biologie, comportement et systématique de deux sous-espèces de oleria onega (ithomiinae,...

Biologie, comportement et systématique de deux sous-espèces

de Oleria onega (Ithomiinae, Nymphalidae) du nord-est du Pérou

Stéphanie Gallusser

Thèse de doctorat présentée le 11 mars 2002

Laboratoire d’écologie animale et entomologie

Université de Neuchâtel

Le système• Deux sous-espèces de papillons: Trois différences

principales:

Oleria onega ssp. Oleria onega agarista.

Morphologie Répartition Comportement

2

Zone d’étude : les deux versants du Cerro Escalera

Photo : versant NE

3

Zone d’étude

4

Versant Sud-Ouest

Oleria onega ssp. Oeufs pondus surtout sur des objets proches de la plante hôte.

Solanum mite faible diversité mais grande densité.

Humidité relative moins élevée.

Températures plus hautes.

Versant Nord-Est

Oleria onega agarista Oeufs pondus sur les feuilles de la plante hôte.

Solanum mite, S. anceps, S. uleanum diversité plus grande mais plus faible densité.

Humidité relative plus élevée.

Températures plus basses.

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Plantes hôtes potentielles

Solanum mite

Solanum anceps Solanum angustialatum

Solanum uleanum

6

Buts principaux

2. Etude des différences comportementales des larves des deux sous-espèces.

1. Comparaisons du comportement d’oviposition des femelles des deux sous-espèces.

4. Etude de leur répartition et des relations avec les facteurs environnementaux.

3. Etude de la diversité génétique des sous-espèces et de leurs hybrides.

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• Suivi de femelles sur le terrain et récolte des données comportementales : temps d’oviposition, distance entre le lieu de ponte et la plante, etc…

1. Comparaisons du comportement d’oviposition des femelles des deux sous-espèces

• Préférence du lieu de ponte (feuilles ou autres objets) et étude de l’influence de la densité et de la diversité des plantes hôtes (cage) sur le lieu de ponte.

• Préférences entre les quatre plantes hôtes potentielles (cage).

8

Résultats des observations sur le terrainréalisées sur 91 observations

• Le temps moyen d’oviposition est de 2.7 min. pour O. o. ssp. et 1.7 min. pour O. o. agarista.

• O. o. ssp. pond sur des objets distants en moyenne de 20 cm de la plante (max. 1 m).

• Pas de différence significative entre populations d’O. o. ssp. pour les distances entre la plante hôte et le site d’oviposition.

9

• Le matériel en décomposition est le substrat préféré par O. o. ssp.

• O. o. agarista pond surtout sur la plante hôte.

Résultats des choix de site de ponte

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

Deadmaterial

stone non-hostplant

S. mite

Nu

mb

er o

f eg

gs

(pro

po

rtio

n)

O. o. ssp

O. o. agarista

(n: 91 obs.)Fisher's exact test: p = 0.001

10

Laboratoire

• Cage de transport

• Cages d’élevage

Oleria est très sensible à la chaleur et à la sécheresse.

Volume de la cage: environ 1 m3

Principaux problèmes: chaleur, sécheresse, fourmis.

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Préférences des femelles en cage

• Expérience avec 4 plantes hôtes et plusieurs femelles en cage (résultats présentés plus loin).

• Expérience avec une femelle par cage, deux plantes hôtes (Solanum mite et S. anceps) dans deux coins opposés et deux plantes aléatoirement choisies (contrôle) dans les deux autres coins.

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Résultats des préférences entre plante et site

• S. mite est la plante préférée par les deux sous-espèces.

• O. o. agarista pond de préférence sur les feuilles des plantes hôtes.

O. o. ssp O. o. agarista

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

S. mite S.anceps Control

Host Plant species

Nu

mb

er o

f eg

gs

(pro

po

rtio

n) Leaves

Object

(n = 36 obs.)

Kruskal W.: P = 0.018

*

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

S. mite S.anceps Control

Host Plant species

Nu

mb

er o

f eg

gs

(pro

po

rtio

n) Leaves

Object

(n = 24 obs.)

Kruskal W.: P = 0.014

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Résumé des résultats sur le comportement de ponte

• O. o. ssp. (versant SO) pond sur d’autres objets que la plante hôte la pression la plus probable induisant ce comportement est due aux ennemis naturels qui grimpent sur les feuilles des plantes hôtes sur le versant SO.

• S. mite est la plante hôte préférée par les deux sous-espèces d’Oleria.

• O. o. agarista accepte plus facilement S. anceps qu’ O. o. ssp. (exp. sur effet de la diversité).

• Les quatres espèces de Solanum sont considérées comme plantes hôtes.

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2. Différences comportementales des larves des deux sous-espèces

• Survie des œufs sur le terrain.

• Capture des potentiels prédateurs qui montent sur les plantes.

• Activité circadienne des larves.

• Collecte des genres de fourmi présents sur les deux versants et tests avec des plantes portant des œufs.

• Etude des préférences et performances des larves sur les plantes hôtes.

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Différents stades de développement

OeufLarve

Pupe

Emergence

0

2

4

6

8

10

12

14D

evelo

pm

ent tim

e (

days)

16

Préférences des larves• 273 oeufs pondus lors de l’expérience de

préférence des femelles

S. mite

S. uleanum

S. angustialatum

S. anceps

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Résultat des corrélations entre préférences des femelles et des larves

• Corrélation positive entre les choix des femelles et des larves.

Hierarchy of Female and larval preference

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

Pro

po

rtio

n

Fem choice Larv choice

S. miteS. uleanum

S. angustia.S. anceps

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Performances des larves

Sur les 130 larves provenant des deux sous-espèces d’Oleria élevées sur S. mite et S. anceps. des mesures ont été effectuées sur la :

survie: seulement calculée sur les larves.

durée du stade larvaire et pupal.

taille des pupes : dont la longueur et deux largeurs.

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Résultats des performances des larves

• Survie plus basse sur S. anceps (47% contre 76% sur S. mite).

• Pas de différence entre le temps de développement des larves. Le temps de développement des pupes est plus long sur S. anceps.

• Les larves élevées sur S. mite forment des pupes plus longues.

• En général, pas de différence significative entre les résultats des deux sous-espèces.

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Survie des oeufs

50 oeufssur objets

50 oeufssur les feuilles

O. o. ssp.

50 oeufssur objets

50 oeufssur les feuilles

O. o. agarista

Versant SO

50 oeufssur objets

50 oeufssur les feuilles

O. o. ssp.

50 oeufssur objets

50 oeufssur les feuilles

O. o. agarista

Versant NE

200 oeufs d'O. o. ssp.200 oeufs d'O. o. agarista

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Résultats de la survie des oeufs

• Pas de différence significative entre sous-espèces d’ Oleria.• Survie significativement plus grande sur les objets au Shilcayo.

Eggs glued in Km30

0

10

20

30

40

50

60

Leaves SticksSupport

Nu

mb

er o

f eg

gs

Present

Missing

Eggs glued in Shilcayo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Leaves SticksSupport

Nu

mb

er o

f eg

gs

Present

Missing

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Activité circadienne des larves

• Les larves des deux sous-espèces d’Oleria (total 41 larves) ont été observées durant un mois.

• Les observations ont été effectuées 4 fois par jour à 7.00h, 12.00h, 17.00h, et 22.00h.

• Les activités ont été répertoriées comme : mange, marche, repos. Les activités comme la mue et la pupaison n’ont pas été prises en compte dans l’analyse.

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Plus exposées à la prédation

• Larves d’ O. o. ssp. moins actives

Résultats de l’activité des larves (n = 41 larves)

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

-0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3

O. o. agarista 7.00h

O. o. ssp. 7.00h

resting

O. o. agarista 12.00h

O. o. agarista 17.00h

O. o. agarista 22.00h

walking

O. o. ssp . 22.00h

O. o. ssp. 17.00h eating

O. o. ssp . 12.00h

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Prédation

• 4 tentes malaises  et 10 pièges Barbers posés sur le terrain entre octobre et février, une fois par mois sur chaque versant.

• Collecte à l’aspirateur des fourmis qui montent sur les plantes.

• Tests de prédation de ces fourmis réalisés en laboratoire sur des S. mite portant des œufs d’Oleria.

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Résultats : Barbers, malaises

• Entre 70 et 80% des prédateurs potentiels sont des fourmis.

• Deux genres prédateurs ont été trouvés uniquement sur le côté SO: Odontomachus + Ectatomma.

• Ectatomma sont abondantes (quantité et espèces), Odontomachus sont rares.

• Montent facilement sur les plantes, observent minutieusement les feuilles, mais aucun acte de prédation n’a été observé sur les oeufs.

Aspirateur et observation au laboratoire

26

Ectatomma tuberculatum

27

Ectatomma ruidum

28

Ectatomma edentatum

29

Odontomachus sp.

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Ectatomma prédatrices d’œufs?

• Ectatomma se nourrissent d’EFN’s, mais sont aussi connues comme prédatrices.

• Elles ne sont présentes QUE sur le versant SO, montent facilement sur les plantes et observent minutieusement les feuilles.

• Elles sont abondantes.• Elles pourraient être une pression pour les

femelles, soit par la prédation sur les œufs, soit en empêchant les femelles de pondre. Cependant plus d’observations seraient nécessaires.

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3. Diversité génétique des sous-espèces

• Analyse au moyen de RAPD’s de 5 populations de O. o. ssp., 3 populations de O. o. agarista, une population d’hybrides et un “outgroup” (H. zarepha f. + O. gunilla s.).

• Analyse des différences entre sous-espèces.

• Position des hybrides  par rapport aux sous-espèces.

• Analyse des différences entre populations.

• Relations entre la distribution géographique des populations étudiées.

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Exemple d’amplification

Résultats reportés dans une matrice binaire : 96 individus, 8 primers 92 caractères.

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Analyse des données

• Construction d’un arbre non enraciné (méthode UPGMA) basé sur le coefficient de Jaccard (avec “outgroup”).

• Analyse des composantes principales (PCoA) (sans “outgroup”).

• Analyse de la variance moléculaire (AMOVA) entre populations.

34

-.5

-.4

-.3

-.2

-.1

0

.1

.2

.3

Fac

tor

2

-.5 -.4 -.3 -.2 -.1 0 .1 .2 .3 .4

Urahuasha, O.o.spp

Shilcayo, O.o.spp

Shapaja, O.o.spp

Shapaja, Hybrids

San Roque, O.o.spp

Km30, O.o.agarista

Km28, O.o.agarista

Ahuashiyacu, O.o.spp

Ahuashiyacu, O.o.agarista

Factor 1Factor 1 (12 %)

Résultats de la PcoA

35

Zone d’étude

36

AMOVA entre sous-espèces et populations

Source of Variation d.f. Variancecomponent

% totalvariance

p-value Fixationindices

Among subspecies 2 2.59 Va 22.26 p<0.001 FST 0.2226

Within subspecies 84 9.04 Vb 77.74 p<0.001

Among subspecies 1 1.58 Va 13.22 p<0.001

Among populations 2 2.25 Vb 19.59 p<0.001 FSC 0.2257Within subspecies FST 0.3280

FCT 0.1321

Within populations 71 7.71 Vc 67.20 p<0.001

Significance test (1023 permutations)

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Résultats moléculaires

• Variations plus grandes intra- que inter- populations, mais flux de gène existant entre populations.

• Les hybrides sont bien distincts des deux sous-espèces, mais certaines populations de “pures” sous-espèces montrent encore des traces d’hybridations dans le passé.

• Polymorphisme très élevé (100 %).

• Deux sous-espèces bien distinctes.

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4. Répartition des Oleria et relations avec les facteurs environnementaux

• Cartographie de la répartition des Oleria et des plantes hôtes, du type de sol et de forêt, etc… par sites PONCTUELS.

• Extension des données de densité des papillons, de la moyenne d’humidité et de température sur TOUTE la zone d’étude (méthode du krigeage).

• Simulations conditionnelles et probabilités comparées avec les données géographiques d’altitude, de “landuse”, etc.

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Base de données numériques et GIS

40

Analyse en mode raster de la topographie et du “landuse”

41

Modélisation spatiale du nombre de mâles par krigeage

42

Carte krigée du nombre de mâles

43

Carte de probabilité (%):présence d’au moins 2 mâles

44

Distribution des probabilités (%)issues des simulations conditionnelles (500)

45

Analyse spatiale (de proximité) par “buffers”

Pour :

• Sites d’observation (200, 400 et 600m)• Route

(100 et 200m)• Rivières

(100, 200 et 300m)

46

Combinaison de résultats de probabilités en fonction de facteurs environnementaux

Illustration d’un résultat :

distribution de la probabilité (%) de la présence de 2 femelles proche de la rivière (buffer de 100m autour de la rivière)

47

Résultats des analyses géospatiales

• Densité de 0.8-1.5 ind./par jour est la plus répandue.

• Présence des papillons surtout entre 85-90% d’humidité et 25-27°C.

• Présence des papillons surtout entre 300-800m d’altitude en zones forestières.

• Deux zones de forte densité : Shilcayo et Km 30.• Passages possibles autour de la montagne.

Ces résultats montrent l’apport des techniques GIS et d’analyse géospatiale dans le domaine de la répartition et des mouvements de population.

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• La distribution des papillons dépend aussi de celle des plantes hôtes qui elle-même dépend du type de sol >> pas seulement influence du climat

• Injection de données synthétiques (nombre d’individus, humidité et température de l’air)

• Travail sur échelles différentes. Par ex: « landuse et topographie » (données peu précises) et données d’observation (données distantes en moyenne de 300 à 500m).

Points à développer :

49

Synthèse

50

Solanum mite

Passage possible sur d’autres espèces de Solanum si S. mite est absent

Préférences et performances

Préférences des femelles

Performances des larves

Préférences des larves

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O. o. ssp.pond plus sur d’autres substrats que sur la plante hôte

Plus forte disparition des œufssur le versant SO.

Meilleure survie des œufs sur les plantes protégées par de la glue

Les larves d’O. o. ssp. bougent moins que celle d’O. o. agarista

Piégeages….

HYPOTHESE :Plus de prédation sur

le versant SO???

Préférences et performances entre plantes hôtes et autres sites de ponte

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Piégeages :

70 - 80% des ind. capturés sont des fourmis

Ponerinae: Ectatomma sp

Abondantes (nb. et sp.)

Taille >1 cm

Présentes seulement sur

versant SO

Observations :

Pas d’acte prédateur observé sur les oeufs

Soit prédatrices des oeufs

Soit empêchent les femelles de pondre

Montent facilement sur

les plantes

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• Oleria onega ssp. et O. o. agarista sont génétiquement distinctes. Les hybrides morphologiques se situent entre les deux.

• Des échanges entre populations sont possibles. Certaines populations montrent des traces d’ancienne hybridation.

• D’après les données climatiques et topographiques, des passages entre populations sont possibles en contournant la montagne.

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Et de nouvelles questions sont nées….

• Une étude plus approfondie des relations Oleria-plante-Ectatomma s’imposerait.

• Une étude des potentiels prédateurs volants (guêpes) serait intéressante.

• Des détails de taille de l’élevage d’Oleria sont encore un mystère……

• Une phylogénie détaillée du genre Oleria, de ses espèces, sous-espèces et hybrides multiples, révélerait leur véritable statut.

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Remerciements

• A la Prof. Martine Rahier pour avoir permis la réalisation de ce travail et pour ses commentaires.

• Au Dr Gerardo Lamas de la Universidad Mayor de San Marco pour la détermination des Oleria.

• Au Dr James Mallet du Galton laboratory, Londres, pour m’avoir présenté les Oleria.

• Au Dr Mahmoud Bouzelboudjen pour m’avoir initiée au GIS et à l’Analyse géospatiale.

• A Jaqueline Moret pour son soutien en statistique.• A tous ceux qui ont eu le courage de relire et

corriger les articles.• A tous ceux du labo pour leur présence et soutien.

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