Seltene und ikonische Atala-Schmetterlinge behalten ein altes Muster der Flügelsymmetrie bei

Die Natur scheint einen unerschöpflichen Vorrat an Inspiration zu haben, wenn es um Schmetterlinge geht. Mit über 18.000 Arten, jede mit einer einzigartigen Geometrie und Farbkombination, sehen Schmetterlinge so aus, als würden sie ihr Bestes geben, um einen Sonnenstrahl nachzuahmen, der Wege mit einem Prisma kreuzt.

Eine neue Studie in der Zeitschrift veröffentlicht Tropische Schmetterlingsforschung hilft, 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 wirklich auf 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, Koordinator der Sammlungen am McGuire Center for Lepidoptera and Biodiversity des Florida Museum of Natural History. „Wenn es auf erfolgreiche Designs stößt, bleiben sie bestehen, manchmal für Hunderte von Millionen von Jahren.“

Sourakov wollte speziell eine Theorie testen, die erstmals in den 1920er Jahren entwickelt wurde und die darauf hinwies, dass Schmetterlingsflügelmuster in und um verschiedene, konzentrisch angeordnete Bänder organisiert sind.

Gemäß dieser idealisierten Blaupause, die Nymphaliden-Grundriss genannt wird, ist das Mosaik aus Augenflecken, Chevrons und Streifen jedes Schmetterlings von einem oder einer Kombination dieser Symmetriesysteme abgeleitet.

„Statt einer einheitlichen Komposition ähneln Schmetterlingsflügel eher einer Collage, die aus Flügelmusterelementen besteht, die zu verschiedenen Symmetriesystemen gehören“, sagte Sourakov.

Mehrere Jahrzehnte der Forschung haben bestätigt, dass viele Schmetterlingsarten an diesem grundlegenden Bauplan festhalten, aber die meisten Arbeiten konzentrierten sich 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 Lycaeniden und anderen Gruppen reichlich Gelegenheit gegeben, ihr eigenes System zum Färben ihrer Flügel zu entwickeln, anstatt sich an den alten Prototypen zu halten.

„Die Idee, dass der Nymphalidengrundriss 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 seiner einzigartigen Naturgeschichte. Es ist eine der wenigen giftigen Arten in der Familie der Lycaeniden, die es offen mit einem kirschroten Hinterleib und zwei gleichfarbigen Flecken auf seinen unteren Flügeln bewirbt. Diese Markierungen heben sich scharf von einem Hintergrund aus samtschwarzen Schuppen und gesprenkelten blauen Flecken ab, die der Atala wie Semaphoren verwendet, um Partner anzulocken.

Atala-Schmetterlinge verschwanden fast aus ihrem heimischen Verbreitungsgebiet in Florida, als ihre Wirtspflanze Anfang des 20. Jahrhunderts übererntet wurde, aber spätere Bemühungen, die Pflanze zu kultivieren, führten zum Wiederaufleben beider Arten und machten sie zu einer der wenigen Erfolgsgeschichten im Naturschutz in Südflorida. Die Atala-Populationen sind jetzt stabil, und im McGuire Center des Florida Museum wurde eine Kolonie der Art eingerichtet, die Sourakov für die Studie verwendete.

Um die Ähnlichkeiten der Gruppen zu beurteilen, entlehnte Sourakov eine unwahrscheinliche Technik aus früheren Forschungen. Indem sie sich 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 dieselbe Behandlung in ähnlicher Weise reagieren“, sagte Sourakov. „Durch die Optimierung der Expression der zugrunde liegenden Gene ermöglichen uns solche Experimente, die erstaunliche Variation zu verstehen, die in Schmetterlingen gefunden wird, und helfen uns, die genaue Quelle dieser Variation zu lokalisieren.“

Trotz der beträchtlichen Zeitspanne seit der Trennung der beiden Gruppen zeigen die Ergebnisse der Studie, dass Atala- und Nymphalid-Schmetterlinge ähnliche Reaktionen auf Heparin zeigen. Abhängig von der Heparinkonzentration, der die Puppen ausgesetzt waren, dehnten sich die schillernden blaugrünen Flecken, die normalerweise die Flügel von Erwachsenen zieren, entweder aus, zogen sich zusammen oder verblassten vollständig. Die einzigen Markierungen, die nicht betroffen waren, waren die roten Flecken, die möglicherweise zu einem entsprechenden Nymphalid-Symmetriesystem gehören, das gegen 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, dass sich viele Schmetterlinge mit dem gleichen grundlegenden Werkzeugkasten diversifizierten, der von ihren Vorfahren bereitgestellt wurde, mit nur wenigen Änderungen, die jetzt entfernt verwandte Arten trennen. Aber, bemerkt Sourakov, die genetischen Grundlagen, die diese Veränderungen steuern, werden noch kartiert.

„Zukünftige Studien werden notwendig sein, um festzustellen, ob die gleichen Gene die Streifenmuster und Farben von Atala und anderen Lycaeniden im Vergleich zu anderen Schmetterlingsfamilien kontrollieren, aber ich hoffe, dass diese Ergebnisse die Grundlage für weitere Untersuchungen gelegt haben.“