Est-ce que les stades de développement vulnérables limitent son potentiel invasif ?

Do vulnerable life-history stages of Xenopus laevis reduce its invasion potential ?

• Auteur / Autrice : Natasha Kruger
• Direction : Jean Secondi, Anthony Herrel, G. John Measey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie, biologie évolutive et biologie des populations
• Date : Soutenance le 09/03/2020
• Etablissement(s) : Lyon en cotutelle avec Universiteit Stellenbosch (Afrique du Sud)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Écologie, des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Pierre-André Crochet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean Secondi, G. John Measey, Rui Rebelo, Lin Schwartzkopf, Caitlin Gabor, Tammy Robinson, Sandrine Plénet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rui Rebelo, Lin Schwartzkopf

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stratégies anti-prédatrices

Plasticité phénotypique

Animaux -- Adaptation

Dactylèthre du Cap

Mots clés libres

Grenouille africaine à griffes

Têtard

Performance

Développement

Morphologie

Survie

African clawed frog

Tadpole

Performance

Development

Morphology

Survival

Résumé

Le Xénope lisse, Xenopus laevis (Daudin, 1802) est originaire d'Afrique australe et envahissante sur quatre continents. Cette étude visait à comprendre quatre aspects majeurs de l’invasion du Xénope lisse. Premièrement, j'ai évalué le niveau de plasticité phénotypique et d'adaptation locale des têtards de X. laevis des deux régions pluviométriques de l'aire de répartition d’origine, car cette connaissance pourrait fournir des informations sur le niveau de plasticité phénotypique au sein de l'aire colonisée en France. J'ai effectué une expérience d'échange réciproque en utilisant des mésocosmes en milieu extérieur. J'ai mesuré la taille du corps, le moment de la métamorphose et la survie des têtards (stade NF 45 - 66). J'ai trouvé que la plasticité phénotypique et l'adaptation locale déterminaient le phénotype du têtard dans les régions deux régions pluviométriques (précipitations hivernales ou estivales). J'ai également identifié un coût à la survie chez les individus transférés dans l'autre région climatique. Deuxièmement, chez les amphibiens, les caractères phénotypiques des têtards peuvent être couplés ou découplés des caractères liés à la dispersion chez les adultes. Un processus de spatial sorting a été observé chez des adultes de X. laevis. J'ai ainsi testé si ce processus modifiait la morphologie et les traits d'histoire de vie des têtards en raison d’un couplage traits entre les stades. J'ai mené des expériences en environnement commun dans des microcosmes au laboratoire et des mésocosmes en milieu extérieur. J'ai comparé la taille du corps, le moment de la métamorphose et la survie entre les têtards du centre et de la périphérie de la zone colonisée, mais je n'ai trouvé aucun effet de la position dans la zone colonisée sur le phénotype du têtard. La seule différence détectée dans les deux expériences réalisées en mésocosme et en laboratoire était la plus grande taille corporelle des individus post-métamorphiques à la périphérie. Ces résultats soutiennent l'hypothèse d'un découplage entre les traits adultes et les traits phénotypiques têtards.Troisièmement, j'ai évalué si le degré de plasticité phénotypique avait changé entre le noyau et la périphérie pendant le processus d'expansion. J'ai testé cette hypothèse pour la population invasive de X. laevis. J'ai mesuré les limites thermiques critiques et modélisé les courbes de performances thermiques pour le comportement de déclenchement de la nage (vitesse, accélération et sinuosité) des têtards du centre et de la périphérie ayant été élevés à trois températures de développement (basse, intermédiaire et élevée). J'ai trouvé que la position dans la distribution et la température de développement avaient des effets significatifs. Cependant, aucune différence n'a été détectée entre les performances de nage des têtards du centre et de la périphérie s’étant développés à la même température. Les têtards élevés à la température élevée se sont acclimatés à des températures plus chaudes. En revanche, les têtards ont montré une capacité d’acclimatation limitée à des températures basses. Enfin, j'ai testé si les têtards identifiaient et répondaient à de nouveaux prédateurs dans leur zone colonisée. Xenopus laevis peut rencontrer de nouveaux prédateurs aquatiques. J'ai testé si les têtards naïfs de la population invasive française présentaient une réponse anti-prédatrice aux prédateurs locaux et si la réponse dépendait du degré de parenté avec les prédateurs de l'aire d’origine. J'ai exposé des têtards naïfs élevés en laboratoire à un gastéropode aquatique non-prédateur, un coléoptère prédateur indigène, et une écrevisse prédatrice invasive. J'ai trouvé que les têtards réduisaient naturellement leur activité lorsqu'ils étaient exposés à des signaux olfactifs du coléoptère et de l'écrevisse, mais pas à des signaux du gastéropode

The African clawed frog, Xenopus laevis (Daudin, 1802) is native to southern Africa but is invasive on four different continents. This study aimed to understand four major aspects of the African clawed frogs’ invasion in western France. Firstly, I assessed for the level of phenotypic plasticity and local adaptation of X. laevis tadpoles from the two contrasting rainfall regions in the native range, as this could provide information on the level of phenotypic plasticity in the French invasive range. The winter rainfall region is characterised by colder temperature and a winter rainfall pattern whereas the summer rainfall region is characterised by warmer temperatures and a summer rainfall pattern. I performed a reciprocal exchange experiment using outdoor mesocosms. I found that both phenotypic plasticity and local adaptation determined the tadpole phenotype in the winter and summer rainfall regions. I also identified a survival cost in individuals translocated to the other region. However, the cost was lower for winter rainfall tadpoles. Thus, the interaction between phenotypic plasticity and local adaptation likely explains the persistence of this species in contrasting environments. Secondly, in amphibians, tadpole phenotypic traits can be coupled or decoupled to dispersal traits in adults. Spatial sorting has been observed in adults of X. laevis in western France. Thus, I tested whether spatial sorting altered the morphology and life-history traits of tadpoles due to the coupling of traits between stages. I conducted common garden experiments in laboratory microcosms and outdoor mesocosms. I compared body size, timing of metamorphosis and survival between tadpoles from the core and from the periphery of the invasive range but found no effects of the position in the invasive range on tadpole phenotype. The only difference in both the outdoor and laboratory experiments was the larger body size of post-metamorphic individuals at the periphery. These findings support the hypothesis of decoupling between adult traits and tadpole phenotypic traits. Decoupling can allow each stage of the complex life cycle to respond independently to environmental conditions. Thirdly, I assessed whether the degree of phenotypic plasticity changed between the core and the periphery during the expansion process. I tested this hypothesis for invasive X. laevis in western France. I measured the critical thermal limits and modelling the thermal performance curves of the burst swimming performance (velocity, acceleration, and sinuosity) of core and periphery tadpoles reared at three developmental temperatures (low, intermediate, and high). I found that both the position in the distribution (core/ periphery) and the developmental temperature was significant in determining burst swimming performance. However, no differences were identified between the performance of core and periphery tadpoles reared in the same developmental temperature. Tadpoles reared at the high temperature acclimated their performance to warmer temperatures, however, tadpoles displayed limited acclimation to cooler temperatures. Finally, I tested whether tadpoles identified and responded to novel predators in their invasive range. In western France, X. laevis can encounter novel aquatic predators. I tested whether naïve tadpoles from the invasive French population exhibited anti-predator response to local predators, and whether the response depended on the degree of relatedness with predators in the native range. I exposed naïve lab-reared tadpoles to a non-predatory water snail, Planorbarius corneus, a native predatory beetle, Dytiscus dimidiatus, and an invasive predatory crayfish, Procambarus clarkii. I found that tadpoles innately reduced their activity when exposed to beetle and crayfish olfactory cues, but not to snail cue. This demonstrates that invasive tadpoles respond to known and novel predators regardless of the evolutionary history of the prey-predator interaction