When the rule becomes the exception. No Evidence of gene flow between two Zerynthia cryptic butterflies suggests the emergence of a new model group

par Francesca Zinetti, Leonardo Dapporto, Alessio Vovlas, Guido Chelazzi, Simona Bonelli, Emilio Balletto, Claudio Ciofi
in PLOS ONE www.plosone.org (June 2013) : Volume 8, Issue 6, e65746

ABSTRACT

There is increasing evidence that most parapatric cryptic/sister taxa are reproductively compatible across their areas of contact. Consequently, the biological species concept, which assumes absence of interbreeding, is becoming a not so effective criterion in evolutionary ecology. Nevertheless, the few parapatric sister taxa showing complete reproductive barriers represent interesting models to study speciation processes and the evolution of reproductive isolation. In this study, we examined contact populations in northwestern Italy of two butterfly species, Zerynthia polyxena and Z. cassandra, characterized by different genitalic morphotypes. We studied levels of divergence among 21 populations distributed from Sicily to France using three genetic markers (the mitochondrial COI and ND1 genes and the nuclear wingless gene) and genitalic geometric morphometrics. Moreover, we performed species distribution modelling to estimate different climatic requirements of Z. polyxena and Z. cassandra. We projected climatic data into glacial maximum scenarios in order to verify if and to which extent glacial cycles could have contributed to speciation processes. Genetic and morphometric analyses identified two main groups.

Il est de plus en plus évident que la plupart des espèces cryptiques/jumelles peuvent s'hybrider dans leurs zones de contact. Par conséquent, le concept d'espèce biologique, qui suppose l'absence de métissage, est en train de devenir un critère obsolète dans le domaine de l'écologie évolutive.

Néanmoins, les quelques taxons sœurs parapatriques montrant barrières reproductives complètes représentent des modèles intéressants pour étudier les processus de spéciation et l'évolution de l'isolement reproducteur. Dans cette étude, nous avons examiné les populations de contact dans le nord-ouest de l'Italie de deux espèces de papillons, Zerynthia polyxena et Z. Cassandra, caractérisés par différents morphotypes génitales. Nous avons étudié les niveaux de divergence entre les 21 populations réparties de la Sicile à la France à l'aide de trois marqueurs génétiques (les gènes mitochondriaux COI et ND1 et le gène ailes nucléaire) et la morphométrie géométrique génitales. En outre, nous avons effectué une modélisation de la distribution des espèces d'estimer différentes exigences climatiques de Z. polyxena et Z. Cassandra. Nous avons projeté les données climatiques dans les scénarios de maximum glaciaire afin de vérifier si et dans quelle mesure les cycles glaciaires ont pu contribuer à des processus de spéciation. Morphométrique génétique et les analyses a identifié deux groupes principaux.


All specimens showed a concordant pattern of diversification, including those individuals sampled in the contact area. Haplotype distribution and climatic models showed that during glacial maxima both species experienced a strong range contraction and presumably remained separated into different microrefugia in southern France, in the Italian Peninsula and on the islands of Elba and Sicily. Long term separation was probably favoured by reduced dispersal ability and high phylopatry, while genitalic diversification probably favoured interbreeding avoidance. Conversely, the aposematic wing pattern remained almost identical. We compared our results with those obtained in other species and concluded that Z. polyxena and Z. cassandra represent a valuable model in the study of speciation.

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