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.

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.

Jean-Daniel MBEGA Institut de Recherches Agronomiques et Forestières B.P. 2246 Libreville/Gabon

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 - Co-responsable de mission Department of Neurobiology and Behavior Cornell University Ithaca, New York 14853 U. S. A. Office Tel: 1-(607)-255-2259Lab 1-(607)-254-4384 Fax: 1-(607)-254-1303 Cell 1-(607)-592-5156 Email cdh8@cornell.eduCurriculum vitae : voir p. 20 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: 1 (314) 935-3486 Lab: 1 (314) 935-3487 Fax: 1 (314) 935-4432 Email: carlson.bruce@gmail.com 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: 1-607)-254-4384 Fax 1-(607)-254-1303 Email jrg63@cornell.edu

3. Coordonnées de l’organisme de rattachement Carl D. Hopkins et Jason Gallant: CORNELL UNIVERSITY Department of Neurobiology and Behavior 263 S. G. Mudd Hall ITHACA, NEW YORK 14853 U.S.A.

Bruce Carlson: 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: jdmbega@yahoo.fr 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 species-specific 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 simple-unités 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 États-Unis. 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 jdmbega@yahoo.frReply-To: jdmbega@yahoo.frSubject: Re: Re : Gabon 2009To: cdh8@cornell.edu 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: jdmbega@yahoo.frEn date de : Ven 27.6.08, Carl D Hopkins <cdh8@cornell.edu> a écrit :

De: Carl D Hopkins <cdh8@cornell.edu> Objet: Re: Re : Gabon 2009 À: jdmbega@yahoo.fr 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: jdmbega@yahoo.fr">jdmbega@yahoo.fr</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

Physics, Mathematics A.B., 1966

The Rockefeller University, NY

Animal Behavior (P. Marler, D. Griffin)

Ph.D., 1972

U.C. San Diego Neuroscience (T.H. Bullock) Post Doc. 1972-1973

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 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. 321-339. PDF

2000 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

1999 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

1981 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 (1999-2001).

• 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).