Etude des conséquences de la pollution lumineuse nocturne chez un insecte diurne (Venturia canescens) : réponses comportementales et physiologiques

Consequences of artificial light at night on a diurnal insect (Venturia canescens) : behavioural and physiological responses

• Auteur / Autrice : Elisa Gomes
• Direction : Emmanuel Desouhant, Isabelle Amat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie évolutive
• Date : Soutenance le 24/03/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• 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 de Biométrie et Biologie Evolutive
• Jury : Président / Présidente : Patricia Gibert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Desouhant, Isabelle Amat, David Renault, Theresa Jones, Philippe Louâpre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Renault, Theresa Jones

Mots clés

Mots clés contrôlés

Comportement animal

Insectes

Évolution

Physiologie

Venturia canescens

Pollution lumineuse

Mots clés libres

Pollution lumineuse nocturne

Guêpe parasitoïde

Comportement d'approvisionnement

Traits d'histoire de vie

Succès reproducteur

Mélatonine

Expression de gènes

Nocturnal light pollution

Parasitoid wasp

Foraging behaviour

Life history traits

Reproductive success

Melatonin

Gene expression

Résumé

La pollution lumineuse, définie comme la modification des niveaux naturels de lumière nocturne par des sources lumineuses artificielles, est une perturbation anthropique très répandue qui touche quasiment tous les écosystèmes sur Terre. Elle provient principalement de l'éclairage public, mais peut également prendre la forme du « skyglow », un halo lumineux dû à la diffusion de la lumière par les particules présentes dans l'atmosphère qui s'étend sur des centaines de kilomètres autour des zones urbanisées. Pendant longtemps, la pollution lumineuse a été moins étudiée que d'autres perturbations anthropiques telles que le changement climatique. Cependant, un nombre croissant d'études a mis en évidence ses nombreuses conséquences biologiques sur un grand nombre d'organismes à tous les niveaux d’organisation biologique (individus, populations, écosystèmes). La pollution lumineuse est donc désormais considérée comme un acteur important du changement global, et représente une préoccupation majeure pour la santé humaine et la biodiversité. Les études sur la pollution lumineuse se sont surtout intéressées aux organismes nocturnes, plus susceptibles d'être perturbés par la présence de lumière pendant la nuit. Ce constat est particulièrement vrai pour les insectes, comme l'attestent de nombreuses études s’intéressant à l’attractivité des lumières artificielles sur les papillons de nuit ou à la modification du comportement de signalement par flash lumineux chez les lucioles en présence de pollution lumineuse. Au contraire, les conséquences de la pollution lumineuse sur les insectes diurnes sont peu connues. L’objectif de ma thèse était donc d'étudier expérimentalement les changements causés par la pollution lumineuse chez un parasitoïde diurne, Venturia canescens. Pour cela, je me suis intéressée à différents traits comportementaux, physiologiques et d’histoire de vie de femelles exposées à différentes intensités de pollution lumineuse. La première partie de mon travail porte sur les modifications de traits comportementaux liés à l'efficacité parasitaire et au succès reproducteur, en lien avec les réserves énergétiques, aux niveaux intra et transgénérationnels. J'ai démontré que la pollution lumineuse conduisait les femelles à être actives et à chercher de la nourriture et des hôtes la nuit. De plus, j'ai montré que la lumière nocturne, selon son intensité, modifiait également le comportement d’approvisionnement des femelles parasitoïdes pendant la journée, sans affecter leurs réserves énergétiques. En effet, une préférence accrue pour la recherche d'hôtes a été constatée chez les femelles exposées à une pollution lumineuse de faible intensité. Cependant, la pollution lumineuse ne semble pas avoir un fort effet sur le succès reproducteur de Venturia canescens. Enfin, la pollution lumineuse agit également au niveau transgénérationnel, en influençant le comportement alimentaire ainsi que le temps de développement des descendants. Dans la seconde partie de mon travail, je me suis intéressée à un trait physiologique, la production de mélatonine. La mélatonine est une hormone clé impliquée dans la régulation du rythme circadien des organismes. On sait de plus qu’elle est fortement influencée par la présence de lumière pendant la nuit. Cette hormone est donc susceptible de jouer un rôle majeur dans les changements phénotypiques observés chez les organismes soumis à la pollution lumineuse. La mélatonine a été bien étudiée chez les vertébrés, en particulier les mammifères, mais les connaissances sur sa synthèse et son rythme circadien chez les insectes sont rares. J'ai donc développé deux méthodes de quantification de la mélatonine chez Venturia canescens, afin de décrire sa dynamique sur un cycle de 24 heures en l'absence de pollution lumineuse. Ces travaux pourront ainsi servir de base à de futures études souhaitant tester expérimentalement l'effet de la pollution lumineuse sur la synthèse de mélatonine chez Venturia canescens.

Light pollution, defined as the alteration of night natural lighting levels by artificial light sources, is a widespread anthropogenic disturbance that affects almost every ecosystem on Earth. It mainly comes from direct illumination due to public street lighting, but can also take the form of skyglow (i.e. the scattering of upwardly-emitted light into the atmosphere) which extends over hundreds of kilometres around urbanised areas. For a long time, light pollution had received less attention than other types of anthropogenic disturbances such as climate change. However, a growing number of studies have highlighted its numerous biological consequences on a large number of organisms, and at all levels of biological organisation (individuals, populations, ecosystems). Light pollution is therefore now considered as an important driver of global change and a major concern for human health and biodiversity. Studies on light pollution have mainly focused on nocturnal organisms, which are more likely to be disturbed by the presence of light at night. This is particularly true for insect, as evidenced by numerous studies that investigated the attractiveness of artificial light sources on moths or the modification of flashing activities in fireflies exposed to light pollution. On the contrary, very little is known about consequences of light pollution on diurnal insects. The aim of my thesis was therefore to investigate experimentally the changes induced by light pollution in a diurnal parasitoid, the wasp Venturia canescens. To do this, I studied behavioural, life-history and physiological traits of female wasps exposed to various intensities of light pollution. My work was divided in two parts. The first part dealt with changes in behavioural traits related to parasitic efficiency and lifetime reproductive success, in relation to energy reserves, at the intra- and trans-generational levels. I demonstrated that light pollution led diurnal wasps to become active and search for food and hosts at night. In addition, I showed that light at night, depending on its intensity, also modified wasps’ daytime foraging behaviour, but without affecting their energy reserves. Indeed, there was an increased preference for host searching in wasps exposed to low intensity light pollution. However, light at night does not seem to have a strong effect on the lifetime reproductive success of Venturia canescens. Finally, light pollution also acted at trans-generational level, influencing offspring feeding behaviour and development time. In the second part of my work, I focused on a physiological trait, the production of melatonin. Melatonin is a key hormone involved in the regulation of circadian rhythm in organisms. It is also known to be strongly impacted by the presence of light at night. This hormone is therefore likely to play a major role in the phenotypic changes observed in organisms exposed to light pollution. Melatonin has been well studied in vertebrates, especially mammals, but knowledge of its synthesis and circadian rhythm in insect is scarce. I therefore developed two methods for quantifying melatonin in Venturia canescens, in order to describe its dynamics over a 24-hour cycle in the absence of light pollution. This work could thus serve as a basis for future studies to experimentally test the effect of light pollution on melatonin synthesis in Venturia canescens.