Schmetterlinge: Lebenszyklus und Metamorphose

Der Lebenszyklus von Schmetterlingen und Wespen besteht aus vier Hauptstadien: Ei; Raupe (oder Larve); Puppe (oder Puppe); erwachsenes Tier. Jedes dieser Lebensstadien steht in engem Zusammenhang mit den so genannten "Nahrungspflanzen", d. h. den Pflanzen, auf denen die erwachsenen Tiere ihre Eier ablegen, von denen sich die Larven ernähren und auf denen sie sich oft im Puppenstadium niederlassen. Der Lebenszyklus der Schmetterlinge ist äußerst faszinierend und dreht sich um das komplexe Phänomen der Metamorphose: Im Erwachsenenstadium unterscheiden sich die Schmetterlinge nämlich morphophysiologisch völlig von ihren Jungtieren. Man nimmt an, dass sich die Metamorphose bei den Schmetterlingen entwickelt hat, um ihnen eine rationellere Nutzung der Umweltressourcen und eine Aufgabenteilung zwischen Larve und erwachsenem Tier zu ermöglichen, wodurch der Wettbewerb zwischen den Individuen derselben Art eingeschränkt wird. Aber Was passiert genau in den verschiedenen Stadien der Metamorphose eines Schmetterlings? Sehen wir es uns gemeinsam an.

Die Weibchen der Lepidoptera (die Ordnung, zu der Schmetterlinge und Motten gehören) benötigen oft bestimmte Nahrungspflanzen, auf denen sie ihre Eier ablegen. Ein Schmetterling legt in der Regel 200-500 Eier, die sich je nach Art in Form und Größe unterscheiden. Die meisten Arten schlüpfen innerhalb von vier bis fünf Tagen, während es bei anderen bis zu drei Wochen dauern kann. Die Eier sind mit einer widerstandsfähigen Hülle ausgekleidet, die die Nährstoffe enthält, die die Entwicklung und das Schlüpfen der Larven ermöglichen. Die Form der Schmetterlingseier ist im Allgemeinen kugelförmig oder halbkugelförmig, sie können aber auch zylindrisch, birnenförmig, dünn oder länglich sein. Ihr Profil ist oft unregelmäßig oder kantig und sie können reich an Auswüchsen oder Rillen sein. Die Schale ist oft durch Einschnitte oder erhabene Muster gekennzeichnet, die sich in einem regelmäßigen Muster wiederholen. So sind beispielsweise gerippte Eier typisch für Nymphaliden.

Wenn die Eier schlüpfen, beginnen die Eier zu fressen und zu wachsen. Ihre erste Mahlzeit ist normalerweise die Eierschale, die sie mit wichtigen Nährstoffen versorgt. Danach beginnen sie, die Nahrungspflanze zu fressen. Fast alle Raupen ernähren sich von Blättern, einige fressen aber auch Stängel, Wurzeln, Früchte, Samen, Schoten und Blüten. Es gibt Lepidopterenarten, die sich von einer einzigen Nahrungspflanze ernähren, die monophag genannt werden (artspezifische Interaktion), während andere, die oligophag genannt werden, ein breiteres Nahrungsspektrum haben (das mehrere Pflanzenarten derselben Familie umfasst). Monophage Arten ernähren sich nur von der Ammenpflanze und weichen nicht auf benachbarte Pflanzen aus, selbst wenn sie keine Nahrung finden. Während sie fressen, dehnt sich ihr Körper aus, und die Kutikula, ein unelastisches Exoskelett, wird straff, beginnt sich zu spalten und löst sich schließlich ab, wobei das neu gebildete Exoskelett zum Vorschein kommt. Dieser Vorgang wird Mutation genannt und wiederholt sich durchschnittlich vier bis fünf Mal während des Wachstums der Larve.

Wenn die Raupe ihr maximales Entwicklungsstadium erreicht und alle Häutungen abgeschlossen hat, verwandelt sie sich in eine Puppe: Sie schließt sich in eine harte, starre Hülle ein, in der sie viele Verwandlungen durchläuft, bis sie zu einer Fliege wird. Die Verpuppungen heften sich in der Regel an die Ammenpflanze, manche verstecken sich aber auch lieber, z.B. zwischen Steinen oder im Gras. Die Puppen, die sich durch eine mimetische Färbung auszeichnen, beginnen zu platzen, wenn die Umweltbedingungen und die Temperatur optimal sind, damit die erwachsene Form schlüpfen kann. Nach dem Schlüpfen kann der Schmetterling nicht sofort fliegen, da seine Flügel noch feucht und eingerollt sind: Er stellt sich daher auf den Kopf, um ihre vollständige Entfaltung durch den Druck der zirkulierenden Körperhämolymphe zu fördern. Wenn die Flügel trocken sind, fliegt der erwachsene Schmetterling und der Lebenszyklus beginnt von neuem. Die Lebensspanne eines erwachsenen Schmetterlings kann von einigen Tagen bis zu 11 Monaten variieren.

Die Metamorphose bedeutet eine radikale Veränderung der Körperform und der Lebensweise der Schmetterlinge. Es scheint daher unwahrscheinlich, dass gelernte Assoziationen oder Gedächtnisse, die im Larvenstadium gebildet wurden, für die erwachsene Form zugänglich sind. Eine neue Studie der Georgetown University hat jedoch gezeigt, dass das assoziative Gedächtnis bei Lepidopteren die Metamorphose überleben kann. Das Gehirn und das Nervensystem von Raupen werden während des Puppenstadiums drastisch umgestaltet, und es war unklar, ob das Gedächtnis solch drastische Veränderungen überleben kann. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die Beibehaltung des Gedächtnisses von der Reife des Gehirns der sich entwickelnden Raupen abhängt: Raupen, die gelernt haben, einen Geruch im Alter von weniger als drei Wochen zu meiden, erinnern sich als Erwachsene nicht an diese Information, während bei "älteren" Raupen, die im letzten Larvenstadium konditioniert wurden, die erworbene Information auch im Erwachsenenstadium erhalten bleibt.

Die Ergebnisse der Studie der Georgetown University haben auch ökologische und evolutionäre Auswirkungen, da die Gedächtniserhaltung durch Metamorphose es einer Fliege oder einem anderen Insekt in die Lage versetzen, seine Eier auf einer bestimmten Ammenpflanze abzulegen, von der es sich als Larve ernährt hatte. Dieses Verhalten könnte die Auswahl des Lebensraums beeinflussen und schließlich zur Entwicklung einer neuen Art führen. Die Schmetterlinge stellen eine wertvolle Fundgrube für die weltweite Biodiversität dar, doch leider gehen sie aufgrund bestimmter menschlicher Aktivitäten, darunter intensive Landwirtschaft und Entwaldung, dramatisch zurück. Nach Angaben der ISPRA sind 9 % der Bienen und Schmetterlinge vom Aussterben bedroht, und einige Arten, die in der Roten Liste der Weltnaturschutzunion als vom Aussterben bedroht eingestuft sind, sind sogar fast vollständig ausgestorben. Um die Biodiversität zu schützen, ist es wichtig, die Schaffung von Gebieten mit günstigen Lebensräumen und saisonalen Blüten zu fördern, wie die 3Bee Biodiversity Oases.