Evolution de la forme corporelle des populations
sympatriques et non sympatriques de Tropheus du
lac Tanganyika
-
Publié :
le 5 août 2013
M Kerschbaumer , P
Mitteroecker & C
Sturmbauer
.
La spéciation allopatrique donne souvent des
espèces sœurs écologiquement équivalentes, de
sorte que leur mélange secondaire renforce la
compétition. Les rives du lac Tanganyika
abritent environ 120 populations distinctes du
genre cichlidé Tropheus ,
mais seules certaines sont
sympatriques. Lorsqu'il est seul, Tropheus occupe
une zone de profondeur relativement large, mais
en sympatrie, les poissons se ségrégent selon la
profondeur. Pour évaluer les effets de la
compétition, nous avons étudié la cooccurrence
partielle de Tropheus
moorii 'Kaiser'
et 'Kirschfleck' avec Tropheus
polli . Une
étude précédente a démontré via des expériences
de sélection standardisées que certaines
différences observées entre Tropheus 'Kaiser'
vivant seul et en sympatrie avec T.
polli ont
une base génétique malgré une plasticité phénotypique à grande
échelle. En utilisant la morphométrie géométrique et des marqueurs
génétiques neutres, nous avons maintenant étudié si les populations
sympatriques différaient systématiquement par leur forme corporelle des
populations vivant seules et si les différences étaient
adaptatives. Nous avons trouvé des différences significatives dans la
forme moyenne entre les populations non sympatriques et sympatriques,
alors que toutes les populations sympatriques des deux formes de couleur
se regroupaient dans l'espace de forme. Les populations sympatriques
avaient une tête relativement plus petite, des yeux plus petits et une
insertion plus antérieure de la nageoire pectorale que les populations
non sympatriques. Génétiquement, cependant, les populations « Kaiser »
non sympatriques et sympatriques se sont regroupées à l'exclusion de " Kirschfleck
". Les distances génétiques, mais
pas les distances morphologiques, étaient
corrélées aux distances géographiques. Les
matrices de covariance au sein et entre les
populations pour les populations de
T. moorii s'écartaient
de la proportionnalité. Il est donc probable que
la sélection naturelle agisse à la fois sur la
plasticité phénotypique et sur les traits
héréditaires et que ces deux facteurs
contribuent aux différences de forme
observées. La cohérence du modèle dans cinq
populations suggère un déplacement des
caractéristiques écologiques.
.
Introduction
.
La variation phénotypique entre les
individus est produite par l’effet combiné
de la plasticité phénotypique et des
différences génétiques. Les phénotypes
alternatifs sont soumis à la sélection
naturelle, quelle qu'en soit la source,
conduisant à une évolution adaptative au
niveau de la population ( Via
et Lande, 1985 ). Ainsi,
la variation de la morphologie constitue un
co-gradient, les effets environnementaux sur
l'expression phénotypique renforçant ou
neutralisant les différences génétiques
entre les populations ( Marcil
et al., 2006 ). De
nouveaux traits peuvent provenir d'une
induction environnementale ainsi que d'une
mutation, pour ensuite subir une sélection
et un accommodement génétique. Il a été
avancé que l'innovation adaptative due à la
plasticité développementale pourrait avoir
un plus grand potentiel évolutif que celle
induite par la mutation ( West-Eberhard,
2005a ). À
cet égard, une théorie opportune de
l'évolution adaptative doit reconnaître
l'importance de l'accommodation
phénotypique, c'est-à-dire le raffinement du
phénotype adaptatif par des changements
mutationnels ultérieurs ( Suzuki
et Nijhout, 2006 ),
en plus de la sélection opérant sur de
nouvelles caractéristiques résultant
d'événements aléatoires. variation due à une
mutation ( West-Eberhard,
2005b ). Cependant,
les facteurs favorisant ou limitant la
plasticité dans une population donnée
peuvent être difficiles à démontrer ( DeWitt
et al., 1998 ),
et il est particulièrement difficile
d'évaluer la contribution relative de la
plasticité par rapport aux différences
génétiques, lorsque l'on compare des
populations naturelles.
Les poissons cichlidés des grands lacs
d’Afrique de l’Est sont devenus un paradigme
de spéciation explosive et de rayonnement
adaptatif. On pense que deux innovations
clés sont responsables du succès des
cichlidés à peupler le lac via un
rayonnement adaptatif : leur deuxième
ensemble de mâchoires découplées des
mâchoires buccales ( Liem,
1973 )
et leur comportement reproducteur hautement
spécialisé ( Crapon
de Caprona, 1986 ). Ces
caractéristiques comportementales et
morphologiques leur permettent d’utiliser
une variété de niches trophiques spécifiques
plus rapidement que tout autre groupe de
poissons, de sorte que des communautés
d’espèces complexement entrelacées se sont
formées. Outre les processus géologiques,
les changements du niveau des lacs auraient
contribué de manière significative à la
diversification des poissons cichlidés ( Sturmbauer
et Meyer, 1992 ; Cohen
et al., 1993 , 1997 ; Rüber
et al., 1998 ; Baric
et al., 2003 ; Verheyen
et al., 2003 ; Sturmbauer
et al., 2005 ; Duftner
et al., 2007 ),
en générant des cycles répétés de
subdivision de la population, d'isolement
géographique et de divergence, suivis d'un
mélange secondaire. L'effet s'est multiplié
tout au long de la rive du lac vers un
gigantesque scénario de spéciation
allopatrique, appelé « pompe à espèces » ( Rossiter,
1995 ). Le
lien entre la divergence écomorphologique et
la spéciation est une question centrale dans
le rayonnement adaptatif, et le rôle de la
compétition dans le processus a été suggéré
depuis longtemps ( Fryer,
1959 ; Coulter,
1994 ). La
compétition pour les ressources trophiques a
conduit à la partition de l'habitat ainsi
qu'à l'établissement et au maintien de
morphologies trophiques distinctes dans le
contexte du rayonnement adaptatif ( Albertson,
2008 )
et de la spéciation écologique ( Rundle
et Nosil, 2005 ).
Le genre de poisson cichlidé du lac
Tanganyika Tropheus ,
avec six espèces nominales et environ 120 «
formes de couleur » pour la plupart
allopatriques ( Poll,
1986 ; Schupke,
2003 ),
est un système d'étude idéal pour cibler la
divergence allopatrique et la spéciation à
un stade mature de rayonnement
adaptatif. Malgré un grand âge évolutif et
une grande variété de modèles de couleurs au
sein de ce genre, la morphologie et la
taille sont très limitées ( Sturmbauer
et Meyer, 1992 ),
en raison du fait que toutes les populations
et espèces sœurs occupent la même niche
trophique dans le genre. communauté
d’espèces littorales. Cependant, des études
morphométriques géométriques récentes ont
identifié des différences de forme moyenne
significatives entre plusieurs populations de
Tropheus ,
qui pourraient en partie être adaptatives et
en partie dues à une dérive neutre ( Maderbacher
et al., 2008 ; Postl
et al., 2008 ; Herler
et al. ., 2010 ). L'histoire
évolutive et la phylogéographie du genre Tropheus ont
été étudiées dans une série d'études de
génétique moléculaire (par exemple, Sturmbauer
et Meyer, 1992 ; Sturmbauer
et al., 1997 ; Baric
et al., 2003 ; Sturmbauer
et al., 2005). ; Egger
et al., 2007 ; Koblmüller
et al., 2008 ). La
répartition actuelle des lignées génétiques
montre un grand degré de chevauchement, en
particulier aux frontières des trois bassins
lacustres, corroborant le rôle important des
changements de niveau des lacs pour la
dispersion et l'admixis ( Sturmbauer
et al., 2005 ). Dans
ces régions frontalières, les principales
lignées sont entrées en contact secondaire,
et elles se sont soit hybridées, soit sont
restées isolées sur le plan reproductif, de
sorte que deux ou plusieurs espèces de Tropheus vivent
parfois en sympatrie.
Tropheus vit
sur les rives rocheuses et pavées où il
habite une large gamme de profondeurs d'eau,
parfois jusqu'à 40 m, mais sa densité la
plus élevée se situe entre 0,5 et 5 m de
profondeur ( Kohda et Yanagisawa, 1992 ;
Sturmbauer et al . , 2008 )
. Le genre est hautement spécialisé et
occupe la niche trophique consistant
principalement à brouter des algues
filamenteuses, alors que d'autres genres
utilisent différentes ressources dans cette
communauté complexe d'espèces littorales ( Sturmbauer
et al., 1992 ; Konings,
1998 ). Dans
la zone littorale des lacs d'eau douce,
plusieurs facteurs écologiques varient
fortement avec la profondeur de l'eau. Tropheus
moorii préfère
les eaux peu profondes, probablement en
raison de la productivité plus élevée des
algues, des températures plus chaudes et du
risque de mortalité plus faible causé par
les poissons prédateurs pélagiques. Seuls
les très grands adultes ont tendance à
utiliser des eaux légèrement plus profondes
(> 5 m).
Dans cet article, nous avons étudié les
effets de la cooccurrence de deux espèces de
Tropheus dans
la partie centre-est du lac Tanganyika : T.
moorii (formes
de couleur « Kaiser » et « Kirschfleck »)
et Tropheus
polli . Nous
avons étudié si les populations
sympatriques de
Tropheus différaient
par leur forme corporelle des populations
non sympatriques (c'est-à-dire si les
populations qui coexistent avec un autre Tropheus diffèrent
de celles qui ne le font pas). Ainsi, nous
avons cherché à tester l’hypothèse selon
laquelle la coexistence de deux espèces
écologiquement (presque) équivalentes
renforce la compétition pour les ressources
disponibles. De telles interactions
compétitives pourraient conduire à une
ségrégation spatiale et à une divergence
écomorphologique. Les différences
morphologiques et comportementales entre les
populations sympatriques et non
sympatriques de
Tropheus pourraient
être en partie dues à la plasticité
morphologique et à la variation génétique,
façonnées par le déplacement des caractères
écologiques ou reproducteurs ( Brown
et Wilson, 1956 ; Pfennig
et al., 2010 ). Nous
avons étudié le scénario naturel suivant :
Sur la côte est, près du village d'Ikola, T.
moorii 'Kaiser'
vit seul et utilise toute la plage de
profondeur préférée de 0 à environ 5 m ( Figure
1 ). Plus
au nord, T.
moorii 'Kaiser'
est présent en sympatrie avec T.
polli . Dans
cette situation, T.
polli occupe
la partie supérieure de l'habitat rocheux,
tandis que T.
moorii 'Kaiser'
vit dans les sections plus profondes de la
zone littorale rocheuse entre des
profondeurs d'environ 3 à 5 m ( Schupke,
2003 ;
Sturmbauer, observations personnelles
). Cependant, la séparation en profondeur
n’est pas complète et les deux espèces
présentent un certain chevauchement dans
leurs répartitions. Notre étude comprenait
également une autre forme de couleur, T.
moorii 'Kirschfleck',
qui vit légèrement au nord de T.
moorii 'Kaiser'
sur les rives des montagnes Mahale. De même,
il partage l'habitat avec T.
polli et
présente la même ségrégation en profondeur
que T.
moorii 'Kaiser'. T.
moorii 'Kirschfleck'
est de couleur similaire à T.
moorii 'Kaiser',
en ce sens que T. 'Kirschfleck'
présente deux taches rouges sur les flancs
du corps, tandis que T. 'Kaiser'
présente une large bande jaune et les deux
formes de couleur partagent une ascendance
commune relativement récente ( Egger
et al., 2007 ). Notez
cependant que même les populations affectées
à la même forme de couleur diffèrent
légèrement les unes des autres. Les
expériences de croisement en aquarium ont
confirmé l'accouplement assorti et
l'isolement reproductif de T.
polli provenant
deT.
moorii 'Kaiser'
et T.
moorii 'Kirschfleck'
(Sturmbauer, données non publiées). T.
moorii 'Kaiser'
et 'Kirschfleck' forment facilement des
hybrides en captivité (Toby Veall,
communication personnelle).
.
Figure 1
Localités d’échantillonnage au
Lac Tanganyika. ( une ) Tropheus
moorii 'Kirschfleck'
en sympatrie avec Tropheus
polli près
de Mahale (KFS1) et Mabilibili
(KFS2) ; ( b ) T.
moorii 'Kaiser'
en sympatrie avec T.
polli du
sud d'Isonga (IKS3), du nord de
Kekese (IKS4) et à Kekese (IKS5)
; sympatrique T.
polli (TPS1
– TPS5); ( c
) T.
moorii 'Kaiser'
non sympatrique vivant seul sans
deuxième Tropheus au
nord d'Ikola (IKA1), à Ikola
(IKA2) et au sud d'Ikola (IKA3).
.
Cette étude
s'appuie sur une étude précédente dans laquelle nous avons produit et
analysé la progéniture F 1 de quatre formes de couleur Tropheus dans
un environnement d'étang standardisé et des hybrides F 1 entre
deux ensembles de formes de couleur Tropheus ( Kerschbaumer
et al., 2011 ). En plus de T. moorii 'Mbita' et 'Nakaku',
nous avons élevé et hybridé deux populations de T. moorii 'Kaiser'
- l'une vivant seule et l'autre en sympatrie avec T. polli - qui
sont également utilisées dans la présente analyse. Nous avons constaté
que le passage à un environnement d'étang standardisé induisait non
seulement une plasticité phénotypique marquée, mais aussi, en même
temps, laissait intacte une distinction morphologique entre les
populations, dans la mesure où la progéniture F 1 des quatre populations
de Tropheus élevées en étang pouvait être également différenciée .
. Ainsi, malgré le signal clair de plasticité phénotypique, il existe
une base génétique pour les différences morphométriques observées entre
les populations. L'ampleur du changement de forme dû à la plasticité
phénotypique dépassait les différences entre ces populations d'un
facteur de 2,4. Nous avons également démontré une base héréditaire pour
des caractéristiques morphologiques particulières différant entre les
différentes populations de Tropheus ( Koch
et al., 2012 ).
Pour répondre à la question de savoir si ces
différences ont un caractère adaptatif, nous
avons appliqué des méthodes morphométriques
géométriques en combinaison avec une analyse
de marqueurs génétiques neutres. Nous avons
en outre lié les différences morphologiques
et génétiques à la répartition géographique
des populations.
.
Matériels et méthodes
.
Populations étudiées et échantillonnage
.
Entre 2005 et 2009, environ 800 individus de
deux formes de couleur et deux espèces du
genre Tropheus ont
été collectés dans huit sites sur la côte
est du lac Tanganyika ( Figure
1 ). À
trois endroits, une population de
T. moorii occupait
toute l'aire de répartition de l'habitat
préféré (appelé « Tropheus non
sympatrique 'Kaiser »), et à cinq endroits,
une population partageait son habitat avec
une espèce sœur, T.
polli (appelée
' Trophée sympatrique
'Kaiser'' et ' Trophée sympatrique
'Kirschfleck''). T.
moorii 'Kaiser',
également appelé Tropheus 'Ikola'
dans le commerce des aquariums, a un corps
globalement noir avec une bande jaune
audacieuse au centre du corps. La coloration
de base du T.
moorii 'Kirschfleck'
est noire, avec deux taches rouges
proéminentes sur les flancs du corps. Les
deux formes de couleur présentent une teinte
inclinée le long de leur aire de
répartition. T.
polli se
caractérise par un motif rayé (femelles et
juvéniles) ou une couleur gris bleuâtre
uniforme (mâles matures) et une nageoire
caudale unique profondément fourchue. La
taille des échantillons, les noms et les
coordonnées géographiques des sites
d'échantillonnage sont répertoriés dans le
tableau 1 . Pour
cette étude, seuls les poissons adultes ont
été considérés. Des images numériques
d'échantillons anesthésiés ont été obtenues
à l'aide d'un scanner à plat commun ( Herler
et al., 2007 ). Un
petit clip de nageoire a été prélevé pour
analyse génétique.
.
Tableau 1 : Résumé des espèces et
populations de
Tropheus échantillonnées
.
Année d'échantillonnage
Code
Vie
Coordonnées
Espèces
Morphologie des couleurs
Taille de l'échantillon (hommes/femmes)
Kaiser 1
2009
IKA1
Non sympatrique
6° 40'29''S, 30° 20'58''E
T. moorii
'Kaiser'
69 (23/46)
Kaiser 2
2005
IKA2
Non sympatrique
6° 41'27''S, 30° 21'41''E
T. moorii
'Kaiser'
73 (25/48)
Kaiser 3
2007
IKA3
Non sympatrique
6° 41'30"S 30° 21'47"E
T. moorii
'Kaiser'
141 (50/91)
Mahale
2009
KFS1
Sympatrique
6° 26'46''S, 29° 54'15''E
T. moorii
'Kirschfleck'
54 (36/18)
2009
TPS1
T. polli
30 (13/17)
Mabilibili
2009
KFS2
Sympatrique
6° 27'03''S, 29° 54'51''E
T. moorii
'Kirschfleck'
61 (29/32)
2009
TPS2
T. polli
28 (13/15)
Au sud d'Isonga
2009
IKS3
Sympatrique
6° 30'40''S, 30° 11'26''E
T. moorii
'Kaiser'
66 (31/35)
2009
TPS3
T. polli
27 (15/12)
Au nord de Kekese
2009
IKS4
Sympatrique
6° 36'55''S, 30° 17'35''E
T. moorii
'Kaiser'
71(28/33)
2009
TPS4
T. polli
28 (12/16)
Kekese
2005
IKS5
Sympatrique
6° 36'57''S, 30° 17'40''E
T. moorii
'Kaiser'
67 (23/44)
2005
TPS5
T. polli
48 (23/25)
.
Analyse morphométrique
.
La forme externe du corps a été quantifiée
en numérisant les coordonnées cartésiennes
de 18 points de repère ( Figure
2 )
à l'aide de TpsDig 2.10 ( Rohlf,
2006 ). Les
configurations de points de repère ont été
superposées à l'aide d'une analyse de
Procuste généralisée ( Rohlf
et Slice, 1990 ; Mitteroecker
et Gunz, 2009 )
et projetées dans l'espace tangent de
Procuste ( Rohlf,
1999 ). La
distribution empirique des formes moyennes
de la population a été évaluée à l'aide
d'une analyse en composantes principales
(PC) des coordonnées de forme
résultantes. Les différences moyennes entre
les PC et les groupes ont été visualisées à
l'aide de grilles de déformation spline à
plaque mince (TPS) ( Bookstein,
1991 ). La
variance totale de forme au sein de la
population a été calculée comme la trace de
la matrice de covariance correspondante des
coordonnées de forme. Les différences de
population en termes de forme moyenne et de
variance totale ont été testées pour leur
signification statistique à l'aide de tests
de permutation de Monte-Carlo ( Good,
2000 ).
.
Figure 2
Positions des 18 repères
numérisés : (1) pointe
antérieure du museau ; (2) et
(3) insertion antérieure et
postérieure de la nageoire
dorsale ; (4) et (6) insertion
supérieure et inférieure de la
nageoire caudale ; (5) point
médian de l'origine de la
nageoire caudale ; (7) et (8)
insertion postérieure et
antérieure de la nageoire
anale ; (9) insertion de la
nageoire ventrale ; (10) pointe
ventrale du cleithrum
(11) ; point le plus ventral de
la frontière entre
l'interopercule et le
sous-opercule ; (12) le point où
le préopercule, l'inter-opercule
et le sous-opercule entrent en
contact ; (13) insertion
supérieure de la nageoire
pelvienne ; (14) origine dorsale
de l'opercule ; (15) extrémité
dorsale du sillon préoperculaire
; (16) et (17) points les plus
antérieurs et les plus
postérieurs de l'orbite ; et
(18) point le plus postérieur
des lèvres.
.
Selon Lande
(1979) ,
la matrice de covariance génétique additive
entre populations devrait être
proportionnelle à la matrice de covariance
ancestrale au sein d'une population en cas
de dérive génétique pure. Les écarts par
rapport à la proportionnalité peuvent
indiquer des scénarios évolutifs impliquant
une sélection perturbatrice ou
stabilisatrice ( Chapuis
et al., 2008 ). En
tant que substituts des matrices de
covariance génétique, nous avons estimé la
matrice de covariance phénotypique regroupée
au sein d'une population et la matrice de
covariance phénotypique entre populations
des populations de T.
moorii ( Cheverud,
1988 ; Roff,
1997 ). Nous
avons effectué un test de rapport de
vraisemblance de proportionnalité des deux
matrices de covariance ( Mardia
et al., 1979 ; Chapuis
et al., 2008 ). Afin
de calculer ce test, les données ont été
réduites aux 10 premiers PC afin que les
matrices de covariance soient
inversibles. Pour nos données, les résultats
ne dépendaient pas du nombre de PC
sélectionnés.
Cette approche génétique quantitative repose
sur plusieurs hypothèses très idéalisées
(voir par exemple Lande,
1979 ; Cheverud,
1988 ; Roff,
1997 ; Marroig
et Cheverud, 2004 ; Pigliucci,
2006 )
et s'applique à un nombre limité de
populations. Par conséquent, en plus du test
du rapport de vraisemblance, nous avons
exploré dans quelle mesure les matrices de
covariance au sein et entre les populations
différaient réellement par rapport aux
différences entre les matrices de covariance
de la population. À cette fin, nous avons
effectué une analyse d’ordination des huit
matrices de covariance de population, de la
matrice de covariance regroupée au sein de
la population et de la matrice de covariance
entre populations. Comme fonction de
distance, nous avons utilisé la double norme
des valeurs propres relatives log, la
métrique naturelle sur l'espace des matrices
de covariance ( Mitteroecker
et Bookstein, 2009 ). Encore
une fois, cette analyse doit être basée sur
un petit ensemble de PC afin que toutes les
matrices soient inversibles. Les analyses
des trois à sept premiers PC ont donné à peu
près la même ordination ; nous rapportons
donc ici les quatre versions PC.
En outre, nous avons évalué le modèle de
différences entre les matrices de covariance
au sein et entre les populations à l'aide de
nuages de points des coordonnées de forme
correspondantes, ainsi que d'ellipses de
fréquence égale par point de repère. Cette «
décomposition graphique » de la variation
permet une inspection visuelle et une
localisation des différences dans les
modèles de variance et de covariance (voir
aussi Herler
et al., 2010 ). Toutes
les analyses statistiques et morphométriques
ont été effectuées dans Mathematica 8 à
l'aide de routines programmées par Philipp
Mitteroecker et Philipp Gunz.
.
Analyse génétique
.
L'ADN génomique
a été extrait de clips de nageoires conservés dans l'éthanol par
digestion enzymatique à l'aide de la protéinase K, suivie d'une
précipitation à l'acétate d'ammonium et à l'isopropanol ( Sambrook
et al., 1989 ). Tous les échantillons ont été examinés pour
déterminer la variation génétique de six marqueurs microsatellites :
UNH130 ( Lee
et Kocher, 1996 ), Pzep2, Pzep3 ( van
Oppen et al., 1997 ), UME003, UME002 ( Parker
et Kornfield, 1996 ) et TmoM27 ( Zardoya
et al. ., 1996 ). L'amplification PCR a été réalisée dans un volume
total de 20 µl. Le cocktail PCR contenait 50 ng d'ADN total extrait,
0,025 à 0,2 μm μl −1 d'amorce (les amorces directes étaient
marquées par fluorescence avec HEX, 6-FAM ou NED), 0,05 nmol de mélange
de dNTP (10 mm), 0,5 μl de BSA (100 × BSA ; New England Biolabs,
Ipswich, MA, USA), 30 nmoles de tampon MgCl (15 mm) et 0,2 µl de Taq polymérase
(5 U µl -1 ; BioTherm, GenXpress, Vienne, Autriche). Toutes
les réactions PCR ont été réalisées dans les conditions suivantes : 94
°C pendant 3 min, suivi de 30 cycles à 92 °C pendant 30 s ; 51 à 54 °C,
1 minute ; 72 °C, 1 min, suivi de 72 °C pendant 10 min. Les produits de
PCR ont été chargés sur un séquenceur Applied Biosystems 3130xl et notés
à l'œil nu à l'aide du logiciel Genemapper v.3.7 (Applied Biosystems,
Vienne, Autriche) par rapport à un standard de taille interne ABI ROX
500. Nous avons utilisé le logiciel Micro-Checker ( van
Oosterhout et al., 2004 ) pour évaluer la présence potentielle
d'allèles nuls. Les informations génotypiques déduites ont été évaluées
pour les écarts par rapport à l'équilibre de Hardy – Weinberg (FIS par
population), et la diversité génétique, le nombre d'allèles et la
richesse allélique ont été calculés à l'aide du logiciel FSTAT v.
2.9.3.2 ( Goudet 1995 ) . À
l'aide du logiciel GENEPOP 4.0 ( Raymond
et Rousset, 1995 ; Rousset,
2010 ), des tests de déséquilibre de liaison ont été réalisés en
utilisant les paramètres par défaut de la chaîne de Markov. La
différenciation au sein de la population a été quantifiée à l'aide
d'Arlequin 3.1.1 ( Excoffier
et al., 2006 ) en calculant le F ST par paire ( Wright,
1951 ). Pour illustrer la divergence génétique entre les
populations, nous avons effectué une analyse des coordonnées principales
basée sur la matrice de distance F ST . Afin de
visualiser la similarité relative entre différents groupes de
populations, une analyse de correspondance factorielle a été réalisée
sur des données microsatellites à l'aide de Genetix v. 4.05 ( Belkhir
et al., 2004 ; données non présentées).
.
Résultats
.
Différenciation morphologique
.
La figure 3a montre
un nuage de points des deux premiers PC des
13 moyennes de population. Ces deux
composantes représentaient 78 % de la
variation totale de forme parmi les moyennes
de la population. Les populations
sympatriques de « Kaiser » étaient très
similaires aux populations sympatriques de «
Kirschfleck », alors que toutes deux
différaient des populations non sympatriques
de Tropheus . Les
formes moyennes des cinq populations de
T. polli différaient
clairement de celles de toutes les
populations de
T. moorii 'Kaiser'
et 'Kirschfleck'. Les différences de forme
correspondant aux deux PC sont visualisées
sur les
figures 3b et c . Malgré
des différences moyennes apparentes, il y
avait un chevauchement des variations
individuelles entre les populations, à la
fois dans une analyse PC et dans une analyse
variable canonique. Seuls T.
polli et T.
moorii ont
pu être séparés dans une analyse
discriminante à deux groupes (non
présentée).
.
Figure 3
Analyse en composantes
principales des 13 formes
moyennes de population. ( une )
Nuage de points des deux
premières composantes
principales (PC), représentant
78 % de la variation totale de
forme parmi les moyennes de la
population. Les différences de
forme correspondant à PC 1 et PC
2 sont visualisées dans ( b )
et ( c )
sous forme de grilles de
déformation allant de la forme
moyenne générale aux formes
correspondant à des scores de
−0,1 et 0,1 le long des PC,
respectivement. IKS,
sympatrique T.
moorii 'Kaiser'; IKA,
T. moorii non
sympatrique 'Kaiser'; KFS,
sympatrique T.
moorii 'Kirschfleck'; TPS, T.
polli .
.
Dans l'espace de forme complet de Procuste,
les trois formes moyennes globales de «
Kaiser » sympatrique, de « Kaiser » non
sympatrique et de « Kirschfleck »
sympatrique différaient toutes
significativement les unes des autres ( P
<0,001 pour les trois tests ) . La
figure 4 montre
les grilles de déformation TPS entre ces
formes moyennes de groupe. Les populations
non sympatriques de
Tropheus avaient
une tête relativement élargie et une
nageoire pectorale plus postérieure que les
populations sympatriques. Les différences
entre « Kaiser » non sympatrique et «
Kirschfleck » sympatrique étaient
pratiquement les mêmes que celles
représentées sur la
figure 2a et
ne sont donc pas représentées. Des
différences de forme entre T.
moorii et T.
polli ont
été détectées pour les proportions globales
du corps, la position des nageoires
pectorales, ainsi que la taille et la forme
relatives de la tête.
.
Figure 4
Visualisation par spline sur
plaque mince des différences de
forme moyennes entre ( a )
les populations sympatriques et
non sympatriques de
Tropheus moorii , ( b )
les populations de
Tropheus polli et
sympatriques de
T. moorii et
( c ) les
populations de
T. polli et de T. moorii non
sympatriques . Toutes les
différences sont extrapolées
linéairement par un facteur 6.
.
Le tableau 2 donne
la variance totale des coordonnées de forme
de Procustes pour les trois groupes de
populations de T.
moorii et
pour les populations de
T. polli . Regroupés
sur les populations correspondantes et sur
les deux sexes, le 'Kaiser' non sympatrique
présentait une variance totale au sein de la
population plus grande que le T.
moorii sympatrique
'Kaiser' ( P
<0,001) et le T. moorii sympatrique 'Kirschfleck'
( P <0,001
). ). La variance au sein de la population
de T.
polli était
inférieure à celle de tous les groupes de
T. moorii ( P <0,001). Calculée
séparément pour les deux sexes, cette
tendance était plus prononcée chez les
hommes que chez les femmes.
.
Tableau 2 :
Variance totale de forme au sein de la population (échelle de 10 3 )
regroupée pour les deux sexes, ainsi que, séparément, pour les femmes et
pour les hommes
.
Mis en commun
Femmes
Hommes
T. moorii 'Kaiser'
non sympatrique
0,462
0,457
0,476
T. moorii 'Kaiser'
sympatrique
0,372
0,400
0,341
T. moorii 'Kirschfleck'
sympatrique
0,387
0,466
0,338
T. polli sympatrique
0,280
0,291
0,271
.
Le test du maximum de vraisemblance indique
que la matrice de covariance entre les
populations et la matrice de covariance
regroupée au sein de la population de tous
les spécimens de
T. moorii s'écartaient
considérablement de la proportionnalité ( P <0,001). L'analyse
d'ordination de la
figure 5 montre
qu'ils différaient considérablement par
rapport aux différences entre les matrices
de covariance des huit populations. Les
structures de covariance entre et au sein de
la population sont visualisées sur la
figure 6 sous
forme de nuages de points des coordonnées
de la forme de Procruste ainsi que
d'ellipses de fréquence égale pour chaque
point de repère. La répartition des repères
au sein des populations ( Figure
6a )
s'écartait de celle entre les populations ( Figure
6b )
principalement dans la partie antérieure de
la tête et à l'insertion de la nageoire
pectorale. Notez que ces tracés montrent
uniquement les variances des coordonnées de
forme ainsi que les covariances entre les
coordonnées x et y du
même point de repère, mais ne représentent
pas les covariances entre les coordonnées de
forme de différents points de repère.
.
Figure 5
Coordination des coordonnées
principales (PCO) des huit
matrices de covariance de
population Tropheus
moorii ,
ainsi que la matrice de
covariance intra-population
regroupée ( W )
et la matrice de covariance
inter-population mise à
l'échelle ( B ). Chaque
point de ce graphique représente
une matrice de covariance, et la
distance entre les points se
rapproche de la métrique
présentée par Mitteroecker
et Bookstein (2009) . La
matrice B a
été mise à l'échelle pour être
aussi proportionnelle que
possible à W par
un facteur d'échelle du maximum
de vraisemblance ( Mardia
et al., 1979 )
.
Figure 6
Nuages de points représentant
la variation des coordonnées de
forme de Procustes ( a )
au sein des populations de
Tropheus moorii et
( b )
entre les moyennes des
populations de
T. moorii . Des
ellipses de fréquence égale sont
dessinées séparément pour chaque
point de repère. Dans un
scénario de pure dérive
évolutive, les modèles ( a )
et ( b )
devraient être proportionnels,
de sorte que les écarts par
rapport à la proportionnalité
indiquent des forces sélectives.
.
Différenciation génétique
.
Dans les deux
populations sympatriques de T. moorii 'Kirschfleck' et dans
certaines populations de T. polli , plusieurs locus présentaient
des signes d'allèles nuls en raison d'un excès d'homozygotes. Un locus,
UME003, a montré des allèles nuls dans toutes les populations sauf une.
Nous excluons donc ce marqueur des analyses ultérieures. Un résumé des
statistiques des microsatellites est présenté dans le
tableau 3 . Bien que la différenciation génétique entre les
populations « Kaiser » non sympatriques et sympatriques soit
significative ( F ST entre 0,033 et 0,085), elle ne
dépassait pas la différenciation au sein des populations non
sympatriques et sympatriques ( Tableau
3 ). L'analyse coordonnée principale des valeurs F ST a
montré une étroite parenté génétique entre les six populations « Kaiser
», alors que les deux formes de couleur, « Kaiser » et « Kirschfleck »,
étaient clairement distinctes ( Figure
6 ). T. polli différait de " Kaiser " et de " Kirschfleck ",
à l'exception d'une population (TPS3) qui se regroupait avec les
populations de " Kirschfleck ".
.
Tableau 3 : Statistiques pour les cinq
microsatellites des populations de
Tropheus étudiées
.
Population
IKA1
IKA2
IKA3
IKS3
IKS4
IKS5
KFS1
KFS2
TPS1
TPS2
TPS3
TPS4
TPS5
Tous
N
70
82
141
69
71
67
56
67
24
27
30
28
75
732
UNH 130
UN
17
20
18
23
20
23
16
19
12
9
8
15
19
35
RA
11.369
11.848
10.552
17.646
14.749
15.597
13.452
15.682
12 000
8.625
7.524
14.209
13.815
18.228
IL
0,785
0,798
0,748
0,930
0,889
0,909
0,906
0,918
0,845
0,532
0,705
0,874
0,819
HO
0,814
0,793
0,759
0,899
0,873
0,896
0,750
0,582
0,458
0,444
0,700
0,607
0,467
Fis
−0,030
0,012
−0,011
0,041
0,024
0,022
0,180
0,372
0,474
0,183
0,024
0,322
0,436
Pzep3
UN
5
3
5
6
4
5
4
6
3
7
8
5
5
10
RA
4.951
2.999
4.724
4.811
3.949
4.097
3.421
4.059
3.000
6.200
7.150
4.624
3.859
5.216
IL
0,727
0,535
0,694
0,565
0,629
0,638
0,445
0,624
0,618
0,591
0,353
0,222
0,621
HO
0,700
0,537
0,872
0,681
0,747
0,687
0,544
0,868
0,862
0,833
0,400
0,207
0,960
Fis
0,044
0,004
−0,254
−0,199
−0,180
−0,069
−0,213
−0,383
−0,381
−0,397
−0,117
0,087
−0,541
Pzep2
UN
15
17
17
18
19
19
15
19
19
19
17
17
21
32
RA
11.467
12.683
11.605
14.029
14.170
15.847
12.955
16.066
18.115
17.612
16.067
16.193
17.590
18h35
IL
0,857
0,871
0,869
0,903
0,896
0,918
0,908
0,924
0,929
0,923
0,914
0,915
0,933
HO
0,985
0,963
0,929
0,971
0,986
0,925
0,932
0,955
0,931
0,967
1.000
0,966
0,933
Fis
−0,142
−0,101
−0,065
−0,068
−0,093
0,000
−0,019
−0,026
0,015
−0,031
−0,077
−0,038
0,007
TmoM27
UN
6
6
6
7
6
8
6
9
4
3
3
4
5
12
RA
4.795
5.170
4.653
5.799
5.375
6.466
4.989
6.416
3.846
3.000
2.993
3.842
3.453
6.205
IL
0,615
0,635
0,574
0,735
0,755
0,773
0,472
0,657
0,501
0,292
0,213
0,146
0,151
HO
0,643
0,610
0,582
0,826
0,789
0,750
0,356
0,338
0,077
0,259
0,233
0,154
0,147
Fis
−0,039
0,046
−0,009
−0,116
−0,037
0,038
0,254
0,490
0,852
0,129
−0,080
−0,036
0,038
UME002
UN
3
4
4
4
6
5
3
8
3
10
7
6
8
17
RA
2.570
2.585
2.742
3.790
4.974
3.816
2.873
4.985
2.800
9.424
6.746
5.651
6.208
5.818
IL
0,389
0,426
0,425
0,306
0,384
0,273
0,201
0,231
0,099
0,631
0,385
0,533
0,671
HO
0,371
0,366
0,355
0,275
0,352
0,250
0,220
0,221
0,103
0,379
0,222
0,379
0,720
.
Abréviations : A , nombre
d'allèles ; AR, richesse allélique ; Fis, valeurs Fis ; HE,
hétérozygotie attendue ; HO, hétérozygotie observée ; N , taille
de l'échantillon.
.
Différenciation géographique
.
Nous avons
corrélé les valeurs F ST et les distances de forme de
Procruste entre les huit populations de T. moorii 'Kaiser' et T.
moorii 'Kirschfleck' avec les distances géographiques entre les sites
correspondants ( Figure
7 et Tableau
4 ). F ST était fortement associé à la distance
géographique ( r = 0,93, P <0,001), alors que la distance
de Procuste n'était pas liée à la distance géographique ( r =
0,05, P = 0,79) et à F ST ( r = −0,15, P =
0,44). La même tendance est devenue évidente lors de l'analyse des six
populations de T. moorii 'Kaiser' seules (non illustrées).
.
Figure 7
Ordonnance des coordonnées
principales (PCO) des distances F
ST
entre toutes les populations échantillonnées. Les distances entre les
points de ce graphique se rapprochent des distances F ST entre les
populations.
.
Tableau 4 Valeurs F ST
(au-dessus de la diagonale) et distances de Procruste (en dessous de la
diagonale) entre les 13 populations
.
IKA1
IKA2
IKA3
IKS3
IKS4
IKS5
KFS1
KFS2
TPS1
TPS2
TPS3
TPS4
TPS5
IKA1
0,0410
0,0182
0,0776
0,0522
0,0656
0,2546
0,2286
0,1831
0,1885
0,2762
0,2126
0,1689
IKA2
0,0178
0,0155
0,0680
0,0329
0,0421
0,2217
0,2116
0,1787
0,1787
0,2376
0,1720
0,1770
IKA3
0,0159
0,0141
0,0848
0,0420
0,0560
0,2386
0,2203
0,1769
0,1842
0,2568
0,1902
0,1704
IKS3
0,0105
0,0240
0,0216
0,0172
0,0175
0,2293
0,2144
0,2134
0,2130
0,2465
0,2149
0,2062
IKS4
0,0127
0,0246
0,0246
0,0106
0,0009
0,2226
0,2087
0,2011
0,2012
0,2304
0,2091
0,1997
IKS5
0,0121
0,0143
0,0116
0,0175
0,0194
0,2307
0,2139
0,2147
0,2160
0,2398
0,2272
0,2158
KFS1
0,0094
0,0212
0,0187
0,0098
0,0158
0,0148
0,0466
0,1095
0,2213
0,0839
0,2098
0,2304
KFS2
0,0095
0,0237
0,0214
0,0075
0,0095
0,0154
0,0082
0,0896
0,1869
0,1295
0,1894
0,1968
TPS1
0,0154
0,0253
0,0242
0,0148
0,0167
0,0194
0,0163
0,0137
0,0716
0,1429
0,0968
0,0881
TPS2
0,0189
0,0296
0,0305
0,0184
0,0161
0,0260
0,0210
0,0173
0,0112
0,2021
0,0683
0,0930
TPS3
0,0183
0,0265
0,0289
0,0188
0,0170
0,0242
0,0203
0,0175
0,0113
0,0065
0,2455
0,2761
TPS4
0,0186
0,0292
0,0307
0,0182
0,0173
0,0255
0,0206
0,0173
0,0109
0,0064
0,0070
0,0553
TPS5
0,0205
0,0218
0,0272
0,0218
0,0214
0,0218
0,0214
0,0204
0,0152
0,0175
0,0132
0,0152
.
Discussion
.
L'importance relative de la sélection
naturelle et de la dérive génétique
aléatoire pour la diversification et la
spéciation a été au centre de l'intérêt d'un
large éventail d'études empiriques et
théoriques (par exemple, Otte
et Endler, 1989 ; Barton,
1996 ; Orr,
1998 ; Dieckmann
et Doebeli, 1999 ; Schluter,
2000 ; Kingsolver
et al., 2001 ; Merilä
et Crnokra, 2001 ; Coyne
et Orr, 2004 ; Gavrilets,
2004 ; Leinonen
et al., 2006 ). Dans
cet article, nous avons tenté de saisir les
effets de la sélection naturelle sur des
paires d'espèces sympatriques en comparant
le degré de variation phénotypique et
génétique au sein et parmi les populations
non sympatriques sélectionnées de Tropheus
avec le degré de variation au sein des
populations sympatriques, c'est-à-dire celles qui
vivre avec un autre Tropheus . T.
polli partage
son habitat avec diverses formes de
Tropheus le
long d'une étendue d'environ 100 km du
littoral du lac Tanganyika, se nourrit du
même régime alimentaire et est donc
susceptible d'être un puissant concurrent de
niche ( Axelrod,
1977 ; Poll,
1986 ). Notre
échantillon de population comprenait des
populations de deux de ces formes de
couleur, T. 'Kaiser'
et T. 'Kirschfleck'. Lorsqu'elles
sont seules, les populations de
Tropheus se
trouvent dans une large plage de profondeur,
la densité la plus élevée se situant dans la
plage de profondeur de 0,5 à 5 m, mais
lorsqu'elles coexistent avec un autre Tropheus ,
l'une occupe toujours la plage de profondeur
la plus élevée et apparemment préférée,
alors que le le deuxième (ou troisième) Tropheus occupe
des eaux plus profondes, mais avec une zone
de chevauchement. Les populations
sympatriques habitent ainsi un habitat
différent et en fait plus restreint que les
populations non sympatriques. Dans notre
cas, T.
polli reste
toujours dans la zone de faible profondeur,
tandis que la deuxième (ou troisième) espèce
de Tropheus se
déplace vers les eaux plus profondes. Le
mouvement vers des eaux plus profondes est
évident chez les populations de
T. moorii 'Kaiser' qui vivent seules, car
elles habitent toute la profondeur de
l'habitat rocheux, typique de tous les
Tropheus non
sympatriques tout autour du lac. Il en va de
même pour Tropheus
duboisi dans
la partie nord et nord-est du lac Tanganyika
; T.
duboisi vit
systématiquement dans des eaux plus
profondes que la deuxième (ou la troisième)
espèce de
Tropheus ( Brichard,
1978 ),
tout comme l'une des deux espèces
sympatriques de
Tropheus .espèce
près de Namanzi et Mtosi sur la rive sud-est
du lac (observations personnelles). La
profondeur de l'eau est susceptible
d'imposer des régimes de sélection
différentiels, dans la mesure où les espèces
vivant en profondeur doivent faire face à
davantage d'oiseaux prédateurs et à l'action
des vagues que les espèces vivant en
profondeur, mais bénéficient d'une
croissance d'algues plus élevée, tandis que
les espèces vivant en profondeur doivent
traiter davantage les prédateurs pélagiques,
réduire la productivité des algues et la
transmission de la lumière. On peut donc
affirmer que la ségrégation en profondeur
observée conduit à une adaptation
différentielle.
Dans notre analyse, nous avons
trouvé des différences significatives dans la forme moyenne entre les
populations de Tropheus non sympatriques et sympatriques . De plus,
les populations sympatriques de T. moorii 'Kaiser' et de T.
moorii 'Kirschfleck' se sont regroupées dans l'analyse PC et ne se
chevauchaient que légèrement dans l'espace de forme avec les populations
non sympatriques ( Figure
3 ). Pourtant, une ordination des similitudes génétiques ( F ST )
a montré une image différente : les populations non sympatriques et
sympatriques de T. moorii 'Kaiser' se sont étroitement
regroupées, à l'exclusion de T. moorii 'Kirschfleck' ( Figure
6 ). Cette observation est congruente avec une analyse
phylogéographique du genre Tropheus basée sur les marqueurs AFLP
(polymorphisme de longueur de fragment amplifié) ( Egger
et al., 2007 ), dans laquelle une relation plus étroite entre T.
moorii 'Kaiser' et 'Kirschfleck' a été trouvée, contrastant les
résultats antérieurs basés sur l'ADNmt en les attribuant à différentes
lignées d'ADNmt ( Sturmbauer
et Meyer, 1992 ; Sturmbauer
et al., 1997 ; 2005 ). Bien
que le modèle génétique puisse provenir dans une certaine mesure d'une
combinaison d'effets fondateurs et de dérives, l'incongruence entre les
similitudes génétiques neutres et les similitudes morphologiques est une
indication forte de l'action de processus de sélection différentiels
dans les populations de Tropheus non sympatriques et
sympatriques. Malgré l'augmentation de l'isolement génétique parmi les
populations de T. moorii 'Kaiser' et de T. moorii 'Kirschfleck'
avec la distance géographique, les populations sympatriques des deux
formes de couleur étaient morphologiquement similaires et différaient
des populations non sympatriques. Les populations sympatriques
avaient une tête relativement plus petite, des yeux plus petits et une
insertion plus antérieure de la nageoire pectorale que les populations
non sympatriques ( Figure
4a ). Ces caractéristiques semblent être une adaptation aux
caractéristiques environnementales d’une plus grande profondeur d’eau et
d’une transmission lumineuse réduite. Par exemple, Jordan
et coll. (2008) ont observé une diminution du diamètre des yeux avec
une diminution de la transmission de la lumière chez les cichlidés
rocheux du lac Malawi. De plus, Tropheus vivant dans des eaux
moins profondes peut avoir besoin de yeux plus grands pour mieux
détecter les oiseaux prédateurs. Les différences dans la taille de la
tête et la taille des yeux pourraient également être en partie une
adaptation à des ressources alimentaires (légèrement) différentes dans
les eaux peu profondes et plus profondes.
Nous avons en
outre constaté que les distances génétiques ( F ST )
entre les populations de Tropheus étaient fortement associées aux
distances géographiques, comme prévu, pour les marqueurs neutres ( Figure
8a ). En revanche, les distances morphologiques (distances de
Procuste) n'étaient pas liées aux distances géographiques ( Figure
8b ). L'indépendance des distances génétiques et des distances
morphologiques ( figure
8c ) confirme l'incongruence entre les deux analyses d'ordination
des figures
3 et 6 .
Figure 8
Nuages de points de ( a ) les
distances géographiques par rapport aux valeurs F ST , ( b ) les
distances géographiques par rapport aux distances de Procustes et ( c )
les valeurs de F ST par rapport aux distances de Procustes entre les
huit populations de Tropheus moorii . F ST est fortement associé
à la distance géographique ( r = 0,93), alors que la distance de
Procuste n'est liée ni à la distance géographique ni à F ST ( r = 0,05
et r = −0,15, respectivement).
.
T. polli différait
à la fois génétiquement et morphologiquement des autres
espèces. Cependant, une population (TPS3) partageait certains allèles
avec T. moorii 'Kirschfleck' et différait donc des autres
populations de T. polli par l'ordination de la
figure 6 . La similitude observée avec son allié sympatrique est
révélatrice d’un événement d’introgression passé à cet endroit. En fait,
la présence d'haplotypes d'ADNmt provenant de deux lignées majeures
chez T. moorii 'Kirschfleck' suggère une courte période de flux
génétique, éventuellement sous la forme d'un scénario de renforcement
lors du contact secondaire initial ( Sturmbauer
et al., 1997 ).
Des preuves
supplémentaires de processus sélectifs proviennent de la comparaison
entre les matrices de covariance au sein de la population et entre les
populations pour les populations étudiées de T. moorii . Nous
avons constaté que les deux matrices de covariance phénotypiques
s'écartaient clairement de la proportionnalité, indiquant des scénarios
évolutifs impliquant une sélection perturbatrice ou stabilisatrice. La
variation entre les populations ( Figure
5b ) différait de celle au sein des populations ( Figure
5a ), plus clairement au niveau des repères de la tête, en
particulier de la bouche, et de l'insertion antérieure de la nageoire
pectorale. Dans ces régions anatomiques, les populations non
sympatriques et sympatriques différaient le plus ( Figure
4a ).
Nous avons
également constaté que la variance totale au sein de la population
(additionnée pour tous les points de repère) était significativement
plus faible dans les populations sympatriques que dans les populations
non sympatriques. Cela peut être le résultat d'une pression de sélection
stabilisatrice accrue en raison de la compétition alimentaire de T.
moorii avec T. polli et d'autres poissons dans les eaux plus
profondes. Des travaux récents sur les cichlidés rocheux du lac Malawi
sur la structure des communautés et la divergence phénotypique ont
suggéré que la sédimentation semble être un autre facteur affectant le
comportement alimentaire structurant les espèces et les écotypes le long
de ce gradient d'habitat ( Albertson, 2008 ; Parnell et Streelman, 2011 ) , donc
une ségrégation de niche pourrait tout aussi bien se produire entre les
deux Tropheus .
Deux études
antérieures, dans lesquelles des descendants de Tropheus 'Kaiser'
sympatriques et non sympatriques, ont été élevés dans un environnement
d'étang standardisé et comparés à des poissons sauvages, ont révélé une
plasticité phénotypique frappante induite par le changement soudain de
plusieurs paramètres environnementaux dans les étangs. Le manque de
concurrents et de prédateurs et une eau complètement calme pourraient
être les changements les plus frappants. Cependant, la même expérience a
démontré une base génétique claire de certaines des différences
inter-populations observées chez la progéniture F 1 ( Kerschbaumer
et al., 2011 ; Koch
et al., 2012 ). On pourrait affirmer que les populations non
sympatriques et sympatriques vivent dans des habitats légèrement
différents, de sorte que les différences de forme moyenne observées
pourraient être en partie dues aux différents environnements qui
façonnent le développement ontogénétique. De même, la variation réduite
de la forme des populations sympatriques pourrait résulter d’une moindre
hétérogénéité de leur habitat, étant donné que chaque espèce habite une
partie de la plage de profondeur d’origine. Comme le soutient West-Eberhard
(2005a) , 2005b ,
de telles différences phénotypiques induites par l'environnement, dans
le cadre impressionnant de la plasticité phénotypique, sont susceptibles
de constituer la base initiale sur laquelle la sélection naturelle peut
agir. La base génétique observée des différences entre les populations
démontre une contribution de mutations aléatoires, fournissant la base
de l'accommodation génétique. Ainsi, la plasticité phénotypique peut
favoriser la divergence au sein des populations, la divergence via le
partage des ressources et le déplacement des caractères lors d'un
contact secondaire entre les espèces, pour finalement conduire à la
spéciation et au rayonnement adaptatif ( Pfennig
et al., 2010 ). De tels scénarios ont été postulés pour la formation
répétée d'épinoches benthiques et limnétiques ( Schluter
et McPhail, 1992 ). Il a également été avancé que la plasticité
développementale reflète les différences morphologiques trouvées dans
trois genres de crapauds sur deux continents, indiquant comment la
plasticité ancestrale peut conduire à une diversité morphologique
entraînée par l'adaptation à de vastes changements environnementaux (
Gomez-Mestre et Buchholz, 2006 ) .
.
Il est donc
évident que la sélection naturelle agit à la fois sur la plasticité
phénotypique et sur les traits héréditaires et que ces deux facteurs
contribuent aux différences de forme observées parmi les populations de
Tropheus non sympatriques et sympatriques . La plasticité
phénotypique est une caractéristique adaptative très importante
permettant aux individus de réagir à des changements environnementaux à
plus court terme. Une fois que la sélection naturelle commence à agir de
manière cohérente dans une direction, par exemple en raison de
changements de comportement après une admixie secondaire, des
changements d’origine génétique sont susceptibles d’émerger en plus de
la plasticité, et c’est exactement ce que suggèrent nos données. Nous
notons que la conception de notre étude ne nous permet pas de démêler
les contributions relatives de la plasticité phénotypique et des
différences génétiques. Les contributions relatives de la plasticité et
des différences génétiques peuvent être démêlées par des études
expérimentales dans lesquelles des populations sympatriques et non
sympatriques sont élevées dans diverses conditions environnementales et,
en outre, dans une conception de jardin commune.
Il semble très
probable que les différences de forme corporelle entre les populations
non sympatriques et sympatriques de T. moorii soient causées par
un déplacement des caractères écologiques. Des données expérimentales
montrant les effets de la compétition sur la valeur adaptative et les
mesures de sélection sur les traits d’intérêt seraient utiles pour
étayer leurs arguments. Une alternative, le déplacement des caractères
reproductifs, c'est-à-dire l'augmentation de l'isolement entre des
taxons qui sont déjà de bonnes espèces (par opposition au renforcement),
semble moins probable, étant donné que tous les traits distinctifs ont
un contexte écologique plausible. Selon les six critères de contrôle du
déplacement de caractère suggérés par Grant
(1972) et Arthur
(1982) et compte tenu des remarques de Schluter
et McPhail (1992) , l'évaluation suivante peut être faite :
Le hasard peut être exclu comme
explication de ce schéma, étant donné
que d’autres cas de sympatrie
constituent également la même
ségrégation profonde des deux entités.
Selon des expériences d'élevage en étang
( Kerschbaumer
et al., 2011 ; Koch
et al., 2012 ),
les différences phénotypiques entre les
populations en sympatrie et en
allopatrie ont une base génétique, en
plus de la plasticité.
Que les différences accrues entre les
espèces sympatriques soient le résultat
de changements évolutifs, et pas
simplement de l'incapacité d'espèces de
taille similaire à coexister (par
exemple, en raison d'une exclusion
compétitive ou d'une introgression),
semble probable en raison du contexte
adaptatif des changements, mais doit
être étudié plus en détail par des
études liées à la condition physique sur
les caractères soumis à une sélection
divergente.
Étant donné que les populations
sympatriques de T.
moorii occupent
systématiquement la section la plus
profonde de la plage de profondeur
d'origine et qu'elles partagent des
changements dans le diamètre des yeux,
les proportions de la tête et
l'insertion de la nageoire pectorale, il
est probable que ces différences
morphologiques (ou autres phénotypiques)
reflètent différences dans l’utilisation
des ressources. D’autres études
expérimentales fourniront davantage de
preuves.
Les sites de sympatrie et d'allopatrie
ne diffèrent pas beaucoup en termes de
propriétés de l'habitat et donc la
nourriture, le climat ou d'autres
caractéristiques environnementales
affectant le phénotype sont probablement
les mêmes. Les sites sur lesquels les
populations de
T. moorii vivent
seules sont situés à l'extrémité sud de
l'aire de répartition de cette forme de
Tropheus ,
dans le même type de rivage pavé en
pente modérée, il est donc probable que T.
polli n'ait
jamais réussi à coloniser cette section
la plus au sud. Ce point inclut
également le critère de Grant (1975)
selon lequel les différences dans la
zone de sympatrie ne devraient pas être
prévisibles à partir de variations
géographiques en dehors de la zone, ce
qui n'est clairement pas le cas, car il
s'agit de la même forme de couleur que T. moorii .
Le sixième critère exige que des preuves
indépendantes démontrant que des
phénotypes similaires sont réellement en
compétition pour la nourriture soient
obtenues. Cette preuve peut être dérivée
du fait que plus de 100 populations
allopatriques de
Tropheus remplissent
la même fonction (niche trophique) dans
la communauté d'espèces littorales
complexe et riche en espèces. Cependant,
les données sur le régime alimentaire ou
les isotopes stables ne sont pas
disponibles à ce jour.
.
Pris ensemble, nous avons trouvé deux
sources de données indépendantes sur les
processus adaptatifs sous-jacents aux
différences de forme corporelle dans des
populations Tropheus non
sympatriques et sympatriques étroitement
liées . Malgré une séparation génétique
considérable entre ces populations, toutes
les populations sympatriques occupant des
eaux plus profondes ont une tête
relativement plus petite, des yeux plus
petits et une insertion plus antérieure de
la nageoire pectorale que les populations
non sympatriques. Le contact secondaire de T.
polli avec T.
moorii ,
qui ont développé un isolement reproductif,
semble avoir imposé un changement de niche
dans les deux taxons impliqués, ce qui a
conduit à une sélection perturbatrice parmi
des populations génétiquement étroitement
apparentées et à une sélection convergente
parmi des populations plus éloignées.
populations. La concordance de forme
observée dans cinq populations sympatriques
de T.
moorii ,
contrairement aux populations non
sympatriques, ainsi que le changement dans
l'utilisation des ressources, constituent
une preuve solide d'un déplacement des
caractéristiques écologiques ( Grant,
1972 ; Wassermann
et Koepfer, 1977 ; Simberloff
et Boecklen, 1981 ; Schluter,
1986 ),
même si nous sommes conscients que cela
n'est pas concluant. Nos résultats sont
concordants avec d'autres cas de divergence
d'espèces précoces, comme ceux de Schluter
et McPhail (1992) ,
ainsi que ceux d' Adams
et Rohlf (2000) sur
deux petites salamandres étroitement
apparentées (voir la revue de Losos,
2000 ).
, les pinsons de Darwin ( Grant
et Grant, 2006 )
et les rossignols ( Reifová
et al. 2011 ).