Investigating the variance in wing melanization pattern among colour dimorphic males of the wood tiger moth (Arctia plantaginis)

In my thesis work the variability in the pattern of wing melanization observable in the males, dichromatic, of the moth Arctia plantaginis was analyzed. The species is an interesting case study to test theories on selection of traits thanks to its multiple ecological interactions based on wing coloration: A. plantaginis is an aposematic species that presents a male polymorphism in hindwing colouration (yellow or white), maintained by the trade-off of natural and sexual selection. The sample used comes from a stock population reared for many generations at the University of Jyväskylä (FI). The central aim is to confirm the presence of variability in the deposition of black pigment on the wings and test whether this can be related to the expression of a specific hindwing colour in males. To do this, the wings of 140 males were photographed, with genotype known for the locus of wing coloration. The wing morphometric analysis, of forewing and hindwing separately, was performed in R using Patternize and Recolorize, two packages that allow automatic detection and analysis of colour patterns variability. In second place, the correlation of pattern extension with both hindwing colour and colour locus genotype was evaluated. Finally, I assessed the adequacy of the arbitrarily binary classification (plus, minus) of the trait "degree of melanization", adopted in the laboratory and based on hindwings. The analyses allowed to ascertain that the variation in the melanic pattern derives mainly from differences in the abundance of synthesized pigment, to confirm previous hypotheses on the presence of a genetic component, albeit limited, in the variability of the trait, and to detect a slight correlation between hindwing colour and melanization. The melanization categories found support in the distribution of the sample under examination, however, within the category of higher melanization there was a greater variability in melanization that cannot be exploited by this binary subdivision.

Nel mio lavoro di tesi è stata analizzata la variabilità nel pattern di melanizzazione alare osservabile nei maschi, dicromatici, della falena Arctia plantaginis. La specie è un interessante soggetto per lo studio di teorie sulla selezione dei caratteri per via delle interazioni ecologiche basate sulla colorazione alare: A. plantaginis una specie aposematica che presenta un polimorfismo maschile per la colorazione delle ali inferiori (gialle o bianche), mantenuto dal trade-off di selezione naturale e sessuale. Il campione utilizzato proviene da una popolazione allevata in serra presso l’università di Jyväskylä (FI). L’obiettivo primario è quello di verificare la presenza di variabilità nella deposizione del pigmento nero sulle ali e se questa possa essere correlata all’espressione di uno specifico colore nei maschi. Per fare ciò sono state fotografate le ali di 140 maschi, con genotipo noto per il locus della colorazione alare. L’analisi morfometrica di ali anteriori e posteriori separatamente è stata eseguita in R utilizzando Patternize e Recolorize, due pacchetti che permettono la rilevazione automatica e l’analisi di variabilità dei pattern cromatici. In secondo luogo, è stata valutata la correlazione dell’estensione del pattern sia con il colore delle ali posteriori, che con il genotipo del locus del colore. Infine, è stata valutata l’adeguatezza della classificazione arbitrariamente binaria del fenotipo “grado di melanizzazione” (plus, “+”; minus, “-”), utilizzata in laboratorio e basata sulle ali posteriori. Le analisi hanno permesso di accertare che la variazione del pattern deriva principalmente da differenze in abbondanza di pigmento sintetizzato, di confermare precedenti ipotesi sulla presenza di una componente genetica, seppur limitata, nella variabilità del tratto, e di rilevare una lieve correlazione tra colore e melanizzazione. La distribuzione del campione, bimodale, in esame ha dimostrato la correttezza della suddivisione in due categorie di melanizzazione, ma è stata evidenziata una perdita di informazioni sull’ampia variabilità delle ali posteriori di individui più melanici (plus).