Warnfärbung bei Monarchfaltern Leuchtend giftig – eine kostspielige Verteidigung

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Manche Schmetterlinge wie der Monarchfalter nutzen kräftige Flügelfarben als Abschreckung. Sie signalisieren Fressfeinden: Achtung, ich bin giftig. Tatsächlich reichern die Falter während ihres Raupendaseins Giftstoffe aus Pflanzen an. Welche Folgen das für sie selbst und ihre Warnfärbung hat, zeigt eine Studie mit Beteiligung des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie.

Monarchfalter (Danaus plexippus) ernähren sich als Raupen von Seidenpflanzen der Gattung Asclepias und speichern Giftstoffe aus den Pflanzen zu ihrer eigenen Verteidigung in ihrem Körper. Die Kombination der so im Körper angereicherten Cardenolide, einer Gruppe von herzwirksamen Glykosiden, mit den auffälligen orange-schwarzen Flügeln der Monarchfalter wird Aposematismus genannt (abgeleitet von den griechischen Begriffen apo = weg und sema = Signal). „Aposematismus funktioniert, weil Räuber lernen, dass sie auffällige Beute besser meiden“, erklärt Hannah Rowland, Leiterin der Max-Planck-Forschungsgruppe „Räuber und giftige Beute“ am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie.

Die gängige Annahme ist, dass Räuber schneller lernen, wenn das visuelle Signal immer gleich ist. Ein leuchtendes Orange bedeutet dann zum Beispiel: friss mich nicht. „Aber andere Forschende und ich haben immer wieder beobachten können, dass aposematische Tiere unterschiedlich starke Warnsignale haben. Daher haben wir uns gefragt, warum es Falter mit blassem und kräftigem Orange gibt. Was bedeutet das, und woher kommt der Unterschied“, fragt Rowland.

Bunte Flügel und oxidativer Stress

Die Forscherin und ihr Kollege Jonathan Blount von der englischen Universität Exeter untersuchten zusammen mit ihrem internationalen Forschungsteam, ob die Speicherung von Pflanzengiften die körperliche Verfassung Schmetterlings beeinträchtigt. Konkret ging es darum, ob die Einlagerung von Giftstoffen oxidativen Stress verursacht, der auftritt, wenn der Gehalt an Antioxidantien niedrig ist. Da Antioxidantien zur Bildung von Farbpigmenten verwendet werden können, untersuchten sie, ob die Menge der Gifte im Monarchfalter mit seiner visuellen Auffälligkeit und seinem oxidativen Zustand zusammenhängt.

Die Wissenschaftler zogen Raupen von Monarchfaltern auf vier verschiedenen Seidenpflanzen der Gattung Asclepias auf, die unterschiedliche Gehalte an den giftigen Cardenoliden aufweisen. Auf diese Weise manipulierten sie die Menge der aufgenommenen Gifte, um anschließend die Konzentrationen von Cardenoliden zu messen, den oxidativen Zustand zu bestimmen und die daraus resultierende Flügelfärbung zu vergleichen.

Nanostrukturierte Oberfläche per 3D-Druck

Farbe aus Form erschaffen: Schmetterlingsfarbe imitiert

Gift beeinflusst Farbigkeit der Falter

Das Ergebnis der Experimente beschreibt Forschungsleiterin Rowland: „Monarchfalter, die größere Mengen an Cardenoliden einlagerten, erlitten höhere oxidative Schäden als diejenigen, die niedrigere Konzentrationen einlagerten. Unsere Ergebnisse gehören zu den ersten, die einen potenziellen physiologischen Mechanismus für oxidative Schäden als Kosten der Gifteinlagerung bei diesen Insekten aufzeigen.“

Die Forscher fanden auch heraus, dass die Farbe der Flügel männlicher Falter davon abhing, wie viel Gift sie einlagerten und wie viel oxidative Schäden dies zur Folge hatte. Männchen mit den größten oxidativen Schäden zeigten eine abnehmende Farbintensität mit der erhöhten Aufnahme der Giftstoffe, während die Männchen mit den geringsten oxidativen Schäden am giftigsten und farbintensivsten waren.

Ein kostspieliger Deal für den Monarch

„Es ist eine gängige Meinung, dass auf bestimmte Wirtspflanzen spezialisierte Insekten weniger von der Pflanzenabwehr betroffen sind als Wirtsgeneralisten“, sagt Rowland. „Unsere Studie liefert überzeugende Beweise dafür, dass die Einlagerung von Cardenoliden physiologisch kostspielig ist. Monarchfalter werden oft als Musterbeispiel für aposematische Tiere gesehen. Unser Experiment zeigt jedoch, dass die Auffälligkeit ihrer Warnfärbung bis zu einem gewissen Grad davon abhängt, wie viel Cardenolide sie einlagern und wie kostspielig dies für sie ist.“ Zusammengenommen bedeute dies, dass spezialisierte Pflanzenfresser den Nutzen giftiger Pflanzenstoffe zum Schutz vor eigenen Fressfeinden mit den Kosten abwägen müssen, die diese Gifte verursachen.

Rowland möchte nun auch die Rolle der Räuber bei den Wechselwirkungen zwischen Pflanze, pflanzenfressender Beute und Räubern weiter untersuchen. Insbesondere möchte sie der Frage nachgehen, ob Räuber die Evolution der Cardenolide, die von den Monarchfaltern aus der Seidenpflanze aufgenommen werden, beeinflussen. (clu)

Originalpublikation: Blount, J. D.; Rowland, H. M.; Mitchell, C.; Speed, M. P.; Ruxton, G. D.; Endler, J. A.; Brower, L. P.: The price of defence: toxins, visual signals and oxidative state in an aposematic butterfly, Proceedings of the Royal Society B – Biological Sciences, 290: 2022.2068 (2023); DOI: 10.1098/rspb.2022.2068

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