Charline Pinna "Evolution de la transparence chez les lépidoptères mimétiques"
le Vendredi 17 décembre à 14h30
La soutenance est publique et sera retransmise à distance sur zoom:
- Composition du jury
| Mme Marianne ELIAS | Muséum national d'Histoire naturelle, ISYEB | Directrice de thèse |
| M. Tom SHERRATT | Carleton University | Rapporteur |
| Mme Nicola NADEAU | University of Sheffield | Rapporteure |
| Mme Christine ANDREAU | Muséum National d'Histoire Naturelle | Co-directrice de thèse |
| Mme Doris GOMEZ | Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive | Co-encadrante de thèse |
| M. Fabien CONDAMINE | Institut des Sciences de l'Evolution Montpellier | Examinateur |
| M. Mathieu JORON | Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive | Examinateur |
| M. Sébastien LAVERGNE | Laboratoire d'Ecologie Alpine | Examinateur |
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Résumés
Français
Le mimétisme mullérien est une interaction positive où des proies possédant des défenses et vivant au même
endroit partagent un même patron de coloration, qui avertit les prédateurs de leur toxicité. Chez les
Lépidoptères, les espèces aposématiques présentent généralement des patrons de coloration vifs et contrastés
qui convergent entre espèces co-mimes. Etonnamment, certains lépidoptères aposématiques et mimétiques
ont des ailes partiellement transparentes, ce qui soulève la question de l’implication des zones transparentes
dans le signal aposématique et de la façon dont la transparence est réalisée. Cette thèse à l’interface entre la
biologie évolutive et l’optique porte sur l’évolution de la transparence chez des lépidoptères mimétiques
néotropicaux : les papillons ithomiines (Nymphalidae : Danainae) et leurs co-mimes. La tribu des Ithomiini
comprend 393 espèces toxiques et aposématiques, dont 80% possèdent des ailes partiellement transparentes,
dont le motif est composé d’une mosaïque de zones colorées et transparentes. Dans le chapitre 1, nous
révélons une diversité insoupçonnée de micro- et nanostructures dans les zones transparents, qui sont plus
ou moins efficaces pour transmettre la lumière. A l’aide d’analyses comparatives, nous suggérons que les
propriétés de transmission des patchs transparents sont convergentes entre espèces co-mimes. Dans le
chapitre 2, grâce à l’exploitation de données de niche altitudinale et de hauteur de vol chez les ithomiines,
nous montrons que l’évolution des propriétés optiques des zones transparentes est plus influencée par le
mimétisme que d’autres facteurs écologiques. Dans le chapitre 3, à l’aide de mesures spectrophotométriques
et de la caractérisation des nanostructures alaires en microscopie électronique, nous montrons les propriétés
antireflets des nanostructures des zones transparentes et nous révélons que les nanostructures de type
‘nipples’, ‘pillars’ et ‘sponge’ sont plus efficaces pour limiter la réflexion de la lumière. Dans un quatrième
chapitre, en utilisant un échantillonnage dense de la tribu Ithomiini, nous observons la même diversité de
nanostructures que celle précédemment décrite et nous confirmons que la transmission de la lumière à
travers l’aile augmente quand la couverture de la membrane par les microstructures (i.e. les écailles) diminue
et quand la densité de nanostructures augmente. Enfin, nous présentons en annexe une phylogénie
préliminaire basée sur des éléments ultra conservés de la sous-tribu néotropicale des Pericopina (Erebidae),
dont beaucoup d’espèces sont engagées dans des interactions mimétiques avec des ithomiines, dans la
perspective d’études futures de l’évolution des patrons de coloration dans ce clade, en comparaison à celle
des ithomiines. Globalement, ce travail aura révélé une importante diversité de structures à l’origine de la
transparence, établi un lien entre ces structures et les propriétés optiques, et distingué la transparence en tant
que constituant du signal aposématique.
English
Müllerian mimicry is a positive interaction involving co-occurring defended prey that share a common
aposematic colour pattern advertising predators of their toxicity. In Lepidoptera, aposematic species
typically harbour bright and contrasted colour patterns that are convergent between co-mimetic species.
Surprisingly, some mimetic aposematic Lepidoptera have partially transparent wings, raising the question
of the implication of transparent patches in the aposematic signal and of the structural features underlying
transparency. This work lays at the interface between physics and biology and focuses on the evolution of
transparent wing in mimetic Neotropical Lepidoptera: ithomiine butterflies (Nymphalidae: Danainae) and
their co-mimics. The tribe Ithomiini comprises 393 toxic aposematic species, 80% of which have partially
transparent wings, combining transparent and brightly coloured patches. In the first chapter, we unravel an
unsuspected diversity of micro- and nanostructures in transparent wings, with different efficacies in
transmitting light. Using comparative analyses, we suggest that transmittance of transparent wing areas is
under selection for convergence in co-mimetic species. In the second chapter, using mimicry data and
ecological data on altitudinal repartition and flight height in ithomiines we show that the evolution of optical
properties of transparent patches is more driven by mimicry than by other ecological factors. In the third
chapter, using spectrophotometry and electronic microscopy to characterise wing nanostructures, we
demonstrate the antireflective properties of the nanostructures of transparent areas and reveal that nipple,
pillar and sponge nanostructure types are the most effective in limiting light reflection. In the fourth chapter,
using a dense taxonomic sampling of the Ithomiini tribe, we observe the same diversity in nanostructural
features as previously described, and confirm that light transmission increases when wing membrane
coverage by microstructures (i.e. scales) decreases and nanostructure density increases. Finally, we present
in appendix a draft phylogeny based on ultra-conserved elements for the arctiine neotropical subtribe
Pericopina, many species of which engage in mimicry with ithomiines, in the perspective of future studies
on mimicry pattern evolution in this clade, and comparison with ithomiine butterflies. Overall, this work
revealed a wide diversity of structures causing transparency, established a link between structural features
and optical properties of transparent wings, and highlighted transparency as part of the aposematic signal.
