Developmental, morphological, and behavioural plasticity in the reproductive strategies of stink bugs and their egg parasitoids

Abstract

L’environnement façonne la physiologie, la morphologie et le comportement des organismes par l’entremise de processus écologiques et évolutifs complexes et multidimensionnels. Le succès reproducteur des animaux est déterminé par la valeur adaptative d’un phénotype dans un environnement en modification constante selon une échelle temporelle d’une à plusieurs générations. De plus, les phénotypes sont façonnés par l’environnement, ce qui entraine des modifications adaptatives des stratégies de reproduction tout en imposant des contraintes. Dans cette thèse, considérant des punaises et leurs parasitoïdes comme organismes modèles, j’ai investigué comment plusieurs types de plasticité peuvent interagir pour influencer la valeur adaptative, et comment la plasticité des stratégies de reproduction répond à plusieurs composantes des changements environnementaux (qualité de l’hôte, radiation ultraviolette, température, invasion biologique). Premièrement, j’ai comparé la réponse comportementale et de traits d’histoire de vie à la variation de taille corporelle chez le parasitoïde Telenomus podisi Ashmead (Hymenoptera : Platygastridae), démontrant que les normes de réaction des comportements étaient plus souvent positives que celles des traits d’histoires de vie. Ensuite, j’ai démontré que la punaise prédatrice Podisus maculiventris Say (Hemiptera : Pentatomidae) peut contrôler la couleur de ses œufs, et que la pigmentation des œufs protège les embryons du rayonnement ultraviolet; une composante d’une stratégie complexe de ponte qui a évoluée en réponse à une multitude de facteurs environnementaux. Puis, j’ai testé comment le stress thermique affectait la dynamique de la mémoire du parasitoïde Trissolcus basalis (Wollaston) (Hymenoptera : Platygastridae) lors de l’apprentissage de la fiabilité des traces chimiques laissées par son hôte. Ces expériences ont révélé que des températures hautes et basses prévenaient l’oubli, affectant ainsi l’allocation du temps passé par les parasitoïdes dans des agrégats d’hôtes contenant des traces chimiques. J’ai aussi développé un cadre théorique général pour classifier les effets de la température sur l’ensemble des aspects comportementaux des ectothermes, distinguant les contraintes des adaptations. Finalement, j’ai testé l’habileté d’un parasitoïde indigène (T. podisi) à exploiter les œufs d’un nouveau ravageur invasif en agriculture, Halyomorpha halys Stål (Hemiptera : Pentatomidae). Les résultats ont montré que T. podisi attaque les œufs de H. halys, mais qu’il ne peut s’y développer, indiquant que le ravageur invasif s’avère un « piège évolutif » pour ce parasitoïde. Cela pourrait indirectement bénéficier aux espèces indigènes de punaises en agissant comme un puits écologique de ressources (œufs) et de temps pour le parasitoïde. Ces résultats ont des implications importantes sur la réponse des insectes, incluant ceux impliqués dans les programmes de lutte biologique, face aux changements environnementaux.

The environment shapes the physiology, morphology, and behaviour of organisms through complex, multidimensional ecological and evolutionary processes. The reproductive success of individual animals is determined by how well their phenotype is suited to an environment that is constantly changing over single and multi-generational time scales. At the same time, phenotypes are shaped by the environment, which triggers adaptive modifications of animal reproductive strategies while also imposing important constraints. In this thesis, using stink bugs and their parasitoids as model organisms, I considered how several types of plasticity can interact to influence biological fitness, and how plasticity in reproductive strategies responds to several important components of environmental change (host quality, ultraviolet radiation, temperature, biological invasions). Firstly, I compared the response of behavioural and life history traits to body size variation in the parasitoid Telenomus podisi Ashmead (Hymenoptera: Platygastridae), finding that reaction norms of behavioural traits more often had positive slopes than life history traits. Next, I found that the predatory stink bug Podisus maculiventris Say (Hemiptera: Pentatomidae) can selectively control the colouration of its eggs. Egg pigmentation in this species protects embryos against ultraviolet radiation as part of a complex oviposition strategy that evolved in response to a suite of environmental factors. Then, I tested how thermal stress affects the memory dynamics of the parasitoid Trissolcus basalis (Wollaston) (Hymenoptera: Platygastridae) learning the reliability of chemical traces left by its host. These experiments revealed that both high and low stressful temperatures prevented forgetting, affecting the time allocation of parasitoids on patches of host chemical traces. I also developed a general framework to classify temperature’s effects on all aspects of ectotherm behaviour, distinguishing constraints from adaptive behavioural adjustments. Finally, I tested the ability of an indigenous parasitoid (T. podisi) to attack the eggs of a new invasive pest of agriculture, Halyomorpha halys Stål (Hemiptera: Pentatomidae). The results showed that T. podisi attacks the eggs of H. halys but cannot develop, demonstrating that the invasive pest is an “evolutionary trap” for indigenous parasitoids, which could indirectly benefit native stink bug species by acting as an egg and time sink for the parasitoid. These findings have important implications for how insects, including those involved in biological control programs, respond to environmental change.