Unter Beteiligung kolumbianischer Wissenschaftler wurde im Rahmen einer Studie der Stammbaum der Tigerflügelfalter neu erstellt und sechs neue Arten entdeckt.

Mit mehr als 400 Arten stellen die in Mittel- und Südamerika verbreiteten Tigerflügel- und Glasflügelfalter ( Ithomiine ) einen erheblichen Anteil der dort vorkommenden Schmetterlinge dar. Sie sind daher gute ökologische Indikatoren in Gebieten mit hoher Artenvielfalt wie dem Amazonasgebiet.

Allerdings stellt die Ähnlichkeit der Farbmuster (die auf eine toxische Wirkung bei der Abwehr von Vögeln hindeutet) der verschiedenen Arten dieser Insekten eine Herausforderung für ihre Untersuchung und Überwachung dar.

Um die genetischen Unterschiede hinter den kleinen Variationen zwischen den Arten besser zu ergründen, wurde in einer neuen Studie der Stammbaum dieser Unterfamilie neu überdacht.

Die in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlichte Forschungsarbeit bietet neue Erkenntnisse zu diesen Schmetterlingen sowie zu den Faktoren, die an der schnellen Diversifizierung der Arten beteiligt sind, und warum manche Arten anpassungsfähiger sind .

Zu den Erkenntnissen, die uns helfen zu verstehen, wie sich das Leben bisher entwickelt hat und Hinweise darauf geben könnten, wie es sich in Zukunft verändern könnte, gehört die Tatsache, dass einige dieser Schmetterlinge andere ihrer eigenen Art durch chemische Signale erkennen können. Dies ermöglicht es ihnen, sich in Gebieten wiederzuerkennen, in denen mehrere Arten mit identischem Aussehen nebeneinander existieren.

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass selbst die engsten verwandten Tigerflügel-Schmetterlingsarten unterschiedliche Pheromone produzieren. Das deutet darauf hin, dass sie sich anhand dieser chemischen Signale gegenseitig erkennen können. Da die Schmetterlinge gleich aussehen, um Fressfeinde vor ihrer Giftigkeit zu warnen, ermöglicht ihnen dieser Mechanismus, passende Partner zu finden.

Das internationale Team hinter dieser Studie umfasste Experten des Wellcome Sanger Institute, der Universidad Regional Amazónica Ikiam in Ecuador, der State University of Campinas in Brasilien, der University of Cambridge und anderer Institutionen.

Als Vertreter Kolumbiens nahmen Camilo Salazar , Forscher und Professor an der Fakultät für Naturwissenschaften und Ingenieurwissenschaften der Universidad del Rosario, und Nicol Rueda , Absolvent der Doktorarbeit in Biomedizin und Biowissenschaften derselben Einrichtung, an dieser multidisziplinären Studie teil und arbeiteten mit.

Eva van der Heijden, Hauptautorin vom Wellcome Sanger Institute und der University of Cambridge, erklärte, dass dieses Projekt entstand, weil Tigerflügel-Schmetterlinge eine unglaublich anpassungsfähige Gruppe seien, die seit etwa 150 Jahren in der ökologischen Forschung wertvoll sei.

„Bislang verfügten wir jedoch nicht über ausreichende genetische Ressourcen, um ihre Arten zu identifizieren, was ihre Überwachung erschwert. Mit diesem neuen Evolutionsbaum und den Referenzgenomen hoffen wir, die Biodiversitäts- und Naturschutzforschung weltweit voranzutreiben und diese Schmetterlinge und andere Insekten zu schützen, die für die Ökosysteme unseres Planeten von entscheidender Bedeutung sind“, bemerkte der Experte.

Caroline Bacquet, Hauptautorin von der Universität Ikiam (Ecuador), erklärte, dass sie mithilfe der Referenzgenome der Gattungen Mechanitis und Melinaea analysieren konnten, wie sich diese an das Zusammenleben mit ihren glasflügligen Verwandten angepasst haben. „Sie haben gemeinsame Farbmuster, um Fressfeinde abzuwehren, produzieren aber unterschiedliche Pheromone, die ihnen die Partnersuche erleichtern . Da wir nun zwischen den Arten unterscheiden können, können wir nach spezifischen Markern suchen, um sie im Feld zu verfolgen “, erklärte sie.

Zu den Merkmalen dieser Schmetterlingsgruppe, die die Aufmerksamkeit der Wissenschaftler erregt haben, gehört ihre „schnelle Radiation“, also die Entstehung vieler neuer Arten aus einem gemeinsamen Vorfahren in kurzer Zeit. Aufgrund ihrer engen Verwandtschaft sind eine visuelle Identifizierung und Verfolgung schwierig.

Um dieses Problem zu lösen, sequenzierte das internationale Team die Genome fast aller Arten, die zu zwei schnellen Radiationen der Gruppe gehören, um ihre Stammbäume neu zu zeichnen . Davon wurden zehn Arten ausgewählt und auf Referenzgenom-Qualität sequenziert. Ihre Daten stehen der wissenschaftlichen Gemeinschaft frei zur Verfügung.

Dank dieser genetischen Kartierung stellte das Team fest, dass sich sechs Unterarten stärker voneinander unterschieden als bisher angenommen und nun als neue Arten gelten. Darüber hinaus ermöglicht das Verständnis der Unterarten aus genomischer Sicht die Identifizierung optischer Unterschiede, die für die Überwachung nützlich sind, sobald sie als eigenständige Arten etabliert sind.

Die Forscher analysierten die Genome auch auf Hinweise zur überraschenden Geschwindigkeit, mit der diese Schmetterlinge neue Arten hervorbringen. Während die meisten Schmetterlinge 31 Chromosomen besitzen, variiert diese Zahl bei Tigerfaltern zwischen 13 und 28. Obwohl sie die meisten Gene gemeinsam haben, sind diese auf den Chromosomen jeder Art unterschiedlich angeordnet – ein Phänomen, das als Chromosomenumlagerung bezeichnet wird.

Diese Umlagerungen haben Auswirkungen auf die Fortpflanzung. Um Spermien und Eizellen zu produzieren, müssen die Chromosomen korrekt ausgerichtet sein. Paaren sich zwei Schmetterlinge mit unterschiedlichen Umlagerungen, sind ihre Nachkommen in der Regel unfruchtbar. Schmetterlinge haben daher einen Pheromon-basierten Mechanismus entwickelt, um kompatible Partner auf Chromosomenebene zu erkennen und so unfruchtbare Nachkommen zu vermeiden.

Die Studie legt nahe, dass dieser hohe Grad an Chromosomenveränderungen der Schlüssel zur Fähigkeit der Tigerflügel ist, schnell neue Arten zu bilden. Sobald eine Population ihre Chromosomenzahl ändert und zu einer eigenen Art wird, kann sie sich schneller an neue Höhenlagen oder Wirtspflanzen anpassen. Warum sie jedoch so viele Chromosomenveränderungen aufweisen, ist noch immer unbekannt – ein Rätsel, dem Wissenschaftler weiterhin auf der Spur sind.

Joana Meier, Hauptautorin vom Wellcome Sanger Institute, wies darauf hin, dass angesichts der weltweiten Artensterbekrise das Verständnis der Entstehung neuer Arten – und der Gründe für ihre schnelle Evolution – entscheidend für deren Erhalt sei. „Der Vergleich von Schmetterlingen, die sich schnell diversifizieren, mit solchen, die dies nicht tun, könnte wichtige Ursachen aufdecken. Dies könnte uns helfen, Arten für den Artenschutz zu priorisieren oder nützliche Gene für Landwirtschaft, Medizin oder Biotechnologie zu identifizieren. Diese Forschung wurde durch globale Zusammenarbeit ermöglicht. Wir haben nur einen Planeten und müssen zusammenarbeiten, um ihn zu verstehen und zu schützen“, sagte sie.