pour la réfrigération, des échantillons pour les analyses
histologiques seront conservés et transportés dans des solutions de formol tamponné.
Les spécimens vivants seront transportés dans des sacs en plastique ordinaire,
disponibles dans le commerce. Tous les échantillons seront exportés vers les États-Unis
par transport aérien commercial.
10. Management of Extracted Materials and Collections
Because some biological procedures and analyses require equipment and biochemical
enzymes not available in Gabon, we hope to export of Tissue samples and living fish to
our home institutions in the United States: Cornell University in Ithaca, NY and
Washington University in St. Louis, Missouri. Tissue samples will be collected & stored
in liquid nitrogen for refrigeration in the field, specimens for histological analysis will be
preserved and transported in preservative solutions and buffers. Living fish samples will
be transported in closed plastic bags inside ordinary picnic coolers. All samples will be
exported to the United States commercial air transport.
11. Les risques potentiels et les impacts des activités de recherche
destinées et leur réduction
Nos laboratoires ont déjà fait plusieurs missions au Gabon et nous comprenons
parfaitement la fragilité des écosystèmes aquatiques de cette région et nous sommes
conscients de la nécessité de prendre toutes les précautions nécessaires à notre travail
sur le terrain. Nous ne prélèverons que les espèces de poissons qui sont abondantes au
Gabon. Nous prévoyons d'abord et avant tout de réduire notre impact grâce à une
bonne conception des expériences, qui permettra de réduire au minimum le nombre
d'animaux qui doivent êtres collectés. En outre, nos techniques de capture de poisson
avec des filets, nasses et roténone ne perturbent que légèrement les écosystèmes
examinés.
11. Potential Risks & Impacts of Intended Research Activities & Their
Reduction
Our labs have made several previous visits to Gabon and we fully understand the
fragility of aquatic ecosystems in this region and we are aware of the need for taking
precautions in all aspects of field work. We will work only on species of fish that are
common and abundant in Gabon. We plan first and foremost to minimize our impact
through careful design of experiments, which will minimize the number of animals that
must be extracted. Additionally, our fish capturing techniques with nets, traps, and
rotenone are minimally invasive to sensitive ecosystems.
12. Les besoins particuliers
Non applicable.
12. Particular Needs
Not applicable
CORRESPONDANCE SUR LA COLLABORATION
From: Jean-Daniel Mbega [email protected]
Reply-To: [email protected]:
Re: Re : Gabon 2009To: [email protected]
Bonjour Carl,
tu peux aller sur le site du cenarest pour avoir des informations sur les autorisations de
recherche, c'est bien de commencer plutôt. Pas de problème pour la participation, si je
ne suis pas disponible à ce moment, jean Hervé partira. Envoie moi une copie de ton
projet en anglais, si tu peux le faire traduire pour la compréhension des gens qui vont
l'examiner ce serait bien. Je serais content que tu puisses nous apporter un bon stock
de roténone.
A bientôt.
Jean-Daniel Mbega
Institut de Recherches Agronomiques et Forestières
B.P. 2246
Libreville/Gabon
Tél: (00241)732375
Fax: (00241)730859
E-mail: [email protected]
En date de : Ven 27.6.08, Carl D Hopkins <[email protected]> a écrit :
De: Carl D Hopkins <[email protected]>
Objet: Re: Re : Gabon 2009
À: [email protected]
Date: Vendredi 27 Juin 2008, 9h59
+-------+ Department of Neurobiology & Behavior
¦
¦ 263 Seeley G. Mudd Hall
¦CORNELL¦ Cornell University
¦
¦ Ithaca, New York 14853 USA
+-------+ Tel. 1-(607)-255-2259
http://www.nbb.cornell.edu/neurobio/hopkins/hopkins.html
Cher Jean Daniel,
Merci pour ta reponse. Je suis actuellement au Japon pour une conference ou j'ai la
chance de rencontrer Sebastien qui est toujours a Tokyo.
Je suis heureux d'apprendre que tu es enthousiaste pour te joindre a notre projet et que
la situation au CENAREST a evolue positivement. Ci-dessous, les grandes lignes de
notre projet. Si tu le desires, je peux t'envoyer pour information notre projet de recherche
complet (en anglais).
J'aimerais continuer notre projet sur Paramormyrops kingsleyae. Pour completer tes
donnees morphologiques, j'aimerais associer des donnees moleculaires et
electrophysiologiques de specimens collectes dans la region de Bongolo. Comme tu dois
le savoir, a cet endroit, P. kingsleyae est polymorphique avec une partie des specimens
de type "Pa" et l'autre partie de type "NPp"
J'aimerais passer six semaines sur le terrain en janvier 2009 avec deux de mes
collaborateurs a Cornell, Bruce et Jason, plus ta presence ou celle d'un de tes etudiants.
Comme d'habitude nous allons avoir besoin d'autorisations pour travailler.
Il est probablement necessaire de commencer a faire les demandes. Je te serais tres
reconnaissant de m'indiquer quelle est la procedure a suivre?
A bientot,
Carl (avec l'aide de Sebastien).
Jean-Daniel Mbega wrote:
Bonjour Carl,
 bien qu'étant impliqué sur un projet de la bad actuellement, je continue toujours la
recherche au CENAREST, je partage mon temps entre les deux,Jean Hervé est
également rentré. Je suis donc partant pour ton projet.
Nous avons une nouvelle équipe à la tête du CENAREST et la
confiance est revenu.
Salutations
Jean-Daniel Mbega<br>
Institut de Recherches Agronomiques et Forestières<br>
B.P.
2246<br>
Libreville/Gabon<br>
Tél:
00241)732375<br>Fax: (00241)730859<br>
E-mail: [email protected]">[email protected]</a></p
Figures
Fig. 1. Paramormyrops kingsleyae (Günther, 1896)
Fig. 1. Paramormyrops kingsleyae (Günther, 1896)
Fig. 2. Left, phylogeny of mormyrid fishes in the genus Paramormyrops with identified
species and undescribed taxa listed according to their phylogenetic relationships derived
from DNA sequence data. One complex, collected from localities throughout Gabon, is
identified as Paramormyrops kingsleyae, shown expanded along with EOD signals, on
the right. The species is polymorphic with regard to the EOD waveform. Those color
coded green have no initial head-negative phase to the EOD. Those in red have an
initial head negative peak in the waveform.
Fig. 2. A gauche, phylogénie des poissons mormyridés du genre Paramormyrops
reconstruite à partir de la comparaison de séquences d'ADN. Les espèces
décrites et non-décrites sont indiquées en fonction de leurs relations
phylogénétiques. A droite, l’un des sous-groupes de Paramormyrops, identifié
comme Paramormyrops kingsleyae et largement répandu au Gabon est élargi,
avec les formes de leurs signaux électriques (DOE) correspondants. L'espèce est
polymorphe en ce qui concerne les formes des décharges électriques (DOE).
Ceux de couleur verte n'ont pas de phase initiale négative à l'EOD. Ceux qui sont
en rouge ont une petite phase initiale négative en forme de pointe à l’EOD.
BIOGRAPHICAL SKETCH
CARL D. HOPKINS
Professor
Department of Neurobiology and Behavior
Cornell University, Ithaca, NY 14853
A. Professional Preparation
Bowdoin College, Brunswick,
ME
The Rockefeller University,
NY
U.C. San Diego
Physics, Mathematics
A.B., 1966
Animal Behavior (P. Marler, D.
Griffin)
Neuroscience (T.H. Bullock)
Ph.D., 1972
Post Doc. 19721973
B. Appointments
1982-present Professor, Department of Neurobiology and Behavior, Cornell University,
Ithaca, NY
2003 Fall
Visiting Scientist, Museum Nationale d’ Histoire Naturelle, Paris.
1996 Fall
Visiting Scientist, Musée Royal de l'Afrique Central, Tervuren, Belgium
1993 Fall
Visiting Scientist, Centre International de Recherches Medicales,
Franceville, Gabon
1973-1981
Assistant & Associate Professor, University of Minnesota, Minneapolis,
MN
C. Publications
i. Five publications closely related to this proposal
2007 Wong, R.Y. and C.D. Hopkins, Electrical and behavioral courtship displays in the
mormyrid fish Brienomyrus brachyistius. Journal of Experimental Biology, 2007:
p. 2244-2252. PDF
2006 Arnegard, M.E., B.S. Jackson, and C.D. Hopkins, Time-domain signal divergence
and discrimination without receptor modification in sympatric morphs of electric
fishes. Journal of Experimental Biology, 2006. 209(Pt 11): p. 2182-2198. PDF
2005 Arnegard, M.E., S.M. Bogdanowicz, and C.D. Hopkins, Multiple cases of striking
genetic similarity between alternate electric fish signal morphs in sympatry.
Evolution, 2005. 59(2): p. 324-343. PDF
2004 Sullivan, J.P., S. Lavoué, M.E. Arnegard and C.D. Hopkins, AFLPs resolve
phylogeny and reveal mitochondrial introgression within a species flock of African
electric fish (Mormyroidea: Teleostei). Evolution 2004. 58(4): p. 825-841. PDF
2002 Sullivan, J.P., S. Lavoué, and C.D. Hopkins, Discovery and phylogenetic analysis
of a riverine species flock of African electric fishes (Mormyridae, Teleostei).
Evolution, 2002. 56(3): p. 597-616. PDF
ii. Five other significant publications
2008 Hopkins, C.D., S. Lavoué, and J.P. Sullivan, Mormyridae, in Poissons d'eaux
douces et saumâtres de basse Guinée: Afrique Central de l'Ouest M.L.J.
Stiassny, G.G. Teugels, and C.D. Hopkins, Editors. 2008, IRD: Institut de
Recherche pour le Développement: Paris. PUBLISHER
2003
2000
1999
1981
Arnegard, M.E. and C.D. Hopkins, Electric signal variation among seven blunt
snouted Brienomyrus species (Teleostei: Mormyridae) from a riverine species
flock in Gabon, Central Africa. Environmental Biology of Fishes, 2003. 67: p. 321339. PDF
Sullivan, J.P., S. Lavoué, and C.D. Hopkins, Molecular systematics of the African
electric fishes (Mormyroidea: Teleostei) and a model for the evolution of their
electric organs. Journal of Experimental Biology, 2000. 203(4): p. 665-683. PDF
Xu-Friedman, M.A. and C.D. Hopkins, Central mechanisms of temporal analysis
in the knollenorgan pathway of mormyrid electric fish. Journal of Experimental
Biology, 1999. 202: p. 1311-1318. PDF
Hopkins, C.D. and A.H. Bass, Temporal coding of species recognition signals in
an electric fish. Science, 1981. 212: p. 85-87. PDF
D. Synergistic Activities
Science Education:
• I teach BioG101 at Cornell, Introductory Biology for c. 650 majors. Innovative
teaching efforts include use of interactive theater ensemble for dramatization of
ethical issues surrounding responsible conduct in research environments; a class
discussion with Carl Zimmer, NY Times science writer; and a focus on Malaria
biology.
• I team teach Introduction to Neurobiology with 5 other faculty.
• I have been Faculty in Residence and Faculty Fellow in the residence halls. I started
the Biology Dining Discussion group which invites faculty researchers to dinner with
undergraduates one day per week (3 years).
• I have been mentor for five RFU students (Research Experience for
Undergraduates).
• I have advised 1-3 undergraduate research students per semester for the past 18
years.
• There are 5 undergraduates currently working in the lab: (5) Natalie Trzcinski,
Collette Harris, Thomas Kraft, Brian Isett, Kevin Gardner.
Graduate Education:
• Director, National Institute of Mental Health Training Grant in Integrative
Neurobiology and Behavior (1986-present). National recruiter for underrepresented
minority graduate students.
• Director, Graduate Field of Neurobiology and Behavior, Cornell University (19992001).
• Current graduate students: (2) Laurieanne Dent, Jason Gallant.
Conference Organizer:
• SYMPOSIUM PARADI II (Freshwater fishes of Africa) International Organizing
Committee and invited speaker, South Africa (1998).
• 2003 Symposium Organizer: International Society for Neuroethology. Temporal
Coding.
• 2007 Symposium Co-Organizer: International Society for Neuroethology. Plasticity
in electrogenesis on multiple time scales.
E. Collaborators, Advisors, Advisees
i. Collaborators
Dr. Matthew Arnegard, U.B.C. Vancouver
Dr. Sébastien Lavoué, University of Tokyo;
Dr. Melanie Stiassany, American Museum Nat. Hist. NY
Dr. John P. Sullivan, Acad. Nat. Sci., Philadelphia
ii. Graduate and Postdoctoral Advisors
Dr. T.H. Bullock, (deceased); Dr. Peter Marler; U. C. Davis.
iii. Thesis or Post-Doc Advisor to:
Dr. Satoshi Amagai, Howard Hughes Medical Institute, Chevy Chase, MD; Dr. Matthew
Arnegard (U.B.C., Vancouver); Dr. Bruce Carlson (Washington Univ.); Dr. Sally Kim
(Cal.Tech.); Dr. Mary Hagedorn, National Zoo, Washington D.C.; Dr. John Sullivan,
Acad. Nat. Sci. Philadelphia; Dr. Dr. Matthew Xu-Friedman, SUNY Buffalo; David
Yager, Department of Psychology, Univ. Maryland.
Current graduate students (2), Current post docs (2).