Co-évolution des couleurs et des formes chez les papillons du genre Charaxes

Co-evolution of wing colours and shapes in Charaxes butterflies

• Auteur / Autrice : Antoine Parsekian
• Direction : Vincent Debat, Marianne Elias
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'évolution
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2024
• Etablissement(s) : Paris, Muséum national d'histoire naturelle
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la nature et de l'Homme : évolution et écologie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Systématique, Évolution, Biodiversité

Mots clés

Mots clés libres

Couleurs

Formes

Évolution

Vol

Prédation

Papillons

Evolution

Flight

Butterflies

Predation

Shapes

Colours

Résumé

Comme beaucoup d'insectes, les papillons sont soumis à une forte pression de prédation. Les ailes des papillons sont particulièrement grandes, en comparaison avec les autres insectes, et elles interviennent de ce fait dans les défenses anti-prédation. Ainsi, la forme des ailes est liée aux capacités de vol et de fuite, et peut aussi causer la déflection des attaques loin du corps (présence de queue). D'autre part, les couleurs des ailes peuvent être impliquées dans le camouflage, l'aposématisme et le mimétisme, l'effarouchement du prédateur ou à nouveau la déflexion des attaques. Les motifs colorés des ailes de papillons sont généralement étudiés indépendamment de la forme des ailes. Pourtant les effets visuels de ces motifs dépendent du vol, notamment pour l'échappement aux prédateurs ou les parades sexuelles. Or le vol est lui-même largement déterminé par la forme des ailes. On prédit donc à une étroite co-évolution entre couleurs et formes des ailes. Ce projet vise à quantifier cette coévolution chez un genre de papillons très diversifié en tailles, formes et couleurs des ailes, le genre Charaxes (env. 250 sp). Trois aspects liés à la prédation seront en particulier explorés : (i) l'existence de « mimétisme de fuite » : les Charaxes sont des papillons au vol très rapide. Leur capacité à échapper aux prédateurs, en partie lié à leurs ailes courtes et robustes, serait à l'origine de nombreuses convergences de motifs colorés. (ii) L'effet déflecteur d'attaques des queues sur les ailes postérieures, et leur association avec des marques colorées contrastantes. (iii) Le cryptisme de certaines espèces, combinant formes allongées et motifs ventraux cryptiques (papillons-feuilles). La thèse reposera sur deux volets complémentaires. (a) L'étude précise des pressions de sélection affectant la covariation entre formes et couleurs sera menée chez quelques espèces de Charaxes sympatriques de Côte d'Ivoire par l'analyse vidéographique du vol et par l'étude des attaques d'oiseaux en captivité. (b) A l'échelle du genre entier, la co-diversification de la forme et des patrons de couleurs sera quantifiée dans un contexte phylogénétique, à partir du phénotypage des spécimens de la collection du Muséum. La combinaison de ces deux échelles permettra d'identifier les pressions de sélection affectant la forme et la couleur des ailes des papillons et d'évaluer leurs conséquences macro-évolutives sur la co-diversification de ces traits. Les Charaxes ont fait l'objet de nombreuses études, leur écologie est relativement bien connue et les collections du Muséum permettent un bon échantillonnage. Ce travail s'appuiera sur une phylogénie récemment publiée qui couvre une grande partie des espèces reconnues et sur des méthodes de phénotypage de morphométrie géométrique et de machine learning développées dans l'équipe. Nous examinerons si le type de défense, mimétisme de fuite, colorations cryptiques (papillons-feuilles) et déflection d'attaques (queues), affecte l'association des formes et des colorations. Ainsi, la covariation à large échelle entre présence de queues et marques colorées contrastantes sera testée.

Like many insects, butterflies are subject to strong predation pressure. Butterfly wings are particularly large compared to other insects, and they play a role in anti-predation defenses. Thus, the wing shape is linked to flying and escaping abilities, and it can also cause the deflection of attacks away from the body (presence of tails). On the other hand, wing colours may be involved in camouflage, aposematism, mimicry, predator intimidation, or again, deflection of attacks. The colorful patterns on butterfly wings are generally studied independently of wing shape. However, the visual effects of these patterns depend on flight, especially for escaping predators or sexual displays. Flight, in turn, is largely determined by wing shape. Therefore, a close co-evolution between wing colours and shapes is predicted. This project aims to quantify this co-evolution in a highly diversified genus of butterflies in terms of wing sizes, shapes, and colors - the Charaxes genus (approx. 250 species). Three aspects related to predation will be particularly explored: (i) the existence of 'escape mimicry': Charaxes butterflies have a very fast flight. Their ability to escape predators, partly linked to their short and robust wings, would be the origin of numerous convergences in colorful patterns. (ii) The deflector effect of attacks on tails on the hind wings and their association with contrasting colour markings. (iii) The crypsis of certain species, combining elongated shapes and cryptic ventral patterns (leaf-mimic butterflies). The thesis will rely on two complementary aspects. (a) The precise study of selection pressures affecting the covariation between shapes and colours will be conducted in a few sympatric Charaxes species in Côte d'Ivoire through videographic analysis of flight and the study of attacks by captive birds. (b) At the scale of the entire genus, the co-diversification of shape and colour patterns will be quantified in a phylogenetic context, based on the phenotyping of specimens from the Museum's collection. The combination of these two scales will allow the identification of selection pressures affecting the shape and colour of butterfly wings and the assessment of their macroevolutionary consequences on the co-diversification of these traits. Charaxes butterflies have been the subject of numerous studies, and their ecology is relatively well-known, with the Museum's collections providing a good sampling. This work will be based on a recently published phylogeny that covers a large part of the recognized species and on phenotyping methods of geometric morphometrics and machine learning developed within the team. We will examine if the type of defense - escape mimicry, cryptic colourations (leaf-mimic butterflies), and attack deflection (tails) - affects the association of shapes and colorations. Thus, large-scale covariation between the presence of tails and contrasting colored markings will be tested.