Geomorphic morphometric differences between populations of Speyeria diana (Lepidoptera: Nymphalidae)

Abstract

The wing shape of butterflies can be used as a character to measure individual butterfly and population-level differences in adult forms. We conducted a geometric morphometric analysis of wing shape for Speyeria diana (Cramer & Stoll 1777) (Lepidoptera: Nymphalidae), a species currently threatened by extirpation across portions of its range. We photographed and digitized 243 pinned S. diana specimens from natural history museums in North America and Europe to compare wing shape and size across the historical and current distribution. We used principal components analysis (PCA) to compare variation in landmarks on forewings and hind wings. We used the principal component scores in a multiple analysis of variance (MANOVA) to test for differences, and interactions, between male and female specimens, eastern and western specimens, low and high elevation specimens, and specimens collected before and after 1950. We found significant differences between wing shape in male and female specimens, with male forewings being narrower and more elongated, possibly making them well suited for patrolling behavior. Female forewings were more rounded and wider, possibly reflecting their life history, because much of their life is spent on the forest floor in search of oviposition sites. We found significant regional differences in male forewing shape, reflecting the long-term geographic and genetic separation between these groups. We also found significant differences in female forewing shape between low and high elevation sites. Speyeria diana female forewings from high elevation populations were narrower than low elevation populations, indicating that these females may be more mobile than those from low elevations with wider forewings. There were no effects of yr since capture of specimens. The wing shape of western populations of S. diana appears to be adapted for low dispersal, supporting other recent findings that also indicate western populations of S. diana are both spatially and genetically isolated. We conclude that the future of S. diana will require the thoughtful preservation of well-connected high elevation habitats, especially in the western distribution where dispersal is more limited than in the east.

Resumen

Se puede usar la forma del ala de las mariposas como una caracterista para medir las diferencias individuales de las mariposas y las diferencias al nivel del población en las formas adultas. Se realizó un análisis morfométrico geométrico de la forma del ala para Speyeria diana (Lepidoptera: Nymphalidae) (Cramer y Stoll 1777), una especie actualmente amenazada por la extirpación en partes de su rango geográfico. Tomamos fotografias y digitalizamos 243 especímenes de S. diana depositadas en museos de historia natural de América del Norte y de Europa para comparar la forma y el tamaño de las alas a través de su en la distribución histórica y actual. Utilizamos el análisis de componentes principales (ACP) para comparar la variación en sitios específicos de las alas anteriores y posteriores. Utilizamos los puntajes de los componentes principales en un análisis múltiple de varianza (ANOVA) para evaluar las diferencias e interacciones entre especímenes machos y hembras, especímenes orientales y occidentales, especímenes de elevación baja y alta y especímenes recolectados antes y después de 1950. Encontramos diferencias significativas entre la forma del ala en especímenes masculinos y femeninos, con las alas anteriores masculinas siendo más estrechas y más alargadas, posiblemente haciéndolos muy adecuados para el comportamiento de patrullaje. Las alas anteriores femeninas fueron más redondeadas y más anchas, posiblemente reflejando su historia de vida, ya que gran parte de su vida transcurre en el suelo del bosque en busca de sitios de oviposición. Encontramos diferencias regionals significativas en la forma masculina de las alas anteriores, lo que refleja la separación geográfica y genética a largo plazo entre estos grupos. También encontramos diferencias significativas en la forma de las alas delanteras femeninas entre sitios de baja y alta elevación. Las alas anteriores de poblaciones de Speyeria diana encontradas en sitios de alta elevación fueron más estrechas que las poblaciones de baja elevación, lo que indica que estas hembras pueden ser más móviles que las de elevaciones bajas con alas anteriores más anchas. No hubo efectos del año desde la captura de especímenes. La forma del ala de las poblaciones occidentales de S. diana parece estar adaptada para una baja dispersión, lo que respalda otros hallazgos recientes que también indican que las poblaciones occidentales de S. diana están espacialmente y genéticamente aisladas. Concluimos que el futuro de S. diana requerirá la preservación cuidadosa de hábitats de alta elevación bien conectados, especialmente en la distribución occidental donde la dispersión es más limitada que en el este.

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