Tarnung als Überlebensstrategie

Bereits Charles Darwin grübelte darüber wie die Heliconius-Schmetterlinge (Passionsblumenfalter) im Amazonasgebiet ganz unterschiedliche Flügelmuster tragen, obwohl sie alle zu einer Art gehören.

Allein in der Art Heliconius numerata existieren sieben verschiedene Farbvarianten. Alle ahmen jeweils einen anderen Vertreter einer fremden Schmetterlingsfamilie nach. Wie diese verschiedenen Farbvarianten zustande kommen, blieb lange Zeit unklar. Wie die Schmetterlinge diese Mimikry bewerkstelligen, hat ein europäisches Forscherteam jetzt mittels Genanalysen herausgefunden. Alle genetischen Komponenten der Flügelmuster sind in nur einem einzigen „Supergen“ zusammengefasst. Die ursprünglich verstreuten Einzelgene wurden durch Umsortierung innerhalb des Erbguts auf einem Chromosomenabschnitt gebündelt. Diese Gruppierung sorgt dafür, dass die Farb- und Formenkombinationen auch nur gemeinsam vererbt werden. Innerhalb der lokalen Schmetterlingsgruppen bleibt das Mimikrymuster dadurch immer passend zu den nachgeahmten Arten. Heliconius-Schmetterlinge sind auch bekannt für ihre Intelligenz, insbesondere für ihre Fähigkeit, sich Flugstrecken wie ein Navigationssystem zu merken und Routen zwischen Nahrungsquellen effizient– und ohne Umwege – zu planen. Dies wird durch eine ausgeprägte Gehirnstruktur ermöglicht. Als Wissenschaftler ihre Gehirne untersuchten, stellte sich heraus, dass die für das Lernen und die Gedächtnisleistung zuständigen Areale größer und besser entwickelt waren als bei ihren Verwandten. Das jetzt erstmals nachgewiesene Supergen erleichtert nicht nur die Mimikry der Heliconius-Falter. Die Gruppierung der Gene erklärt auch, warum sich andere Schmetterlingsarten so schnell an Umweltveränderungen anpassen können. Ein Beispiel dafür ist der Industriemelanismus des ursprünglich weißlichen Birkenspanners. Im England des 19. Jahrhunderts entwickelte er eine fast einfarbig dunkelbraune Variante, angepasst an die von Ruß geschwärzten Stämme der Birken. Der natürliche Selektionsdruck ist dafür verantwortlich, dass die Falter plötzlich häufiger in der dunklen Variante auftraten, um besser getarnt ihren Fressfeinden zu entgehen. Versuche mit Faltern und Vögeln konnten den Nachweis erbringen, dass die dunkle Variante auf durch Luftverschmutzung dunkleren Birkenstämmen seltener von Vögeln entdeckt und gefressen wurde. Der Industriemelanismus gilt als ein Paradebeispiel dafür, dass Umweltveränderungen den Verlauf der Stammesgeschichte innerhalb kürzester Zeitspannen stark beeinflussen können. Eine 2011 publizierte Genanalyse kam zu dem Ergebnis, dass alle carbonaria-Morphen (die dunkle Variante des Birkenspanners, (Biston\ betularia)) über dasselbe Allel („singular origin“) verfügen und dass dieses Allel erst in jüngerer Zeit entstanden ist.

Der Blaue Morphofalter oder Himmelsfalter ist ein Schmetterling mit einer Flügelspannweite von 95 bis 120 Millimetern. Damit ist er einer der größten Schmetterlinge. Seine Flügel leuchten in einem kräftigen, metallischem Blau. Durch seine Farbe ist er in der Schmetterlingswelt einzigartig. Er besitzt unzählige dünne Schuppen auf seinen Flügeln, die wie Dachziegel übereinander geschichtet sind. Wenn Lichtwellen auf die Schuppen fallen, absorbieren    diese alle Farben des Lichts und reflektieren nur die  blauen Lichtwellen. Daher sieht der Morphofalter blau aus und leuchtet so kräftig. Die Unterseiten der Flügel sind braun mit gewellten weißen Streifen und gelb umrandeten Augenflecken von denen sich vier auf dem Hinterflügel und drei auf dem Vorderflügel befinden.  Wenn der Morphofalter seine Flügel zusammenklappt, kommt seine braune Unterseite mit den rotbraunen „Augen“ zum Vorschein. So sieht er plötzlich aus wie ein braunes Blatt. Da der Falter regelmäßig mit den Flügeln schlägt, sieht es im einen Moment so aus, als sei er plötzlich verschwunden, weil er durch die braune Farbe mit der Umgebung verschmilzt. Im nächsten Moment ist er ganz plötzlich wieder da und leuchtet auf wie ein helles Licht. Diese Strategie verwirrt seine Feinde und schreckt sie ab. Die Pfauenspinner (Saturniidae), gehören mit Flügelspannweiten von 25 bis 300 Millimetern zu den  größten Schmetterlinge weltweit. Die Schmetterlinge legen bis zu zwei Kilometern zurück, um Weibchen zu finden. Auffällig ist dabei ihr Orientierungsinn. Die von den Weibchen abgesonderten Pheromone gelangen mit den Luftströmungen  in die großen gefiederten Fühler der Männchen und geben zwangsläufig auch die Richtung zur Duftquelle an. Damit erst wird für die Männchen eine Orientierung möglich. Für die Duftübertragung muss der Wind vom Weibchen her blasen; also ist das Männchen gezwungen, gegen den Luftstrom zu fliegen. Die gelenkig mit dem Kopf verbundenen Fühler gestatten dem Männchen, die Strömungsgeschwindigkeit zu messen und damit die Distanz zur Duftquelle zu „errechnen“. Pfauenaugen-Männchen finden ihre Weibchen sicher bis auf eine Entfernung von zwei Kilometern. Der Mondspinner (Actias luna) aus der  Familie der Pfauenspinner fliegt nur nachts. Der Schmetterling hat zur Abwehr seines größten Feindes, der Fledermaus eine besondere Überlebensstrategie entwickelt. Das sind die langen Anhängsel an seinen Hinterflügeln. Die herumwirbelnden Schwänze leiten seine Fressfeinde in die Irre. Fledermäuse attackieren die Zipfel, der Schmetterling aber überlebt – zumindest meist. Die Schutzvorrichtung ist offenbar so erfolgreich, dass sie in der Gattung der Pfauenspinner mehrfach unabhängig voneinander entstanden ist, denn neben dem Mondspinner gibt es noch weitere Falterarten mit langen Schwänzen. Einige Pfauenspinner erzeugen auch Ultraschalltöne, um die Echoortung der Fledermäuse direkt zu stören und sie von der Jagd abzuhalten. Das Tagpfauenauge (Aglais) erreicht eine Flügelspannweite von 50 bis 55 Millimetern. Der Schmetterling hat eine rostrote Flügelgrundfärbung. Das unverkennbare und auffälligste Merkmal sind die an jeder Vorder- und Hinterflügelspitze gut erkennbaren, schwarz, blau und gelb gefärbten Augenflecken. Zum Überwintern suchen die Falter leicht feuchte und geschützte Winterquartiere, wie zum Beispiel Höhlen, Keller, Ziegenställe oder Fuchsbaue, auf. Sie überstehen dabei monatelang ohne Nahrung. In dieser Zeit fressen sie nicht, sondern zehren von ihren im Sommer gespeicherten Energiereserven. Die Falter fliegen jährlich in zwei Generationen: Die der ersten fliegen von Juni bis August, wobei je nach Wetterlage eine Biopause (Dormanz) von Juli bis Oktober eingehalten wird, die der zweiten Generation fliegen von August bis Oktober. Nach der Überwinterung (5-6 Monate)  können die Falter bereits von März bis Mai beobachtet werden. Als Dormanz werden alle Formen der Entwicklungsverzögerung bei Lebewesen oder biologischen Vorgängen bezeichnet. Diese sind teilweise durch Außenfaktoren bedingt, sie können jedoch auch genetisch und hormonell gesteuert sein. Dormanzphasen gewährleisten  ein Überleben der Schmetterlinge bei ungünstigen Umweltbedingungen. Als langlebiger Schmetterling (bis zu 11 Monate Lebenszeit) verfügt das Tagpfauenauge über einen sehr wirksamen Schutz gegen seine Fressfeinde. Im Ruhezustand mit zusammengeklappten Flügeln sehen Vertreter dieser Art eher wie dürre Blätter aus. Bei drohender Gefahr wird bei ihnen ein Bewegungsprogramm ausgelöst, bei dem sie ihre Flügel ruckartig auseinanderklappen, dabei ein zischendes Geräusch erzeugen und ihre augenförmige Flügelzeichnung zeigen. Bei dieser Abwehrstrategie geht von dem auf der Flügeloberseite befindlichen Augensignal die größte Abschreckungswirkung gegen Vögel aus. Die Zeichnung gaukelt Fressfeinden ein zu den Augen proportional großes Tier vor. Gegen Mäuse ist dagegen vor allem das zischende Geräusch wirksam. Das Tagpfauenauge gehört wie auch der C-Falter und der Kleine Fuchs zu den Superfrostarten. Sie überwintern als fertige Falter  suchen jedoch geschützte Orte wie Scheunen oder Baumhöhlen auf.  Sie gehen in eine Art Winterstarre und reduzieren ihre Körperfunktionen auf ein Minimum. Viele Arten überwintern stattdessen als Ei, Raupe oder Puppe in verschiedenen Stadien. Die Zitronenfalter sind eine der frostresistentesten Schmetterlingsarten. Mit Hilfe von Glycerin, Sorbit und Proteinen gelingt es ihnen, den Gefrierpunkt der Körperflüssigkeiten derart zu senken, dass sie Temperaturen von bis zu minus 20 Grad schadlos überstehen können. An warmen Wintertagen können sie kurzzeitig aktiv sein, in der Regel verharren sie aber an ihrem Platz über den ganzen Winter hinweg, sogar wenn sie komplett von Schnee bedeckt werden.Man findet sie, je nach Temperatur bis in eine Höhe von 2.800 Metern. Die Zitronenfalter erreichen eine Lebensdauer von 12 Monaten und haben somit die höchste Lebenserwartung aller mitteleuropäischen Schmetterlinge. Die Flügeloberseiten sind bei lebenden Faltern fast nie zu sehen, da die Tiere in Ruhe sofort ihre Flügel zusammenklappen. Er wärmt sich auf als „seitlicher Absorptionssonner“. Während der heißesten Sommerzeit ziehen sich die Falter zu einer längeren Sommer-Diapause in Verstecke zurück. Danach sind sie wieder aktiv, bis sie im Spätherbst ihre Überwinterungsstätten aufsuchen.

Schmetterlinge sind ektotherm. Ihre Körpertemperatur hängt hauptsächlich von der Umgebungstemperatur ab. Vor allem durch ihr Verhalten, z.B. durch aktives Aufsuchen sonnigerer Stellen und aufsaugen von Lichtenergie, können sie auf die eigene Körpertemperatur Einfluss nehmen. Wenige Arten sind, wie z. B. Schwärmer, in der Lage ihre Körpertemperatur in gewissem Maße durch Muskelvibration zu heben. Um wiederum eine Überhitzung zu vermeiden suchen sie meistens Schatten oder kühlere Mikrohabitate auf. Das Waldbrettspiel (Pararge aegeria) ist ein Tagfalter mit einer Flügelspannweite von 32 bis 45 Millimeter und kommt sowohl mit niedrigeren als auch höheren Temperaturen zurecht.  Der Schmetterling bewohnt weite Teile Mittel- und Südeuropas und bewohnt außerdem einige Regionen im nördlichen Afrika. Von der Küste bis in Höhenlagen von 1 200 m über dem Meeresspiegel leben diese Falter. Das Waldbrettspiel ist einer der häufigsten Waldschmetterlinge und kommt auch in dunklen Wäldern vor, die von den übrigen Tagfaltern gemieden werden. Die männlichen Falter bleiben tagelang an einer Stelle sitzen. Dabei zeigen sie ein auffälliges Revierverhalten. Sie sitzen auf erhöhten Positionen, von denen aus sie die Umgebung gut beobachten können, und versuchen vorbeifliegende Rivalen zu vertreiben. Sie kehren immer wieder auf ihren Sitzplatz zurück.  Da sich die Falter während sie sitzen  in der Sonne lange genug aufwärmen können, sind sie anderen Faltern, die schon ein Stück durch den schattigen Wald geflogen sind, bei einer Verfolgungsjagd überlegen. Bananenfalter (Caligo) siehe linkes Bild, gehören mit einer Vorderflügellänge von 65 bis über 90 Millimetern zu den großen Schmetterlingen und haben eine beige bis braune Grundfarbe.  Die Unterseiten der Flügel sind braun, schwarz und cremefarben gemustert. Auf dem Hinterflügel befindet sich ein großer dunkler Augenfleck, der dünn beige und schwarz umrandet ist. Kleinere Augenflecken befinden sich teilweise auf Hinter- und Vorderflügel. Durch ihre Detailtreue zählen die großen Augenflecken  zu den besten Imitationen von Augen bei Tieren. Der dunkle Kern mit einem hellen Halbring darauf und dem hellen Rand erinnern stark an eine helle Iris mit einer dunklen Pupille, die eine Spiegelung hat. Sie können als Eulenauge interpretiert werden, das von einer nachgebildeten Gefiederstruktur umgeben ist, weshalb diese Schmetterlings-Art auch Eulenfalter genannt werden. Es ist aber umstritten, ob die Augenflecken die Augen eines bestimmten Tieres imitieren oder ob sie als Sekundärschutz, wenn ein Fressfeind zu nahe kommt, dienen. Primär sind die Tiere durch ihr kontrastreiches Muster auf der Flügelunterseite, eine Rindenmimese, geschützt, wenn sie tagsüber mit geschlossenen Flügeln an Baumstämmen ruhen. Als Mimese  wird in der Biologie eine Form der Tarnung bezeichnet, bei der ein Lebewesen in Gestalt, Farbe und Haltung einen Teil seines Lebensraumes annimmt und so für optisch ausgerichtete Feinde nicht mehr von der Umwelt unterschieden werden kann. Die Raupen ernähren sich unter anderem von Bananen. Der Glasflügelfalter (Greta oto) gehört zu den sehr wenigen Schmetterlingsarten mit bis auf die Randbereiche völlig durchsichtigen Flügeln. Die Raupen ernähren sich von Nachtschattengewächsen (Solanaceae) und nehmen dabeu Alkaloide zu sich, die nicht nur die Raupen, sondern auch die späteren Falter für Fressfeinde ungenießbar machen. Der Glasflügelfalter nutzt die Transparenz seiner Flügel, um sich vor Feinden zu verstecken. Transparenz ist ein seltenes Merkmal bei Schmetterlingen; Mimikry ist weiter verbreitet. Die Transparenz der Flügel von Greta oto ergibt sich aus der Kombination mehrerer Eigenschaften. Das Flügelmaterial absorbiert nur wenig sichtbares Licht, streut nur wenig Licht durch die Flügel und reflektiert nur wenig Licht. Letzteres tritt für einen weiten Bereich von einfallenden Wellenlängen auf und deckt das gesamte sichtbare Spektrum und alle Einfallswinkel ab. Die Durchlässigkeit der Flügel für sichtbarechsel, infrarote und ultraviolette Strahlung ermöglicht eine gute Tarnung.  

Schmetterlinge sind wahre Flugkünstler. Sie fliegen auf eine charakteristische Art und Weise: in unberechenbarem Zickzack und mit vergleichsweise wenig Flügelschlägen. Dies erlaubt es es ihnen, Raubtieren (wie Vögeln) zu entkommen. Der Morpheus Falter nutzt den sogenannten Ruderflug (Kraftflug) eine aktive, muskelbetriebene Flugart, bei der Flügel auf und ab geschlagen werden, um Vortrieb und Auftrieb zu erzeugen,  im Wechsel mit dem Gleitflug, indem er durch die Luft gleitet, ohne die Flügel aktiv zu schlagen. Das ermöglicht eine energieeffiziente Fortbewegung. Schmetterling schlagen ihre Flügel aber nicht nur einfach auf und ab, sondern bewegen sie in einer schleifenförmigen, geometrischen Kurve in  Form einer liegenden Acht (Lemniskatenform). Durch die Auf- und Abwärtsbewegung wird Unterdruck über den Flügeln und Überdruck darunter erzeugt, was für den Auftrieb sorgt. Die Bewegung in einer Achterform erzeugt außerdem Vortrieb (Schub). Die Hinterflügel helfen bei Drehungen. Während die meisten Arten langsam fliegen, können manche Schmetterlinge eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 50  km/h erreichen, wie z. B. der Windenschwärmer mit bis zu 100  km/h. Die Anzahl der Flügelschläge pro Sekunde ist vergleichsweise gering, manche schaffen nur 10 – 15  pro Sekunde, während andere bis zu 80  schaffen können. Einige Arten wie die Distelfalter können durch das Nutzen von Windströmungen weite Strecken zurücklegen und sogar den Atlantik überqueren. Arten wie der Monarchfalter legen Tausende von Kilometern zurück, um ihre Winterquartiere zu erreichen.

Schmetterlinge können beim Fliegen zwischen sechs un-terschiedlichen aerodynamischen Mechanismen wechseln – manchmal von einem Flügelschlag zum nächsten. Für die rasante Beschleunigung oder für den Steigflug klappt z. B. der Admiral (Vanessa atalanta) siehe Bild links, die Flügel einfach rasch auf und zu. Auf diese Weise erzeugt er an der Flügelspitze Wirbel, die ihm Auftrieb verleihen. Die aerodynamisch vorteilhafte Wirbelbildung kann er durch gleichzeitige Rotation des Flügels noch verstärken. Beim steten Vorwärtsflug dagegen sorgt der Schmetterling für eine laminare Luftströmung. Bei Bedarf kann er sich zusätzlichen Auftrieb verschaffen, indem er den Flügel beim Aufwärtsschlag durch den Wirbel bewegt, der sich beim Abschlag gebildet hat, und ihm dadurch Energie entzieht. Ein Wunder der Evolution sind die Wanderungen des Admirals. In jedem Gebiet leben speziell an das regionale Klima angepasste Admiral Populationen, die innerhalb eines klimatisch ähnlichen Gebiets im Frühjahr etappenweise (gererationsübergreifend) nach Norden und im Herbst etappenweise nach Süden wandern. Die Falter fliegen in Mitteleuropa von Mai bis Oktober, sie leben dabei in bis zu drei Generationen jährlich. Die neue Generation der erwachsenen Tiere wandert vor der Paarung nach Norden, da das Nahrungsangebot im späten Frühjahr in der Regel abnimmt. Die Männchen warten für die Paarung hauptsächlich vom Nachmittag bis zum Abend auf erhöhten Stellen wie Hügeln, Büschen oder Dächern auf Weibchen, die später dort vorbeikommen. Um die Jahrtausendwende haben sich die bis dahin bevorzugten Flugrouten geändert und die Falter sind in Mitteleuropa zunehmend heimisch geworden. Die südeuropäischen Populationen fliegen heute nicht mehr nach Mitteleuropa, sondern innerhalb des Mittelmeerraums nach Norden und vor allem in die Gebirge. Mitteleuropäische Populationen fliegen im Norden bis Südskandinavien und im Herbst wieder in ihre Überwinterungsgebiete zurück. Diese liegen hier vor allem in Südwestdeutschland und in Ostfrankreich. Aus Nordamerika sind auch große Wanderungen bekannt. Die Tiere erreichen im Sommer Alaska und das nördliche Kanada und streuen bis Island. Der Totenkopfschwärmer (Acherontia atropos) ist ein Nachtfalter dessen Hauptverbreitungsgebiet die Tropen Afrikas sind. Er kommt auch im äußersten Süden Europas vor, von wo aus er als Wanderfalter nach Mittel- und Nordeuropa fliegt. Die imposanten Falter erreichen eine Flügelspannweite von 90 bis 115 mm (Männchen) bzw. 100 bis 122 mm, maximal 130 mm (Weibchen). Männchen erreichen ein Gewicht von 2 bis 6 g und Weibchen von 3 bis 8 g. Wichtigste Nahrungsquelle des Totenkopfschwärmers sind die Nester der Westlichen Honigbiene (Apis mellifera), in die die Falter eindringen, um Honig und Nektar zu saugen. Auffällig ist, dass die Arbeiterinnen der Bienen den Faltern gegenüber keine Aggressivität zeigen. Das geschieht durch die Abgabe von chemischen Substanzen, die den fremden Geruch der Falter tarnen. Der Geruchsstoff der Falter besteht aus einer Mischung von vier Fettsäuren, nämlich Palmitoleinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure und Ölsäure, die auch nahezu in der gleichen Konzentration und im gleichen Verhältnis bei Honigbienen auftreten. Das Mischungsverhältnis ist dabei in allen Körperteilen der Falter und bei Männchen wie Weibchen gleich. Dadurch, dass die Falter den gleichen Geruch wie die Bienen haben, werden sie nicht als Eindringlinge erkannt.  Totenkopfschwärmer (Acherontia atropos) legen auf ihren Wanderungen zwischen Europa und Afrika  jeweils bis zu 4000 Kilometer mit einer Geschwindigkeit von bis zu  55 Stundenkilometern zurück. Die Nachtfalter setzten dazu eine Reihe von Flugstrategien ein, um sich insbesondere den herrschenden Windverhältnissen anzupassen und damit ihren Kurs die ganze Nacht hindurch zu halten. Wenn der Wind günstig war, flogen si kme demnach hoch, so dass sie sich davon unterstützen ließen. Bei starkem Gegen- oder Seitenwind flogen sie dagegen niedrig und erhöhten ihre Geschwindigkeit, um auf ihren Kurs zu bleiben. Monarchfalter legen bei ihren Wanderungen im Herbst in Nordamerika bis zu 3600 Kilometer zurück. Die östliche Population in Nordamerika überwintert mit mehreren 100 Millionen Tieren auf wenigen Hektar in der mexikanischen Sierra Nevada (im Reservat Mariposa Monarca). Um Temperaturunterschiede auf der weiten Reise auszugleichen, dienen Melanin-Moleküle in den Schuppen der Schmetterlingsflügel. Diese sind für dunkle Pigmentfarben wie Braun und Schwarz verantwortlich und absorbieren Licht. Das dunkle Pigment dient dabei der Wärmespeicherung. Die Schuppen selbst bestehen aus Chitin und sind wie Ziegel dachziegelartig auf der transparenten Flügelmembran angeordnet.  Die Chitin-Schuppen auf den Flügeln von Schmetterlingen reflektieren nicht nur Licht zur Farberzeugung, sondern auch Wärme, was für die  Thermoregulation bei zu großer Hitze hilft. Der Distelfalter ist ein weiterer Meister der Natur. Er lebt nahezu in ganz Europa. Der kleine Falter erreicht nur eine Flügelspannweite von 45 bis 60 Millimeter und kann trotzdem bis zu 500 km täglich und in Höhen  von bis zu 1.000 km fliegen. Jedes Jahr fliegen die kleinen Falter bis zu 15.000 Kilometer weit! So starten sie zu Beginn der Regenzeit in West-Afrika und kommen im Frühsommer in Nord-Europa an. Nach wenigen Wochen treten sie den Rückweg an und überwintern schließlich wieder in Afrika. Und das bei nur sechs Zentimetern Körpergröße! Für die gesamte Reise hin- und zurück benötigen sie mehrere Generationen. In West-Afrika fliegt die erste Generation Distelfalter los. Nach 3000 bis 4000 Kilometern Flug machen sie Pause und legen ihre Eier an Disteln ab. Während die Raupen schlüpfen, sich dick und rund fressen und sich wieder verpuppen, sterben die Alttiere. Sobald die neuen Schmetterlinge aus der Puppenhülle geschlüpft sind, setzen sie den Weg ihrer Eltern fort. Das wiederholt sich noch zweimal – bis die Urenkel der West-Afrika-Falter in Nord-Europa angekommen sind. Die Rückreise erfolgt ebenfalls generationübergreifend.