Wie haften Schmetterlinge während der Metamorphose an Ästen?

Die meisten von uns haben als Kind von der Metamorphose des Schmetterlings erfahren – eine zappelige Raupe häutet sich, bildet eine robuste Puppe und schlüpft als wunderschöner Schmetterling. Aber wie genau bleiben Puppen verankert, während der Schmetterling in ihnen heranwächst?

Forschung veröffentlicht In ACS Biomaterials Wissenschaft und Technik zeigt, dass Raupen trotz der an sich schwachen und dünnen Seidenfäden gekonnt Stützstrukturen für ihre Puppen spinnen können, die Klettverschlüssen und mehrsträngigen Sicherheitsleinen ähneln.

Seide ist eine natürliche, proteinbasierte Faser, die üblicherweise mit Seidenraupen in Verbindung gebracht wird, aber auch von anderen Insekten, darunter Schmetterlingen, produziert wird. Im Raupenstadium verwenden Schmetterlinge Seide, um Seile zu spinnen, die sie vor Stürzen schützen, um sich an Blattbündel zu binden, in denen sie sich verstecken können, und um kleine Seidenteppiche zu weben, an denen sie sich während ihrer Metamorphose festhalten können.

Bei der Verpuppung verwenden Raupen eine spezielle armartige Struktur, den sogenannten Kremaster, mit dem sie diesen Seidenteppich greifen und die Puppe an einem Ast festhalten können. Einige Schmetterlingsarten gehen noch einen Schritt weiter und wickeln zur zusätzlichen Sicherheit einen speziellen Sicherheitsgurt um ihren Brustkorb.

Aber wie stark ist diese Seide und aus welchen Strukturen bestehen diese Sicherheitsgurte und Seidenteppiche? Qingyou Xia, Zhaoming Dong und Kollegen haben einige Raupen gezüchtet und es herausgefunden.

Die Forscher züchteten zwei Schmetterlingsarten – Danaus chrysippus (Schmetterlingsfalter) und Papilio polytes (Mormonenfalter) – sowie zwei Seidenraupenarten, die sie zu Puppen bzw. Kokons heranwachsen ließen. Das Team sammelte die Seidenfäden, mit denen die Puppen an Ästen befestigt waren oder die Kokons bildeten, und maß Durchmesser und Zugfestigkeit. Sie fanden heraus, dass Schmetterlingsseide dünner und schwächer war als die Seide der Seidenraupen.

Bei der Analyse der primären Strukturproteine ​​in der Seide stellten die Forscher fest, dass Schmetterlingsseide im Vergleich zu Seidenraupen weniger Beta-Faltblattstrukturen aufweist, was wahrscheinlich zu ihrer relativen Schwäche beiträgt.

Trotzdem stellte das Team fest, dass beide Schmetterlingsarten einzigartige Strategien anwenden, um das Beste aus ihrer Seide herauszuholen. Der Cremasterfortsatz haftet wie ein Klettverschluss am Seidenteppich und die Ankerform der Haken des Cremasters sorgt für eine sichere Verbindung.

Beim Formen ihrer Seidensicherheitsgurte spinnen Raupen etwa 20 verschiedene Stränge zu einer seilartigen Form zusammen, wodurch sich ihre Festigkeit um das Achtfache erhöht. Die Forscher sagen, dass ihre Ergebnisse helfen, die einzigartigen Strategien zu erklären, mit denen Raupen sicher und geschützt bleiben, bis sie ihre endgültige Schmetterlingsform annehmen.