Thermal adaptation in tropical clearwing butterflies
Adaptation thermique chez les papillons tropicaux aux ailes transparentes
Résumé
In contrast to most butterflies that harbor colorful wings and a wide variety of patterns, some
species display transparent wings to various extents, for which light absorption is limited.
Transparency raises questions regarding potential costs for vital functions, such as
thermoregulation. Moreover, many neotropical clearwing butterflies can be found at high
altitudes, with cooler conditions, where species are expected to harbor darker color pattern.
Understanding the complex processes involved in thermal adaptation in these butterflies
requires a interdisciplinary approach, combining the study of the physical phenomenon of
light absorption by the wings, associated with the exploration of thermal needs, tolerance and
behavior that contribute to thermoregulation. I focused on the neotropical butterfly tribe
Ithomiini (Nymphalidae), which includes cerca 400 species, distributed from warm lowlands
to colder high elevations in the Andes. First, I undertook a comparative study of the optical
and thermal properties of the wings of 42 Ithomiini species, from highly transparent to fully
opaque, and from low- to highlands, in a phylogenetic frame. Second, I assessed the capacity
for thermal buffering of low and high altitude ithomiine species in their natural environment
in the Andes, and their thermal tolerances under extreme temperatures. Third, I reared
butterflies from two Panamanian species from the egg stage until adulthood under controlled
conditions to quantify the thermally induced plasticity of both wing physical properties and
thermal performances of adult butterflies. Our work reveals that while transparent wing
patches are less efficient than opaque ones to collect heat from light radiations, the proportion
of clearwing species and the proportion of transparent areas increases with altitude, in
disagreement with the predictions. Likewise, wing optical properties did not respond to
variation in temperature during larval development. The physical properties of the wings are
therefore unlikely to contribute to thermal adaptation. By contrast, I found that highland
species were more tolerant to cold, and lowland species more tolerant to heat. By taking
phylogenetic relationships into account, I show that those thermal tolerances are likely the
outcome of both genetic evolution and phenotypic plasticity. This work presents a new
interdisciplinary case study of thermal adaptations in a clade of tropical insects and has
implications for future studies on the resilience under climate change of such peculiar animals.
Contrairement à la plupart des papillons qui arborent des ailes colorées et une grande variété
de motifs, certaines espèces présentent des ailes transparentes à divers degrés, pour lesquelles
l'absorption de la lumière est limitée. La transparence soulève des questions concernant les
coûts potentiels pour les fonctions vitales, telles que la thermorégulation. En outre, de
nombreux papillons néotropicaux à ailes transparentes se trouvent à haute altitude, dans des
climats plus froids, où l'on s'attend à ce que les espèces arborent des couleurs plus sombres.
La compréhension des processus complexes impliqués dans l'adaptation thermique de ces
papillons nécessite une approche interdisciplinaire, combinant l'étude du phénomène physique
de l'absorption de la lumière par les ailes, associée à l'exploration des besoins thermiques, de
la tolérance et du comportement qui contribuent à la thermorégulation. Je me suis concentrée
sur la tribu néotropicale des papillons Ithomiini (Nymphalidae), qui comprend environ 400
espèces, réparties entre les plaines de basse altitude au climat chaud et les hautes altitudes, plus
froides, des Andes. Tout d'abord, j'ai entrepris une étude comparative des propriétés optiques
et thermiques des ailes de 42 espèces d'Ithomiini, des plus transparentes aux plus opaques, le
long du gradient d’élévation, dans un cadre phylogénétique. Deuxièmement, j'ai évalué la
capacité des espèces d'ithomines de basse et de haute altitude à ajuster leur température dans
leur environnement naturel, ainsi que leur tolérance thermique à des températures extrêmes.
Troisièmement, j'ai élevé des papillons de deux espèces panaméennes depuis le stade de l'oeuf
jusqu'à l'âge adulte dans des conditions contrôlées afin de quantifier la plasticité induite par la
température des propriétés physiques des ailes et des performances thermiques des papillons.
Nos travaux révèlent que si les parties transparentes des ailes sont moins efficaces que les
parties opaques pour collecter la chaleur et les radiations lumineuses, la proportion d'espèces
à ailes transparentes et la proportion de zones transparentes sur les ailes augmentent avec
l'altitude, en désaccord avec les prédictions. De plus, les propriétés optiques des ailes n'ont pas
montré de changement après le développement larvaire à différents traitements de
température. Il est donc peu probable que les propriétés physiques des ailes soient impliquées
dans l'adaptation thermique chez ces papillons. En revanche, j'ai constaté que les espèces de
haute altitude étaient plus tolérantes au froid, tandis que les espèces de basse altitude sont plus
tolérantes à la chaleur. En tenant compte des relations phylogénétiques, je montre que ces
tolérances thermiques sont probablement le résultat d'évolution génétique et de plasticité
phénotypique. Ce travail présente une nouvelle étude de cas interdisciplinaire sur les
adaptations thermiques d’un clade d'insectes tropicaux, et a des implications pour les études
futures sur la résilience au changement climatique de ces animaux si particuliers.
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