Tropische Schmetterlinge entwickeln gemeinsame Flügelmuster schneller

Schmetterlinge näher am Äquator entwickeln nachweislich gemeinsame Flügelmuster rascher als ihre Verwandten in höheren geografischen Breiten.

Dieser Gradient stellt die tropische Vielfalt als aktiven Vorgang dar: Sie wird durch Kräfte geformt, die Anpassung beschleunigen, statt sie bloss zu erhalten.

Verwandtschaftsverhältnisse der Schmetterlinge kartieren

Dieses Muster zeigt sich bei Adelpha, einer weit verbreiteten Gruppe amerikanischer Schmetterlinge, deren ähnlich aussehende Flügel ihre Verwandtschaftsbeziehungen lange verschleierten.

Jahrzehntelange Forschungen von Keith Willmott am Florida Museum of Natural History (FLMNH) machten diese Beziehungen deutlicher. Er dokumentierte, wie vergleichbare Muster in weit auseinanderliegenden Ästen der Gruppe immer wieder auftreten.

Über eine Entwicklungsgeschichte von ungefähr 25 Millionen Jahren betrachtet, werden manche Flügeldesigns vererbt, während andere unter ähnlichen Einflüssen unabhängig voneinander erneut entstehen.

Diese Unterscheidung begrenzt, was sich allein aus dem Aussehen ableiten lässt, und wirft die Frage auf, weshalb diese Einflüsse in Richtung Äquator stärker werden.

Ähnliches Aussehen, unterschiedliche Arten

Die Flügelzeichnungen von Adelpha können sich innerhalb derselben Art unterscheiden, während weit entfernte Verwandte bisweilen fast identische Farben tragen.

Eine Übersicht aus dem Jahr 1984 beschrieb, wie Taxonominnen und Taxonomen in den Tropen Amerikas über Generationen hinweg durch das blosse Erscheinungsbild feststeckten.

„Das Ergebnis war ein hoffnungsloses Durcheinander“, schrieb die Entomologin Annette Aiello vom Smithsonian Tropical Research Institute.

Indem der neue Stammbaum Flügelmuster als sich entwickelnde Signale statt als unveränderliche Etiketten auffasste, umging er diese Sackgasse.

Schneller Flug rettet Leben

Viele Adelpha-Schmetterlinge scheinen nicht über die chemischen Gifte zu verfügen, die andere bekannte Nachahmer schützen. Dennoch nähern sie sich einer kleinen Zahl gemeinsamer Flügelmuster an.

Statt Fressfeinden mitzuteilen, dass sie schlecht schmecken, signalisieren diese Schmetterlinge offenbar etwas anderes: Sie sind schwer zu fangen.

Ihr schneller, unberechenbarer Flug mit abrupten Sturzflügen und scharfen Wendungen bedeutet, dass ein Vogel nach einem misslungenen Versuch wahrscheinlich erneut scheitert und bei der Jagd Energie vergeudet.

Mit der Zeit kann dieses wiederholte Scheitern Fressfeinde dazu bringen, alles mit diesem Aussehen zu meiden. So entsteht ein gemeinsames optisches Warnsignal mehrerer schwer fangbarer Arten – ein Muster, das mit Müllerscher Mimikry übereinstimmt, aber in freier Wildbahn noch direkt geprüft werden muss.

Drei Flügeldesigns bei Schmetterlingen

In den Tropen Amerikas gehören die meisten Adelpha zu drei wiederkehrenden Mustergruppen, die Forschende anhand ihrer Flügelzeichnungen verfolgen.

Eine häufige Variante verbindet dunkel bernsteinfarbene Flügel mit zwei leuchtend weissen Streifen und kräftigen orangefarbenen Bändern, die über die Vorderflügel verlaufen.

Bei einer zweiten Form ersetzen breite weisse Bänder den grössten Teil des Oranges; lediglich kleine orangefarbene Markierungen bleiben erhalten. Eine dritte verzichtet völlig auf Weiss und setzt allein auf schräge orange Streifen.

In Teilen Venezuelas entwickelten mehrere Arten unabhängig voneinander ein zweites oranges Band. Das zeigt, wie örtliche Einflüsse dieses Grunddesign verändern können.

Muster wiederholen sich im Lauf der Zeit

Der evolutionäre Stammbaum machte aus den Musterbezeichnungen eine Geschichte, die ungefähr 25 Millionen Jahre zurückreicht.

Nah verwandte Arten zeigten oft dasselbe Design, weil ihre Nachkommen die Gene erbten, welche die Flügelschuppen steuern.

Die Studie folgerte, dass Iphiclus das älteste gemeinsame Muster ist, das vor mehr als 20 Millionen Jahren bei den Vorfahren erschien.

Zwei weitere Designs tauchten erneut in weit entfernten Ästen des Stammbaums auf. Das deutet darauf hin, dass Fressfeinde dieselben visuellen Signale immer wieder begünstigten, sobald sie entstanden.

Tropen beschleunigen die Evolution von Adelpha

Nach der zeitlichen Einordnung der Muster verglichen die Forschenden, wie häufig Abstammungslinien in verschiedenen Regionen ihr Aussehen wechselten.

Arten näher am Äquator änderten ihre Muster häufiger und schufen damit neue Übereinstimmungen mit örtlichen Gemeinschaften von Fressfeinden.

Das nördliche Verbreitungsende der Gruppe reichte bis Colorado und Nevada; dort zeigten die Populationen einen langsameren Musterwechsel.

Dieser Zusammenhang zwischen geografischer Breite und Veränderungen der Flügelmuster stützt eine seit Langem bestehende Annahme, kann die Ursache jedoch noch nicht benennen.

Warum die Tropen Vielfalt aufweisen

Beim Muster des Breitengrad-Gradienten der Vielfalt steigt die Zahl der Arten, je näher man dem Äquator kommt.

Eine Erklärung besagt, dass stabile tropische Lebensräume Arten das ganze Jahr über in Kontakt halten. Dadurch treiben Fressfeinde und Beute einander fortlaufend an.

Eine Übersicht aus dem Jahr 2009 sammelte Belege dafür, dass der Druck anderer Arten in niedrigeren Breiten bei Pflanzen, Insekten und Wirbeltieren zunimmt.

Bleiben diese Wechselwirkungen in den Tropen stärker, könnten Schmetterlinge mehr Anreize haben, nachzuahmen, sich aufzuspalten und vielfältiger zu werden.

Messbares Muster in Schmetterlingsflügeln

Schon vor mehr als einem Jahrhundert vertrat Alfred Russel Wallace die Ansicht, dass Geografie die Vielfalt über Klima und Konkurrenz prägt.

Das Buch von 1878 verband Eiszeiten mit Aussterben und hob die ununterbrochenen Interaktionen zwischen Arten in den Tropen hervor.

„Äquatoriale Länder müssen stets von Leben gewimmelt haben. Im einen Fall hatte die Evolution eine faire Chance; im anderen wurden ihr unzählige Schwierigkeiten in den Weg gelegt“, schrieb der Naturforscher Alfred Russel Wallace.

Seine Aussage passt nun zu einem messbaren Muster in Schmetterlingsflügeln, bei dem sich die Evolution in Äquatornähe beschleunigt.

Eine neue Gattung entsteht

Der Stammbaum enthüllte ausserdem sechs Bergarten, die wie Adelpha wirkten, im Stammbaum jedoch auf einem eigenen Ast lagen.

Diese Schmetterlinge teilten genetische Signale und Futterpflanzen der Larven, die sich von jenen der meisten Verwandten unterschieden. Deshalb erwiesen sich die bisherigen Namen als ungeeignet.

Die Forschenden schufen eine Gattung – eine formale Gruppe nah verwandter Arten – und nannten sie Adelphina.

Klarere Grenzen sollen künftige Untersuchungen zum Schutzstatus und zur Ausbreitung von Mimikry-Mustern zwischen Gemeinschaften erleichtern.

Indem die Arbeit Veränderungen von Flügelmustern mit der geografischen Breite verknüpft, verbindet sie Überlebensstrategien von Schmetterlingen mit dem umfassenderen Muster des Artenreichtums.

Weitere Feldstudien müssen tatsächliche Angriffe von Fressfeinden und chemische Abwehrmechanismen messen, um genau zu klären, was dieses Muster antreibt.