Seltene und ikonische Atala-Schmetterlinge behalten das alte Muster der Flügelsymmetrie bei

Die Natur scheint in Sachen Schmetterlinge einen unerschöpflichen Vorrat an Inspiration zu haben. Mit über 18.000 Arten, jede mit einer einzigartigen Geometrie und Farbkombination, sehen Schmetterlinge so aus, als würden sie ihr Bestes versuchen, einen Sonnenstrahl nachzuahmen, der die Wege eines Prismas kreuzt.

Eine neue Studie, die in der Fachzeitschrift Tropical Lepidoptera Research veröffentlicht wurde, hilft dabei, diese unglaubliche Variation in eine fokussiertere Perspektive zu rücken. Die Ergebnisse stimmen mit einer wachsenden Zahl von Beweisen überein, die darauf hindeuten, dass die Vielfalt der Schmetterlingsflügel tatsächlich auf nur ein paar einfache Zutaten in einem alten Rezept hinausläuft, das sich über die Zeit bewährt hat.

„Evolution bedeutet nicht nur Veränderung“, sagte Hauptautor Andrei Sourakov, Sammlungskoordinator am McGuire Center for Lepidoptera and Biodiversity des Florida Museum of Natural History. „Wenn es auf erfolgreiche Designs stößt, bleiben sie bestehen, manchmal über Hunderte von Millionen Jahren.“

Sourakov wollte insbesondere eine Theorie testen, die erstmals in den 1920er Jahren entwickelt wurde und die besagte, dass die Flügelmuster von Schmetterlingen in und um deutliche, konzentrisch angeordnete Bänder organisiert sind.

Nach diesem idealisierten Bauplan, dem Nymphaliden-Grundriss, leitet sich das Mosaik aus Augenflecken, Winkeln und Streifen jedes Schmetterlings von einem oder einer Kombination dieser Symmetriesysteme ab.

„Schmetterlingsflügel sind keine einheitliche Komposition, sondern eher eine Collage aus Flügelmusterelementen, die zu unterschiedlichen Symmetriesystemen gehören“, sagte Sourakov.

Foto des Florida Museum von Zachary Randall

Jahrzehntelange Forschung hat bestätigt, dass sich viele Schmetterlingsarten an diesen Grundplan halten, die meisten Arbeiten konzentrierten sich jedoch ausschließlich auf die einzige Familie – die Nymphalidae –, in der diese Systeme erstmals entdeckt wurden. Die Nymphaliden und ihre nächsten Verwandten, die Lycaeniden, trennten sich vor 90 Millionen Jahren. Diese lange Zeitspanne hätte den Lycaeniden und anderen Gruppen ausreichend Gelegenheit gegeben, ein eigenes System zur Färbung ihrer Flügel zu entwickeln, anstatt beim alten Prototyp zu bleiben.

„Die Vorstellung, dass der Nymphaliden-Grundriss auf die Lycaeniden zutrifft, die sich von den Nymphaliden unterschieden, als es noch Dinosaurier gab, ist eine große Annahme“, sagte Sourakov.

Sourakov wählte den Atala-Schmetterling, Eumaeus atala, für die Studie aus, sowohl wegen seiner auffälligen Muster als auch wegen seiner einzigartigen Naturgeschichte. Es ist eine der wenigen giftigen Arten in der Familie der Lycaeniden, die es mit seinem kirschroten Hinterleib und zwei gleichfarbigen Flecken auf den Unterflügeln unverhohlen bewirbt. Diese Markierungen bilden einen scharfen Kontrast zum Hintergrund aus samtschwarzen Schuppen und gesprenkelten blauen Flecken, die der Atala wie Signalzeichen nutzt, um Partner anzulocken.

Atala-Schmetterlinge verschwanden beinahe aus ihrem heimischen Verbreitungsgebiet in Florida, als ihre Wirtspflanze Anfang des 20. Jahrhunderts übermäßig abgeerntet wurde. Spätere Bemühungen, die Pflanze zu kultivieren, führten jedoch zum Wiederaufleben beider Arten, was sie zu einer der wenigen Erfolgsgeschichten im Artenschutz im Süden Floridas machte. Die Atala-Populationen sind jetzt stabil und im McGuire Center des Florida Museum wurde eine Kolonie der Art gegründet, die Sourakov für die Studie nutzte.

Um die Ähnlichkeiten der Gruppen zu beurteilen, entlehnte Sourakov eine unwahrscheinliche Technik aus früheren Forschungen. Indem sie verpuppende Insekten einem pharmazeutischen Blutverdünner namens Heparin aussetzten, entdeckten Wissenschaftler, dass sie die resultierenden Flügel erwachsener Schmetterlinge verändern konnten.

„Flügelmusterelemente, die zu denselben Symmetriesystemen gehören, sollten auf die gleiche Behandlung auf ähnliche Weise reagieren“, sagte Sourakov. „Durch die Optimierung der Expression der zugrunde liegenden Gene ermöglichen uns solche Experimente, die erstaunliche Variation zu verstehen, die bei Schmetterlingen zu finden ist, und helfen uns, die genaue Quelle dieser Variation zu bestimmen.“

Trotz der erheblichen Zeitspanne seit der Divergenz der beiden Gruppen deuten die Ergebnisse der Studie darauf hin, dass Atala- und Nymphalidenschmetterlinge ähnlich auf Heparin reagieren. Abhängig von der Heparinkonzentration, der die Puppen ausgesetzt waren, dehnten sich die schillernden blaugrünen Flecken, die normalerweise auf den Flügeln erwachsener Tiere zu finden sind, aus, schrumpften oder verblassten ganz. Die einzigen Markierungen, die nicht betroffen waren, waren die roten Flecken, die möglicherweise einem entsprechenden Nymphalidensymmetriesystem entsprechen, das gegenüber Heparin unempfindlich ist.

„Bemerkenswerterweise scheint es viele Ähnlichkeiten zwischen Atalas Flügelmuster und dem Grundriss der Nymphen zu geben“, sagte Sourakov.

Die Ergebnisse liefern eine externe Bestätigung dafür, dass sich viele Schmetterlinge mit den gleichen grundlegenden Werkzeugen diversifizierten, die ihnen ihre Vorfahren zur Verfügung stellten, wobei nur wenige Änderungen nun entfernt verwandte Arten voneinander trennen. Aber, so Sourakov, dass die genetischen Grundlagen, die diese Veränderungen steuern, noch immer nicht erforscht werden.

„Zukünftige Studien werden notwendig sein, um festzustellen, ob dieselben Gene die Streifenmuster und Farben von Atala und anderen Schmetterlingsfaltern im Vergleich zu anderen Schmetterlingsfamilien steuern, aber ich hoffe, dass diese Ergebnisse den Grundstein für weitere Untersuchungen gelegt haben.“

Matthew Standridge, Kristin Rossetti und Jaret Daniels vom McGuire Center for Lepidoptera and Biodiversity sind ebenfalls Co-Autoren des Papiers.

Quelle: Andrei Sourakov, [email protected]

Autoren: Brian Smith, [email protected]; Jerald Pinson, [email protected], 352-294-0452