Spéciation de Zerynthia polyxena (Lepidoptera, Papilionidae) dans ses refuges méditerranéens et dans son expansion post-glaciaire

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Leonardo Dapporto : Istituto Comprensivo Materna Elementare Media Convenevole da Prato, Prato, Italy

Résumé

Les mouvements de populations vers et depuis leur refuges glaciaires sont responsables de nombreux cas de spéciations en Europe. Le type de distribution et le degré de diversification entre les lignées issues des différents refuges glaciaires dépend généralement de l'écologie des populations, en particulier de leur capacité de dispersion. Zerynthia polyxena est une espèce philopatrique, disséminée en petites populations ayant rarement colonisées les zones de montagne. Ces caractéristiques ont été probablement provoquées par des périodes d'isolement répété au cours du Quaternaire qui pourrait avoir favorisé une diversification de l'espèce. Actuellement, deux études basées conjointement sur des données morphologiques et génétiques suggèrent l'existence de deux principales lignées de populations en Europe, ayant pour zone de contact le nord de l'Italie. Dans la présente étude, j'ai observé la morphométrie géométrique des organes génitaux mâles et démontré (i) que deux morpho-types existent en Europe qui se répartissent grosso modo de part et d'autre du Po ; (ii) les deux lignées ont probablement survécu aux glaciations respectivement en Italie et dans les Balkans ; puis la ligné des Balkans s'est étendue vers l'Europe centrale et de l'est ; (iii) aucune population hybridogène ne semble exister dans la zone de contact et, dans une localité au moins, les deux lignées vivant en sympatrie sans individus intermédiaires. Ces résultats suggèrent que (i) deux espèces jumelles de Zerynthia existent en Europe. En conséquence, Papilio cassandra Geyer, 1828 est rétabli, le statut révisé donne Zerynthia cassandra, à laquelle les populations de Zerynthia du sud de l'Italie et du Po correspondent. Les différences de génitalias mâles avec Zerynthia polyxena sont décrits.

Mots clés

Biogéographie - papillons - Europe - spéciation - refuges glaciaires - itinéraires d'expansion - Zerynthia cassandra - Zerynthia polyxena

Introduction

Du fait d'une latitude et d'une topographie particulières, le Sud de l'Europe constitue un cas d'école pour étudier les conséquences des changements climatiques du Quaternaire sur la philogéographie des organismes vivants (Taberlet et al. 1998; Hewitt 1999, 2000, 2004; Schmitt 2007). Pendant les glaciations, le climat de l'Europe Centrale était trop froid et trop aride pour la plupart des espèces de zones tempérées. Un certain nombre de taxons ont survécues aux périodes froides dans les latitudes basses et à des altitudes réduites dans les trois grands territoires du Sud de l'Europe : les péninsules ibérique, italienne et balkanique. Ces territoires ont été isolés les uns des autres durant les extensions glaciaires maximales, du fait de la présence de chaînes de montagnes recouvertes de glaciers infranchissables (Taberlet et al. 1998; Hewitt 1999, 2000). En conséquence, les populations du Sud de l'Europe ont été séparées les unes des autres de façon répétée au cours des différents âges glaciaires. Pendant les périodes de réchauffement, les espèces se sont répandues vers le nord le l'Europe, mais certaines chaînes de montagne sont restées d'importantes frontières géographiques. La phylogéographie comparative montre que chaque taxon représente un cas spécifique liée à son histoire de contraction et d'expansion d'aire (Taberlet et al. 1998), néanmoins certaines tendances sont communes et se rapportent aux paradigmes de colonisation qui ont déjà été décrits (Hewitt 1999, 2000). En particulier, l'écart génétique généralement élevé entre les lignées italiennes et celles du reste de l'Europe suggère que les Alpes représentent le principal obstacle à l'expansion post-glaciaire vers le nord (Taberlet et al. 1998). En conséquence, l'Italie a conservé une lignée endémique qui a évolué par isolement et à l'arrière de la chaîne des Alpes (Taberlet et al. 1998). Dans une moindre mesure, les Pyrénées ont également été un obstacle à la propagation post-glaciaire de plusieurs populations ibériques (Hewitt 1999, 2000). Par contraste, les lignées des Balkans ne rencontrèrent pas d'obstacles majeur limitant leur expansion et leur génomes sont prédominants dans la plupart des populations d'Europe Centrale (Taberlet et al. 1998; Hewitt 1999, 2000, 2004; Schmitt 2007).

Chez plusieurs espèces de papillons, les périodes d'isolement glaciaires et postglaciaires génèrent une diversification des lignées propres à chaque zone refuge (Schmitt 2007). Malgré cela, dans la plupart des cas, la diversification ne produit pas des taxons différenciés au niveau spécifique (Porter et al. 1997; Schmitt et al. 2005). Cela est probablement du à la relative brièveté des périodes d'isolement et à la grande capacité de dispersion des papillons. En fait, quand des lignées différentes de papillons se rejoignent au cours de leur expansion, ils ont formé des zones d'hybridation (Schmitt, 2007). En Europe, les zones d'hybridation sont concentrées dans des zones de suture qui se situent pour la plupart entre les Alpes et les Pyrénées.

Les possibilités différentes d'expansion selon le type d'obstacle géographiques rencontré sont globalement à l'origine des distributions actuelles (Taberlet et al. 1998). La capacité de dispersion n'est pas la même selon les espèces. La divergence entre différentes lignées devrait être plus élevé chez les taxons montrant une faible mobilité, des exigences écologiques plus fortes besoins en habitat stricte et une inaptitude à vivre à des altitudes élevées (Schmitt et al. 2003; Dapporto and Dennis 2009). En effet, dans ce cas de figure, les flux de gènes au delà de chaînes de montagnes sont considérablement réduits au cours des périodes de glaciation et il pourrait en être de même pendant les périodes plus chaudes. La Diane Zerynthia polyxena (Denis and Schiffermüller, 1775) offre une opportunité d'étudier les conséquences de longues périodes d'isolement sur les lignées de papillons. En effet, cette espèce est strictement liée à des micro-habitats où la plante-hôte des chenilles (Aristolochia spp.) se développe et il est très rare d'observer des individus loin de ces stations (Verity 1947). De plus, il est bien connu de Z. polyxena est une espèce thermophile rarement observée au delà de 900 mètres d'altitude (Higgins and Riley 1983; Tolman and Lewington 1997). Enfin, ce papillon est monovoltin et sa période de vol se limité à quelques semaines. Tous ces éléments suggèrent que Z. polyxena pourrait avoir connu de longues périodes d'isolement dans ses refuges glaciaires au cours du Quaternaire. Curieusement, deux documents suggèrent de manière indépendante l'existence de deux lignées hautement différenciées de Zerynthia en Europe. Coutsis (1989) a décrit des différences de génitalias mâles entre les spécimens provenant de Sicile et de Florence (Toscane) et les spécimens provenant de France, d'Italie du Nord et des Balkans. Par la suite, Nazari et Sperling (2007) ont souligné profondes divergences génétiques entre les deux populations de la Sicile et Imola (à environ 75 km de Florence) et certaines populations de Russie, d'Ukraine et les dalkans (Kosovo, Monténégro, Serbie et Grèce). Ils ont conclu que cette forte divergence pourrait correspondre à une possible spéciation, mais ils se sont abstenus de faire des conclusions taxonomiques en raison de l'absence d'investigations morphologiques suffisantes. Dans une autre voie, Coutsis (1989) a soutenu que deux morphotypes étaient présents en Italie. Il indiquait en conclusion qu'une étude de la possibilité de chevauchement géographique des deux formes et de l'existence de populations hybrides serait souhaitable. Dans la présente étude, la morphologie des génitalia mâles d'un large échantillon de Z. polyxena européens a été examiné, en supposant que la zone de contact se situait entre l'Italie, la France et les Balkans.

L'approche de géométrie morphométrique est basée sur l'utilisation de repères et de repères semi-coulissants (Bookstein 1997). Cette méthode est un outil puissant permettant d'obtenir des données numériques sur la forme des organes génitaux, ce qui permet de limiter les biais ou les relevé subjectifs, tels que la taille globale des échantillons étudiés (Mutanen 2005; Mutanen et Pretorius 2007; Dapporto 2008; Dapporto et Strumia 2008). L'objectif de cette étude est de vérifier (i) si deux lignées morphologiquement distinctes de Zerynthia existent en Europe, (ii) quelle est l'origine de leur répartition sur la base des modèles de paradigmes des refuges glaciaires et d'expansion d'aire post-glaciaire, (iii) quel la nature de leur zone de contact (par exemple : forment-elles des populations hybrides), et (iv) si les deux morphotypes concordentsavec l'hypothèse de Coutsis (1989) et de Nazari et Sperling (2007) qui pensent que deux espèces sœurs de Zerynthia existent en Italie.

Matériel et méthodes

L'espèce étudiée

La Diane Z. polyxena est un papillon de la famille des Papilionidés du sud de la France, d'Italie, d'Europe Centrale et des Balkans, de la Russie et de l'Asie Mineure.

Les adultes sont très colorés de blanc / jaune, avec de nombreuses taches noires, rouges et bleues. En raison de la très grande variabilité des motifs sur les ailes, des dizaines de sous-espèce et de formes, même appartenant aux mêmes populations, ont été décrites. Zerynthia polyxena ne se nourrit que sur quelques espèces d'aristoloches. Comme ces plantes sont généralement limitées à quelques régions, le papillon est habituellement réparti en petites populations vulnérables. Pour cette raison, la Diane est une espèce d'intérêt communautaire inscrit dans l'annexe IV de la Directive 92/43 CEE, dite Directive "Habitat". La période de vol est extrêmement courte, allant de la mi-Mars à la mi-mai selon l'altitude et la latitude (Verity 1947; Higgins et Riley, 1983; Tolman et Lewington 1997).

Echantillon étudié et préparation des génitalias

Un total de 186 mâles appartenant à des collections privées ou de Muséums ont été examinés (celle des auteurs, de la collection privée de Gabriele Fiumi private, de la collection Roger Verity au Museo di Storia Naturale Universita di Firenze ; la collection Prola du Museo Civico di Storia Naturale di Roma; la collection du Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns). La zone d'étude a été divisée selon sept régions : (i) Sud de la France (Nîmes n = 9; Ardèche n = 1; Toulon n = 8; Saint-Crépin n = 4 ; Villeneuve-Loubet n = 5); (ii) Nord de l'Italie (comme défini par Balletto et Cassulo 1995) (Torino n = 13; Salbertrand n = 10; Vigevano n = 6; Vercelli n = 10; Reggio Emilia n = 3; Modena n = 6; Bologna n = 3; Ventimiglia n = 1; Monte Beigua n = 11; Rapallo n = 1; La Spezia n = 8; Forli n = 1; Ravenna n = 2; Belluno n = 3; Trieste n = 1; Udine n = 1); (iii) Sud de l'Italie (Forte dei Marmi n = 4; Pisa n = 5; Pontremoli n = 4; Livorno n = 3; Prato n = 9; Firenze n = 4; Pari n = 1; Roma n = 1; Fano n = 1; Monticchio n = 2; Foggia n = 1); (iv) L'île d'Elbe, n = 5; (v) Sicile (Castelbuono n = 1; Etna env. n = 7); (vi) Balkans (Bosnie Herzégovine, Brod n = 1; Croatie, Dalmatie n = 1, Zara n = 2, Pula n = 2; Potravlje n = 2, Zagreb n = 3; Macédoine, Skopje n = 2); et (vii) Europe Centrale et de l'Est (Tchéquie Lednice n = 3, Harrachov n = 1, Slovaquie n = 1; Autriche, Wien n = 2, Gumpoldskirchen n = 1, Kitzeck n = 2, Burgenland n = 1; Hongrie, Budapest n = 3; Ukraine, Kharkov n = 4) (Fig. 1). La

La séparation des sept zones géographiques peut paraître subjective, mais cela a uniquement servi à dessiner les cartes et à réaliser les graphiques, sans qu'aucune analyse ou classification a priori n'ait été réalisée. Les génitalias ont été disséqués en utilisant la procédure standard (Dapporto 2008). Les abdomens ont été porté à ébullition dans de l'hydroxyde de potassium (potasse) à 10%. Les génitalias ont été nettoyés et les valves gauche a été montées sous Euparal entre une lames de microscope et une lamelles. Ils ont été photographiés à l'aide d'un appareil photo Nikon Coolpix 4500 (Nikon, Tokyo, Japon) en digiscopie sur une loupe binoculaire.


Fig. 1. Carte de la zone d'étude : échantillons de France (triangles noirs); d'Europe Centrale et de l'Est (cercles noirs); Balkans (carrés noirs); Nord de l'Italie (cercles gris); Sud de l'Italie (cercles blancs); Ile d'Elbe (triangles blancs); Sicile (carrés blancs).

Fig. 2. Représentation schématique des repères fixes (cercles blancs) et des repères semi-coulissants (cercles noirs) utilisés pour les analyses de géométrie morphométrique.

Geometric morphometrics and statistical analyses

Une combinaison de repères fixes et de repères semi-coulissants a été appliquée pour les relevés de géométrie morphométrique (Bookstein 1997). Cette méthodologie autorise des exploitations quantitatives et des comparaisons de forme. Les séries de programmes Thin-Plate-Spline (TPS) ont été utilisés pour ces analyses (Rohlf 2006a, b, 2007). Les sections latérales de la valve ont été examinées (Fig. 2). Cinq points sur les grandes lignes qui pouvaient être précisément identifiés ont été considérés comme repères (repères de type II et III, Bookstein 1997), tandis que les autres points (repères semi-coulissants) ont été autorisés à bouger, de façon à réduire les variations non informatives (Bookstein 1997) (Fig. 2). Les relevés numériques par repère sur les photographies des génitalias ont été réalisées avec tpsdig 2.10 (Rohlf 2006a) et la définition des échelles à l'aide de tpsutil 1.38 (Rohlf 2006b).

Des analyses généralisées ont été appliquées aux données des points de repère pour éliminer les variations non-conformes de localisation, d'échelle et d'orientation et pour pouvoir superposer les relevés dans un même système de coordonnées (Bookstein 1997). En utilisant les formes résiduelles pour les analyses généralisées, les déformations partielles ont été calculées sous forme de variables contenant des informations sur la forme. En appliquant des analyses des principales composantes sur les déformations partielles observées, des déformations relatives ont été obtenues (RW). RW ont été utilisées comme variables dans les analyses suivantes. En outre, les RW peuvent être visualisés par des grilles de déformation à partir des Thin-Plate Spline (TPS), qui permettent une comparaison visuelle des différences de forme. Les analyses généralisées, partielles et relatives, la visualisation sur TPS ont été conduites avec tpsrelw 1.45 (Rohlf 2007). Pour vérifier si similarité de forme mis en évidence par la morphométrie géométrique a une signification statistique, j'ai appliqué un algorithme de K-moyenne aux valeurs RW. Selon Nazari et Sperling (2007) et Coutsis (1989), deux lignées semblent exister ; pour cette raison, la formation de deux groupes a été imposée. Pour réduire le biais dû à un nombre élevé de variables peu informatives, seule les RW correspondant à plus de 1% de variance ont été inclus dans K-moyenne (Dapporto 2008; Dapporto et Strumia 2008).

Résultats

Après les analyses généralisées, 66 RW ont été calculés. Les RW exprimant plus de 1% de la variance ont été de 11 (expliquant un écart cumulé de 93,19%). Un nuage de points de RW1 et RW2 (expliquant respectivement 37,01 et 19,63% des
variances) a révélé la présence de deux groupes distincts de forme des valves (Fig. 3). Comme le montre les grilles de déformation TPS, les valves reflètent à la fois une extension et une contraction de l'extrémité distale des valves correspondant à la moitié des échantillons (en haut à gauche de la Fig. 3). En outre, RW1 reflète aussi les différences dans la longueur de la valve ventrale, tandis que RW2 reflète un effet de rotation à la pointe de la valve. La variation de la forme à travers TPS est très concordant avec la description de Coutsis (1989). En maximisant et minimisant respectivement les inter-groupes et les différences intra-groupes , K-Moyenne a identifié deux groupes. RW1, RW2 et RW8 s'avèrent être significativement différents entre les deux groupes, ce qui représente les variables responsables de la discrimination (tableau 1).

En comparaison avec le diagramme de dispersion de la Fig. 3, K-Moyenne a confirmé la validité des deux groupes. En effet, tous les échantillons situés dans le côté gauche de la ligne pointillée sont classés dans le groupe 1, tandis que tous les spécimens placés à droite de la ligne pointillé appartiennent au groupe 2 (Fig. 3). Le groupe 1 regroupe tous les spécimens du sud de l'Italie, de la Sicile, de l'île d'Elbe et de plusieurs populations de l'Italie du Nord. En particulier, tous les spécimens de Reggio Emilia, Modène, Bologne, Vintimille, Rapallo, La Spezia, Forli, Ravenne et neuf spécimens de Monte Beigua sont inclus dans le groupe 1. Le groupe 2 rassemble les spécimens provenant de France, des Balkans, d'Europe centrale et de l'Est, tous les échantillons provenant des populations du nord de l'Italie : Turin, Salbertrand, Vigevano, Vercelli, Belluno, Trieste, Udine et trois échantillons du Monte Beigua (Fig. 4). Il est de plus évident que chaque population accueille une seule des deux lignées, à l'exception du Monte Beigua où les deux morphes ont été trouvées (Fig. 4). Toutefois, même dans cette population, la présence d'individus intermédiaires n'a pas été mise en évidences. De plus, les différences morphologiques entre les spécimens appartenant à chaque lignée conservent une certaine homogénéité (Fig. 3). La distribution des deux lignées montre une nette séparation dans le nord de l'Italie, c'est le Po qui représente approximativement la ligne de démarcation (Fig. 4).


Fig. 3. Représentation graphique de la première (en abscisse) et de la seconde (axe des y) forme relative (RW) des valves. Les variations dans la forme le long des deux axes sont présentées dans des grilles de déformation Thin-Plate-Spline (TPS). La ligne pointillée indique la séparation des échantillons du groupe 1 et du groupe 2 obtenu par K-Moyenne. Les flèches indiquent les échantillons de Monte Beigua. Les symboles sont les mêmes que ceux utilisés dans la figure. 1

Tableau 1. Anova table pour K-Moyenne

Shape bariable	Anova F	p-values
RW1	575.584	0.000
RW2	22.628	0.000
RW3	0.210	0.647
RW4	1.686	0.196
RW5	0.622	0.431
RW6	0.612	0.435
RW7	0.088	0.767
RW8	7.110	0.008
RW9	1.386	0.241
RW10	0.117	0.733
RW11	0.099	0.753

Les variables en gras montrent les différences significatives entre les deux groupes.

Discussion

Zerynthia polxena présente deux morphotypes clairement distincts en Europe. En effet, les échantillons peuvent être séparés en deux groupes selon la forme des génitalias. L'utilisation de la morphométrie géométrique et de K-Moyenne évite l'utilisation de toute forme d'évaluation subjective et de classifications de spécimens a priori. Les déformations relative montrent que la plus haute valeur significative de K-Moyenne explique aussi une plus grande variance forme, ce qui implique que la plupart des variations de génitalias induit aussi la différenciation des deux lignées. La séparation des échantillons en deux groupes nous éclaire sur la répartition géographique évidente. En effet, tous les spécimens de la Sicile, de l'île d'Elbe et l'Italie du Sud appartiennent au premier groupe, alors que tous les échantillons provenant des Balkans, de France et d'Europe Centrale et de l'Est appartiennent au second groupe. Tous les échantillons italiens collectés au Nord du Po ont été attribués au deuxième groupe, tandis que les spécimens appartenant à des zones situées au Sud du Po correspondent au premier groupe, à l'exception de trois échantillons du Monte Beigua (Fig. 3). La répartition européenne postglaciaire de Zerynthia polyxena (Fig. 5) ressemble fortement au paradigme dit "du criquet" (Hewitt 2000, 2004). Chorthippus parallelus (Zetterstedt, 1821), le Criquet des pâtures, est représenté dans le sud de l'Europe par plusieurs lignées distinctes, tandis qu'en Europe Centrale et en Europe du Nord, ses haplotypes montrent une faible diversité et sont similaires à ceux des Balkans (Hewitt 2000). Le paradigme du criquet peut être appliqué aux espèces présentant des difficultés à franchir les barrières montagneuses formées par les Alpes et les Pyrénées. En effet, en provenance des Balkans, et non entravé par des chaînes de montagne escarpées, il leur est facile de s'étendre à l'Europe centrale ; les populations d'Italie et la Péninsule Ibérique en revanche ont souvent été limitées au nord par les Alpes et les Pyrénées. La principale différence entre le mode de répartition de C. parallelus et Z. polyxena semble être l'absence d'une lignée ibérique de Zerynthia. Les C. parallelus ibériques sont, cependant, fortement différenciées des autres lignées montrant que l'hybridation a été limitée dans les Pyrénées, ils représentent donc peut-être une espèce jumelle (Butlin et Hewitt, 1985). Curieusement, le genre Zerynthia est représenté dans la péninsule ibérique et au Maghreb par l'espèce proche Zerynthia rumina (Linnaeus, 1758), qui occupe exactement dans la même niche écologique que les autres Zerynthia de l'Est. Par conséquent, le genre Zerynthia semble présenter de nombreuses similitudes avec les complexes d'espèces Melanargia galathea (Linnaeus, 1758) / Melanargia lachesis (Hübner, 1790) et Polyommatus coridon (Poda, 1761) / Polyommatus hispana (Herrich-Schäffer, 1852) (Schmitt, 2007). Une autre différence entre la distribution de C. parallelus et de Z. polyxena apparaît. Le sud de la lignée italienne n'atteint pas le versant sud des Alpes (à l'exception de la population méditerranéenne de Ventimiglia).


Fig. 4. K-Means attribution of specimens to the two lineages. Only the Monte Beigua sample (indicated by the arrow) shoes a mixed population. White circles, Southern Italian lineage, black circles Balkan lineage. White and black stars represent populations attributed to two different genetic lineages by Nazari and Sperling (2007)


Fig. 5. Supposed post-glacial colonization routes for the two Zerynthia lineages

Il n'existe pas de barrière apparente séparant les deux morphotypes tandis qu'ils se rencontrent sur les deux rives du Po. Malgré la faible mobilité de Z. polyxena, le Po ne peut pourtant pas représenter un obstacle à sa distribution, car la Diane vole généralement dans les basses terres marécageuses de l'Italie (Verity, 1947). Ainsi, la tendance observée est probablement le résultat d'une forte expansion de la lignée des Balkans à l'Europe centrale, ainsi que la France et l'Italie du Nord, et une expansion limitée de la lignée italienne en remontant le long de la péninsule italienne. Très probablement, au cours de la dernière glaciation maximale, la lignée italienne de Z. polyxena a été cantonnée à l'extrême sud de la péninsule italienne et la Sicile. Dans le Nord de l'Italie où les deux lignées se rencontrent, il n'existe aucune preuve de l'existence d'individus intermédiaires. En effet, Fig. La figure 3 montre que dans le Nord de l'Italie, les spécimens appartenant aux deux lignées différentes qui sont complètement séparés et les différences de forme sont équivalentes aux spécimens en provenance des autres régions. Enfin, sur le Monte Beigua, les deux lignées volent en sympatrie sans aucune preuve d'individus intermédiaires (fig. 3, 4 et 7). Entre les populations échantillonnées des deux espèces dans le Nord de l'Italie (Fig. 4), il pourrait exister d'autres populations présentant simultanément les deux lignées.

Mallet (2005) a constaté qu'environ 12% des espèces de papillons européens peuvent s'hybrider, et effectivement, l'hybridation dans les zones de suture post-glaciaire se produit dans des espèces jumelles reconnues pour être de bonnes espèces (par exemple Melanargia galathea / Melanargia lachesis échiquier, Habel et al. 2005). L'hybridation est finalement la règle entre les lignées diversifiées à des rangs de sous-espèces ou de quasi-espèces. Par exemple, Pontia daplidice (Linnaeus, 1758) / daplidice edusa (Fabricius, 1777), et différentes lignées de Maniola jurtina (Linnaeus, 1758) et d'Erebia medusa (Denis et Schiffermüller, 1775) montrent que les zones d'hybridation peuvent être identifiées par des aspects morphologiques et génétiques transitoires (Porter et al 1997; Schmitt et al 2005; Schmitt et Müller 2007; Dapporto et al, sous presse.). Cela ne semble pas être le cas des Zerynthia en Italie où les populations situées à seulement quelques dizaines de kilomètres les unes des autres montrent une morphologie des génitalias complètement différente. La configuration des Thin-Plate-Spline de RW1 et RW2 a révélé que les différences de forme des valves entre les deux morphotypes sont très concordants avec la description de Coutsis (1989), soutenant ainsi son hypothèse de la présence de deux espèces de Zerynthia en Italie. Nazari et Sperling (2007) ont également supposé l'existence de deux Zerynthia distincts sur la base d'analyses génétiques.

Ils ont observé une divergence de 2,4% des séquences entre l'ADN mitochondrial de deux populations italiennes par rapport à ceux des Balkans et d'Europe de l'Est. Malgré l'utilisation de pourcentages de divergence des séquences dans des limites dont il été prouvé qu'elle n'était pas adéquates (Rubinoff et Holland 2005; Cognato 2006), une divergence de 2% et moins est commun chez des espèces jumelles de lépidoptères bien caractéristiques (Avise 1994; Hebert et al 2003;. Nazari et Sperling, 2007). Nazari et Sperling ont aussi calculé le taux de divergence des séquences d'ADN mitochondrial dnas le genre Zerynthia qui se situe entre 2,3% et 3,1% par million d'années. En conséquence, les deux lignées sont issues d'un ancêtre commun qui date de de 1.0 à 0.8 millions d'années, ce qui correspond approximativement au début de la période glaciaire du de Günz, soit au Pléistocène inférieur (environ 0,7 millions d'années). Il est inévitable d'associer la diversification forte et ancienne de Z. polyxena à ses caractéristiques écologiques. En effet, le degré de diversification des lignées est généralement étroitement lié à leurs capacités de dispersion et de colonisation (Taberlet et al. 1998). Schmitt et al. (2003) ont démontré que les populations européennes de Polyommatus icarus (Rottemburg, 1775) ne montrent pas une répartition régionale en unités génétiquement différenciées.


The authors suggested that P. icarus maintained an intact metapopulation structure in the Mediterranean area without strong diversification. Actually, P. icarus is a mobile butterfly, forming dense and continuous populations colonizing most landscapes from the sea level to 2900 m. Furthermore, it flies for about 7–9 months over several generations and the larva feeds on many plants (Tolman and Lewington 1997; Schmitt et al. 2003). Zerynthia polyxena represents an antipodal case as it is a sedentary butterfly showing a short-flight period, forming small and scattered populations linked to a single plant genus and it is rarely found on mountain areas. Species having intermediate dispersal characteristics usually show different lineages in Europe with hybrid zones (Schmitt 2007). Future comparative studies will reveal possible correlation between species ecological traits and their tendency to form and maintain different lineages in Europe. In conclusion, there is genetic and morphometric evidence that there has not existed a gene flow between the two Zerynthia lineages since ca. 0.9 MYA (i.e. during many interglacial warm periods). The most obvious explanations can be the following: (i) they have not met in secondary contact until very recently; (ii) they met in secondary contact, but they had already developed barriers to hybridization and gene flow; (iii) they met, limited gene flow
existed, but hybrid populations have been later lost.


Fig. 6. Males of Zerynthia cassandra (a–f) and Zerynthia polyxena (g–o). (a) neotype, Prato; (b) Etna, Sicily; (c,d) Monticchio; (e,f) Monte Beigua; (g) Potravlje; (h) Monte Beigua; (i) Villeneuve de Loubet; (j) Wien; (k) Vercelli; (l) Salbertrand; (m) Belluno; (n) Pula; (o) Lednice

Fig. 7. Male genitalia of Zerynthia cassandra. (a–f) and Zerynthia polyxena (g–o). (a) neotype, Prato; (b) Etna, Sicily; (c,d) Monticchio; (e,f) Monte Beigua; (g) Potravlje; (h) Monte Beigua; (i) Villeneuve de Loubet; (j) Wien; (k) Vercelli; (l) Salbertrand; (m) Belluno; (n) Pula; (o) Lednice


The high morphological and genetic divergence, the absence of intermediate populations and the existence of at least one area where the two lineages occur in sympatry, highly support the hypothesis that two Zerynthia sister species live in Europe, and it is thus necessary to revise the taxonomy of the two taxa. Zerynthia cassandra (Geyer, 1828) The type locality of Z. polyxena is Wien where the Balkan lineage occurs (Figs 3, 4 and 7). Many studies have been carried out describing several Zerynthia taxa in Italy on the basis of wing morphology. Papilio cassandra Geyer, 1828, and Thais creusa Meigen, 1829 are the oldest ones. These entities were described as distinct from Z. polyxena for the absence of a red spot on forewing apex and the presence of large black areas on both wings (Hemming 1934, 1937; Higgins and Riley 1983; Tolman and Lewington 1997). It has to be noted that to this subspecies were also referred France populations (Higgins and Riley 1983; Tolman and Lewington 1997) belonging to the Balkan lineage. Hemming (1934) revised the systematic position of these entities and indicated that these taxa should be considered as a distinct subspecies of Z. polyxena, and restricted the type locality of the two subspecies concluding that both Papilio cassandra and Thais creusa were based on specimens from Tuscany (Hemming 1934, 1937). In a first paper, Hemming (1934) also concluded that T. creusa, described in 1829 should be considered as the oldest name since he dated between 1827 and 1830 the Geyer table where P. cassandra was described. Successively, this hypothesis was revised by Hemming himself because new evidence belonging to a Geyer sale list of April 1828 proved that P. cassandra was described between July 1827 and April 1828 (Hemming 1937). Thus, P. cassandra should be considered as the older of the two names. Therefore, the peninsular Italian, Elba and Sicily populations are here considered to represent a distinct Italian endemic species which has to be named as Zerynthia cassandra (Geyer, 1828). The wing pattern is not a good discriminative trait because, as showed by Fig. 6, intraspecific differences are often larger than interspecific ones. Conversely, in Z. cassandra male genitalia have a prominent cylindrical and pointed process at the distal tip of the valva, always absent in Z. polyxena. The distal margin is less dentate and the ventral
process of the valva (harpa) is usually longer and tighter than in Z. polyxena (Fig. 7). Aedeagus is fine and straight with clear
basal enlargements.

So far as I have been able to establish, the type specimen or a series of P. cassandra are lost; there is no evidence of the existence of the Carl Geyer s butterfly collection in reference works concerned (Hagen 1862; Horn and Schenkling 1928–1929, Horn and Kahle 1935–1937, Horn et al. 1990). The specimens originally figured by Geyer (1828) were probably included in the collection of Jacob Hu¨ bner, destroyed by fire in Wien in 1848. Furthermore, although I found in Tuscany only Z. cassandra specimens, the existence of Tuscan localities inhabited by both Z. cassandra and Z. polyxena cannot be excluded. To secure the objective and unequivocal definition of the identity of P. cassandra, it is necessary to designate a neotype, following the Art. 75 of the Code. The neotype is a male labelled as follows: Italy: Prato: San Giorgio a Colonia: 20.V.2009, Leonardo Dapporto leg., deposited in the Museo di Storia Naturale dell Universita` di Firenze La Specola , section Entomologia (Figs 6a and 7a).

Acknowledgements

Thanks are due to Luca Bartolozzi (Museo di Storia Naturale Universita` di Firenze) allowing the examination of the Roger Verity
collection; Eric Bonora (Torino), Franco Crespi (Modena), Gabriele Fiumi (Forlı`), Axel Hausmann (Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns), Marco Pizzetti (Parma), Enrico Punta and Giuseppe Vignali (Massa) for collection and loan of specimens. Otakar Kudrna (Naturmuseum Su¨ dtirol, Bozen), Alessandro Minelli (Department of Biology, University of Padova), Thomas Schmitt (Department of Biodiversity, Trier University), Alberto Zilli (Museo Civico di Zoologia di Roma), and an anonymous referee for their suggestions that greatly improved a first draft of the manuscript. This study was conducted in collaboration with the Tuscan Archipelago National Park and partially funded by the ENEL and Legambiente project Insieme per la Biodiversita : un santuario per le farfalle nel Parco Nazionale dell Arcipelago Toscano.

Riassunto

Speciazione in differenti rifugi Mediterranei e espansione post-glaciale in Zerynthia polyxena (Lepidoptera, Papilionidae). Le dinamiche glaciali e post-glaciali di contrazione ed espansione degli areali prodotto sono responsabili di buona parte dell attuale differenziazione specifica e sottospecifica in Europa. I pattern di distribuzione e il livello di diversificazione fra linee genetiche originate dall isolamento in diversi rifugi glaciali dipende in genere da caratteristiche ecologiche legate alle capacita` dispersive delle singole specie. Infatti le capacita` dispersive influenzano direttamente il flusso genico tra popolazioni. Zerynthia polyxena e` una specie strettamente filopatrica, distribuita in piccole popolazioni isolate e raramente colonizza aree montuose. Queste caratteristiche possono aver favorito l isolamento delle popolazioni durante i periodi freddi. Effettivamente due studi basati su evidenze genetiche e morfologiche hanno suggerito l esistenza in Europa di due linee distinte che mostrano in Italia settentrionale la
loro area di contatto. In questo studio ho applicato tecniche di morfometria geometrica ai genitali maschili di questa specie dimostrando che (i) due morfotipi sono effettivamente presenti in Europa e il fiume Po rappresenta approssimativamente l area di contatto; (ii) i due morfotipi hanno probabilmente sopravvissuto all ultima glaciazione in Italia e nella penisola balcanica. Successivamente le popolazioni balcaniche hanno occupato l Europa centro-settentrionale, la Francia e parte dell Italia settentrionale; (iii) le due linee non mostrano popolazioni con caratteristiche intermedie e, almeno in una localita` dell Appennino ligure entrambi i morfotipi coesistono senza alcuna evidenza di ibridazione. Questi risultati sembrano quindi confermare l ipotesi che (iv) due specie distinte di Zerynthia vivano in Italia. Di conseguenza, Zerynthia cassandra e` elevata al rango di specie e ridescritta sulla base della morfologia dei genitali maschili.

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