Histoire d’une convergence évolutive : évolution des défenses chimiques au sein de communautés de papillons mimétiques

Porteur du projet :         Violaine LLAURENS - UMR 7205 / ISYEB

Co-porteur du projet :    UMR7245 / MCAM - Bastien NAY

UMR associées :            UMR 7205 - Marianne Elias

Etudiant recruté :            Ombeline SCULFORT

Période & durée du projet : 2016 – 3 ans

Présentation du projet :

De nombreuses espèces de papillons toxiques possèdent des motifs de couleurs vives, constituant un signal d’alerte pour les prédateurs. En populations naturelles, on observe fréquemment des convergences évolutives de ces motifs colorés entre espèces phylogénétiquement distantes, formant ainsi des ‘cercles mimétiques’ composés de plusieurs espèces à l’apparence similaire (Sherratt, 2008). En effet, plus le nombre d’individus et/ou d’espèces partageant le même motif coloré est grand, plus ce signal d’alerte est efficacement appris par les prédateurs qui subissent les effets des défenses chimiques des papillons mimétiques (Müller, 1879; Ruxton et al., 2004). L’évolution des défenses chimiques au sein des lignées de Lépidoptères a donc probablement joué un rôle important dans l’émergence de la convergence évolutive pour le signal d’alerte coloré entre espèces mimétiques. Ces défenses peuvent provenir de l’alimentation ou être synthétisées par les papillons, et peuvent ainsi présenter d’importantes variations intra et inter-spécifiques qui à leur tour ont des conséquences sur le comportement des prédateurs et la dynamique du mimétisme. Dans le cadre de cette thèse nous nous intéresserons à deux clades néotropicaux d’espèces mimétiques très divergents (≈ 90 millions d’années), les tribus Heliconiini et Ithomiini, dans lesquelles l’acquisition de la toxicité se déroule de manière contrastée mais dont certaines espèces présentent des ressemblances frappantes. Chez les Heliconiini, la toxicité provient de glucosides cyanogènes acquis au stade larvaire à partir de la consommation de leurs plantes hôtes, les passiflores (Passifloraceae), ou d’une biosynthèse endogène chez le papillon adulte. En revanche, chez les Ithomiini, la toxicité provient d’alcaloïdes pyrrolizidiques acquis au stade adulte à partir de fleurs d’Asteraceae, de Boraginaceae, et d’Apocynaceae (Trigo, 2011). Les origines végétales variées et la possibilité d’une origine endogène de la toxicité ainsi que la différence dans les stades développementaux où la toxicité est acquise (chenille ou adulte) suggèrent une évolution différente de la toxicité dans ces deux tribus.  
Le financement d’un stage M2 par le Labex BCDiv en 2015 a permis d’initier ce projet entre l’UMR 7205 et l’UMR 7245, en montrant qu’il existe des variations quantitatives et qualitatives des glucosides cyanogènes entre espèces d’Heliconius (Heliconiini). Les résultats de stage suggérent que ces variations pourraient être liées à l’abondance des différents cercles mimétiques auxquelles ces espèces appartiennent mais aussi à la spécialisation des chenilles sur leur plante-hôte.

Résultats espérés :

L’objectif de la thèse sera donc de répondre à trois questions principales pour comprendre l’évolution des défenses chimiques chez les papillons mimétiques :
1)    Quelles sont les variations qualitatives et quantitatives des composés toxiques au sein des radiations des papillons Heliconiini et Ithomiini ?
2)    Quelle est l’origine métabolique des variations des défenses chimiques dans les clades étudiés ?
3)    Comment les contraintes phylogénétiques, les voies d’acquisition des composés toxiques et la sélection par les prédateurs influencent-t-elles l’évolution de la toxicité chez des espèces mimétiques ?