Aux frontières des performances : approche comparative de la relation entre locomotion et âge pour différentes espèces

At the frontiers of performances : a comparative approach of the relationship between locomotion and age for different species

• Auteur / Autrice : Adrien Marck
• Direction : Jean-François Toussaint, Jean-Marc Di Meglio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie interdisciplinaire
• Date : Soutenance le 09/11/2016
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Frontières de l'innovation en recherche et éducation (Paris ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche biomédicale et d’épidémiologie du sport
• Jury : Président / Présidente : Jean-Michel Gaillard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Toussaint, Jean-Marc Di Meglio, Jean-Michel Gaillard, Gillian Butler-Browne, Éric Le Bourg, Michael Spedding, Florence Solari, Jean-François Lemaître
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gillian Butler-Browne, Éric Le Bourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Locomotion humaine

Aptitude -- Effets de l'âge

Mots clés libres

Biologie comparative du vieillissement

Expansion phénotypique

Limites physiologiques selon l’âge

Locomotion

Vieillissement

Comparative biology of aging

Phenotypic expansion

Physiological limits by age

Locomotion

Aging

Résumé

L’organisation biologique, du niveau moléculaire jusqu’au niveau des performances de l’organisme. La locomotion est une fonction neurophysiologique hautement intégrée illustrant un tel processus multi-échelle. Le déclin des performances de locomotion avec l’âge, comme la vitesse maximale, a été observé pour de nombreuses espèces, aussi bien en captivité qu’en milieu naturel. Cependant, ces descriptions restent souvent succinctes, sans précision sur la progression de ces performances au cours du vieillissement. Dans ces travaux, nous utilisons une équation bi-phasique pour décrire la relation entre performance de locomotion et âge sur l’ensemble de la durée de la vie pour Caenorhabditis elegans, Mus domesticus, Canis familiaris, Equus caballus et Homo sapiens. Les performances maximales de locomotion se révèlent être des bio-marqueurs robustes pour suivre la progression des performances sur l’ensemble de la durée de vie des animaux, permettant ainsi d’estimer le pic physiologique et le début du déclin des performances. De plus, dans tous les cas, nous remarquons que la forme de progression des performances maximales selon l’âge est similaire et conservée d’une espèce à l’autre ; seule varie la pente dans le temps, dépendant de l’espèce et la performance mesurée. L’observation des performances selon le genre ne montre pas de différence dans la forme de l’enveloppe. Néanmoins, elle révèle des écarts variables dans les performances maximales entre femelles et mâles selon les espèces. Enfin, les conditions thermiques affectent les performances maximales de locomotion, mais la forme de l’enveloppe reste aussi préservée. Nous avons ensuite étudié le développement et l’expansion de cette dynamique au cours du siècle dernier pour les performances athlétiques maximales d’Homo sapiens. Cette étude révèle que la forme s’est progressivement précisée au cours du temps en s’étendant à tous les âges et suivant homothétiquement la progression des records du monde. Néanmoins, la progression semble ralentir au cours des dernières décennies, laissant présager l’atteinte possible des limites biologiques d’Homo sapiens. Ces travaux offrent de nouvelles perspectives sur l’utilité des approches comparatives et l’utilisation d’un bio-marqueur comme les performances de locomotion pour suivre les dynamiques sur l’ensemble de la durée de vie à différentes échelles. Elles apportent aussi un regard novateur sur la progression des performances avec l’âge, en intégrant à la fois les processus de développement et de vieillissement, permettant ainsi de préciser les pics physiologiques et la forme des progressions des performances sur toute la durée de la vie.

Aging is a complex, multi-scale process that affects all levels of biological organization from molecular structure to individual behavior. Locomotion is a highly integrated neurophysiological function that illustrates this process. The functional decline in locomotion with age has been described in a wide-range of species, both domestic and wild, and appears as a common aspect of senescence among animals. However, in most cases these descriptions remain incomplete and the dynamics of age-related changes are poorly understood. Here, we use a conceptual feature to describe age-related changes in locomotor performances for Caenorhabditis elegans, Mus domesticus, Canis familiaris, Equus caballus and Homo sapiens. We show that measurements of locomotor performance are consistent biomarkers of age-related changes, with a well preserved pattern regardless of the type of effort or duration. We also show that age-related pattern for locomotor performance are modulated by gender and environment. Nevertheless, in every case, the pattern remains similar and very well preserved. The second part of this work introduces the concept of phenotypic expansion and focuses on the expansion of the age-related pattern for Homo sapiens during the last century. Since the first edition of modern Olympic Games in 1896, athletes have consistently improved previous records, echoing scientific and industrial progress. Their data constitute privileged and accurate biomarkers, as sport performances reflect highly integrated neuro-physiological traits based on complex multifactorial interactions. Following the progression of the world records, the age-related pattern expanded gradually during the 20th century. However, the last decades show a slow-down in the expansion, following again the recent asymptotic levelling off of world records, which no longer supports the historical motto “Citius, Altius, Fortius”. This work provides new insights about the utility of an age-based comparative approach to provide a thorough understanding of aging processes and also for gaining insights into aging at different levels of biological organization and in an evolutionary perspective.