Agathe PUISSANT

La soutenance se déroulera en anglais, devant un jury composé de :

Je partagerai un lien Zoom pour suivre la soutenance à distance.

Au plaisir de vous y voir !

La soutenance sera suivie d’un pot au bâtiment d’Anatomie Comparée.

Agathe Puissant

• Résumé de thèse :

Les interactions entre espèces au sein des communautés locales jouent un rôle clé dans la diversification phénotypique à grande échelle. La sélection naturelle par les prédateurs et la sélection sexuelle par les conspécifiques peuvent favoriser l’évolution de phénotypes complexes, potentiellement vers des valeurs de traits différentes. Cependant, estimer l’influence relative de ces facteurs biotiques sur l’évolution phénotypique par rapport aux facteurs abiotiques et aux processus neutres, tels que la dérive génétique et les contraintes développementales, reste un défi, en particulier à une échelle phylogénétique large. Les papillons présentent des phénotypes complexes, composés de couleurs, motifs et formes d’ailes. L’évolution de ces phénotypes est influencée par les interactions interspécifiques avec les prédateurs et les autres papillons. En sympatrie, la sélection naturelle par les prédateurs peut mener à l’évolution de signaux aposématiques chez les espèces non comestibles, et conduire à la convergence de motifs entre espèces via le mimétisme. Inversement, les espèces sympatriques phénotypiquement similaires peuvent être sujettes à des interférences reproductives, entraînant une divergence des motifs. Estimer la variation phénotypique entre espèces permet d’évaluer l’impact de la sélection naturelle et sexuelle dans l’évolution de tels traits visuels complexes. Les Papilionidae sont une famille dont les relations phylogénétiques sont bien définies et qui présente de grandes variations de motifs et de formes, ce qui en fait un bon modèle pour étudier les forces évolutives impliquées dans la diversification phénotypique. Dans ma thèse, j’ai développé une méthode de deep learning qui permet de quantifier la similarité des motifs, permettant des comparaisons entre espèces éloignées phylogénétiquement. Dans un premier chapitre, j’ai testé l’effet de la sympatrie sur la convergence et la divergence des motifs des Papilionidae selon divers degrés d’apparentement phylogénétique, à l’aide de photographies standardisées de spécimens de musée de plus de 260 espèces. J’ai trouvé de la convergence chez les espèces sympatriques, montrant que les interactions interspécifiques médiées par les prédateurs influencent la diversification phénotypique à large échelle. De plus, la convergence est plus probable chez les espèces éloignées, tandis que la divergence est limitée aux espèces étroitement apparentées, notamment chez les mâles, en accord avec un effet des interférences reproductives. Dans un second chapitre, j’ai examiné la diversification des motifs de couleur ultraviolette chez les Papilionidae. J’ai montré une évolution décorrélée des signaux UV sur le côté dorsal et ventral, une tendance non observée en lumière visible. De plus, j’ai trouvé une divergence du signal UV sur le côté ventral des mâles en sympatrie, suggérant que l’évolution des motifs UV des mâles est façonnée par la préférence des femelles pour des signaux visuels spécifiques à l’espèce. Troisièmement, j’ai étudié la coévolution de la forme des ailes et des motifs colorés des Papilionidae. J’ai évalué l’évolution conjointe de la forme de la queue des ailes postérieures et de certains éléments de motifs, telles que les taches marginales contrastantes, qui contribuent probablement à des syndromes visuels de déflection de prédation. J’ai trouvé une histoire évolutive partagée de la diversification des formes et des motifs, ainsi que des preuves de l’évolution répétée de syndromes visuels liés à la prédation le long de la phylogénie. Dans l’ensemble, ma thèse contribue à l’évaluation des forces évolutives façonnant l’évolution des motifs colorés des ailes chez les papillons et, plus largement, permet de faire progresser les connaissances sur l’impact des interactions interspécifiques sur la diversification de phénotypes complexes à large échelle phylogénétique.

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The defense will be conducted in English with the following jury:

• Dr. Violaine LLAURENS (Muséum national d’Histoire naturelle) - Thesis Advisor
• Dr. Roger VILA (Institut de Biologia Evolutiva, CSIC-UPF) - Examiner
• Dr. Johanna MAPPES (University of Helsinki) - Examiner
• Dr. Jacqui SHYKOFF (IDEEV) - Examiner
• Dr. Hélène MORLON (École Normale Supérieure) - Reviewer
• Dr. Julien RENOULT (CEFE-CNRS) - Reviewer

I will share a Zoom link for those who wish to follow the defense remotely.

Looking forward to seeing you there!

• Abstract :

Interspecific interactions among species within local communities likely play a major role in phenotypic diversification at a large evolutionary scale. Natural selection by predators and sexual selection by conspecifics may drive the evolution of complex phenotypes, and potentially towards different trait values. However, estimating the relative influence of these biotic factors on phenotypic evolution compared to abiotic factors and neutral processes, such as genetic drift and developmental constraints, remains challenging, particularly at a broad phylogenetic scale. Butterflies display complex visual phenotypes, composed of various wing colours, patterns, shapes and sizes. The evolution of these complex phenotypes is likely influenced by selection stemming from interspecific interactions with both predators and other butterflies. In sympatric species, natural selection exerted by predators may indeed drive the evolution of conspicuous aposematic colour pattern in unpalatable species, and lead to the convergence of wing colour patterns (mimicry). Conversely, sympatric butterfly species displaying similar visual appearance may experience reproductive interferences, promoting wing colour pattern divergence. Assessing phenotypic variation among butterfly species allows us to assess the balance between natural and sexual selection acting on the evolution of a complex visual trait. Swallowtail butterflies (Papilionidae) are a widely distributed family with well-defined phylogenetic relationships and extensive variation in wing colour and shape, making them an ideal model for studying the evolutionary forces driving phenotypic diversification. In my thesis, I developed a novel homology-free deep learning method to quantify colour pattern similarity across species, enabling comparisons of both closely and distantly related species. In a first chapter, I then tested for the effect of sympatry on wing colour pattern convergence and divergence across various degrees of phylogenetic relatedness, using standardized photographs of museum specimens from over 260 Papilionidae species. This study uncovered prevalent convergence in sympatric species, showing that predator-mediated interspecific interactions may drive phenotypic evolution at a global scale. Moreover, I found that convergence is more likely to happen between distantly-related species, while divergence is restricted to closely-related species and particularly to male phenotypes, in line with an effect of reproductive interferences. Secondly, I investigated the diversification of ultraviolet colour pattern diversification in Papilionidae butterflies using ultraviolet photography of museum specimens from 77 species. Particularly, I found decoupled UV evolution of the dorsal and the ventral side of Papilionidae wings, a trend not observed in visible light. Additionally, I found divergence of UV signal on the ventral side of sympatric males suggesting that the evolution of males UV-reflected patterns may be shaped by female preferences for species-specific cues. Lastly, I focused on the coevolution of wing shape and colour pattern in Papilionidae. I assessed the joint evolution of hindwing tail shape and particular features of the colour pattern, such as marginal conspicuous spots likely contributing to predation-deflection visual syndromes. I found a shared evolutionary history of tail shape and colour pattern diversification, and uncover evidence for the repeated evolution of predation-linked visual syndromes throughout the phylogeny. Overall, my thesis contributes to the appraisal of the evolutionary forces shaping wing colour pattern evolution in butterflies, and more broadly, advances knowledge of how interspecific interactions drive the diversification of complex phenotypes at a large phylogenetic scale.