Phylogenomic approach of spatial and temporal dynamic of diversification in Saturniidae moths (Lepidoptera)
Approche phylogénomique de la dynamique spatiale et temporelle de diversification chez les Lépidoptères Saturniidae
Résumé
Understanding the evolutionary and ecological mechanisms governing the global patterns of Biodiversity is a central question in the fields of Ecology and Evolution. Phylogenies, as representations of the evolutionary relationships between lineages of the living world, are a fundamental support to identify the processes at the origin of these patterns. This thesis presents my work on the diversity and evolution of moths in family Saturniidae Boisduval 1837 (Lepidoptera: Bombycoidea). This biologically and morphologically diverse family includes nearly 3,500 species distributed on all continents. Using phylogenomic approaches, I inferred the phylogenetic relationships between all knwown genera – from which I introduce a new classification – and I proposed a phylogeny for all species in the Neotropical genus Copaxa. I also designed a phylogenomic pipeline allowing the generation of megaphylogenies – i.e. dated phylogenies with more than a thousand tips and whose completion is >50% of all species – which I applied on a data set combining ultraconserved elements and DNA barcodes to generate a phylogeny including between 88 and 100% of all described saturniid species. The phylogenies thus inferred were used in order to characterize spatial and temporal diversification of Saturniidae. Altogether, my results demonstrate the importance of biotic factors in the spatial and temporal diversification of the family. In particular, I identified that the ability to spin plain and dense cocoons as well as high degrees of polyphagy have been the keys to the biogeographical success of Saturniidae, and that the heterogeneity of the diversification rates within the family was explained by the evolution of traits linked to the capital breeding strategy of these moths: increases in body size and in polyphagy level. I also inferred that the climatic niche of Copaxa moths, inherited from an ancestor distributed in the Holarctic region, shaped their diversification within the Neotropical region: the majority of species fly in mountainous areas, the climate of which is similar to those found in temperate areas, and the two independent colonizations of the Andean chain implied positive shifts in diversification rates (dispersification events). Taken together, these results represent a major advance in understanding the evolution of Saturniidae, Lepidoptera and more generally constitute a set of materials allowing a better understanding of the evolutionary processes which have generated the incredible diversity of insects.
La compréhension des mécanismes évolutifs et écologiques à l’origine des patrons globaux de Biodiversité est une question centrale dans les domaines de l’Écologie et de l’Évolution. Les phylogénies, représentations des liens évolutifs entre les lignées du monde vivant, constituent le socle incontournable permettant d’identifier les processus à l’origine de ces patrons. Cette thèse présente les travaux de recherche que j’ai entrepris sur l’évolution de la diversité de papillons de la famille des Saturniidae Boisduval 1837 (Lepidoptera : Bombycoidea). Cette famille, particulièrement diversifiée biologiquement et morphologiquement, comprend près de 3500 espèces distribuées sur l’ensemble des continents. A l’aide d’approches phylogénomiques, j’ai inféré les relations phylogénétiques entre tous les genres décrits – à partir desquelles j’introduis une nouvelle classification des Saturniidae - et j’ai proposé une phylogénie incluant toutes les espèces du genre Néotropical Copaxa. J’ai également conçu un pipeline phylogénomique permettant la génération de mégaphylogénies – phylogénies datées de plus de mille feuilles dont la complétion est >50% des espèces – que j’ai appliqué sur un jeu de données combinant des éléments ultraconservés du génome et des codes-barres ADN pour générer une phylogénie représentant entre 88 et 100% des espèces connues des Saturniidae. Les phylogénies ainsi inférées ont ensuite été utiliser afin d’examiner les dynamiques spatio-temporelles de la diversification des Saturniidae. Dans leur ensemble, les résultats obtenus au cours de ma thèse démontrent l’importance des facteurs biotiques dans la diversification spatiale et temporelle de la famille. J’ai notamment identifié que la capacité de tisser des cocons pleins et denses ainsi qu’un fort degré de polyphagie ont été les clés du succès biogéographique des Saturniidae et que l’hétérogénéité des taux de diversification au sein de la famille s’explique par l’évolution de traits en lien avec la stratégie dite de « capital breeding » de ces papillons : augmentation de la taille et de la polyphagie. J’ai également inféré que la niche climatique des Copaxa, héritée d’un ancêtre distribué dans la région Holarctique, avait façonné leur patron de diversification au sein de la région Néotropicale : la majorité des espèces volent dans les zones montagneuses, aux climats proches de ceux des zones tempérées, et les deux colonisations indépendantes de la chaine andine ont impliqué des shifts positifs des taux de diversification (évènements de dispersification). Dans leur ensemble, ces résultats représentent une avancée majeure dans la compréhension de la phylogénie et de l’évolution des Saturniidae, des Lépidoptères et plus généralement constituent un ensemble de supports permettant de mieux comprendre les processus évolutifs qui ont généré l’incroyable diversité des insectes.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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