Das Geheimnis des Monarchfalters

Der Monarchfalter ist gegen ein Gift immun, das beim Menschen zum Herzstillstand führt. Das schützt ihn vor seinen Feinden.

Der Monarchfalter frisst als Raupe das Pflanzengift und schützt sich dadurch vor Feinden. Foto: Ellen Woods/Anurag Agrawal, Cornell University.

Der Monarchfalter frisst als Raupe das Pflanzengift und schützt sich dadurch vor Feinden. Foto: Ellen Woods/Anurag Agrawal, Cornell University.

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Eigentlich sind die orange und schwarz gezeichneten Monarchfalter vor allem als Langstreckenflieger bekannt. Jeden Sommer ziehen sie zu Millionen von Nordamerika los, um in wärmeren Gebieten in Mexiko zu überwintern. Um dies zu bewältigen, fliegen sie über mehrere Wochen jeden Tag im Mittel achtzig Kilometer.

Doch die zarten, farbigen Geschöpfe sind nicht so harmlos, wie sie auf den ersten Blick aussehen. Denn sie fressen als Raupe ein Pflanzengift, das sie später als Schmetterling in den Schuppen der Flügel haben – zum Schutz vor Fressfeinden.

Vögel sollten auf besser die farbigen «Stoppschilder» des Monarchfalters achten. Foto: Rachel Meree/Getty Images

Weil auch die knalligen Farben wie eine Warntracht wirken, meiden die meisten Vögel diese Schmetterlingsart und fressen lieber andere Insekten. Sollte es dennoch einmal vorkommen, löst das Gift beim Vogel einen Brechreiz aus. «Nach einer solchen scheusslichen Kostprobe werden die Falter nicht mehr gejagt», sagt die Evolutionsbiologin Susanne Dobler von der Universität Hamburg. Gelegentlich sehe man aber noch welche, bei denen lediglich ein kleines Dreieck aus dem Flügel herausgestanzt wurde.

Herzstillstand bei Menschen

Dank drei zufälligen Mutationen im Erbgut schafft es der Monarchfalter, dass er quasi resistent gegen das Gift ist und als Raupe ohne weiteres die toxischen Blätter von bestimmten Schwalbenwurzgewächsen fressen kann. «Genau wie der giftige Fingerhut enthalten diese Seidenpflanzen Herzglykoside», erklärt Dobler. Bei afrikanischen Ureinwohnern seien diese pflanzlichen Wirkstoffe seit Jahrhunderten bereits als Pfeilgift bekannt.

Herzglykoside sind hochpotente und gefürchtete Gifte. So blockieren sie beim Menschen die Natrium-Kalium-Pumpe zum Beispiel von Nervenzellen. Dadurch ist die Reizweiterleitung gestoppt. In einer zu hohen Dosis führt der Wirkstoff beim Menschen sofort zum Herzstillstand. In geringer Konzentration wird er indes als Medikament eingesetzt und hilft Patienten mit Herzschwäche, um den Muskel wieder zu stärken.

Der Monarchfalter ist aufgrund seines Erbguts gegen das Gift geschützt. Wäre dies aber auch bei anderen Tierarten möglich, wenn sie die drei entsprechenden Mutationen hätten?

Um das herauszufinden, hat der amerikanische Forscher Noah Whiteman von der University of California in Berkeley mithilfe der Crispr/CAS9-Methode Embryonen der Taufliegen genetisch verändert und über mehrere Generationen gezüchtet. Über die Ergebnisse der Studie berichtete er zusammen mit Kollegen aus den USA, Frankreich und Deutschland vergangene Woche in der Fachzeitschrift «Nature».

Tödliches Toxin

Der Versuch selbst hat insgesamt sieben Jahre gedauert. Denn es war notwendig nachzuweisen, dass die genetischen Manipulationen tatsächlich auch in jeder Körperzelle der Fliegen angekommen sind. Darüber hinaus musste gezeigt werden, dass die Mutationen später auch von beiden Elternteilen weitervererbt werden und somit deren Nachkommen also nicht mehr die ursprünglichen Varianten tragen.

«Ohne diese Mutationen würden die Fliegen durch das Gift sterben», sagt Dobler, die Co-Autorin der Studie ist. Sie selbst macht in ihrem Labor in Hamburg aber keine Eingriffe in die Keimbahn von Lebewesen, sondern arbeitet mit Zellkulturen, um die Effekte dieser Genveränderungen zu erforschen.

Von Natur aus sind solche Mutationen relativ selten. Neben dem Monarchfalter sind sie bisher bei sechs weiteren Insektengruppen bekannt. Interessant ist, dass etwa auch die Milchkrautwanze genau die gleichen Veränderungen im Erbgut aufweist, aber das Gift anders verwendet. Denn bei einem Angriff tritt bei ihr das toxische Herzglykosid in flüssiger Form aus speziellen Speicherräumen nach draussen an die Oberfläche.

Beim Versuch fielen die Fliegen um und konnten sich im Gegensatz zu denjenigen mit drei Mutationen oder gewöhnlichen Fliegen aus der Kontrollgruppe schlechter wieder aufrichten.

Erstaunlich ist, dass sich im Laufe der Evolution die Mutationen unabhängig voneinander entwickelt und in der Insektenwelt durchgesetzt haben. Der Vorteil dieser Gifttoleranz ist, dass die Arten dadurch effizient eine ökologische Nische besetzen und im Gegensatz zu anderen Tieren die giftigen Pflanzen problemlos fressen können.

Damit dies nicht schädlich für sie ist, weisen die mutierten Insekten jeweils mindestens zwei Mutationen für die Resistenz gegen das Gift auf. Zumeist haben sie – wie der Monarchfalter – auch noch eine dritte genetische Veränderung, um die durch die ersten zwei Mutationen auftretenden Nebenwirkungen abzuschwächen. Wie wichtig diese dritte Variante ist, veranschaulichte Whiteman nun mit einem für die Fliegen entwickelten, neurologischen Test.

Er konnte nachweisen, dass Fliegen mit nur zwei Mutationen zwar das Gift gut vertrugen, aber durch den Eingriff ins Erbgut auf einmal viel empfindlicher gegen heftiges Schütteln wurden. Beim Versuch fielen die Fliegen um und konnten sich im Gegensatz zu denjenigen mit drei Mutationen oder gewöhnlichen Fliegen aus der Kontrollgruppe schlechter wieder aufrichten.

«Friss mich nicht»

«Sie brauchten viel mehr Zeit, sich auf ihre sechs Beine zu stellen, und lagen im Gegensatz zu den anderen länger auf dem Rücken», erklärt Dobler. Dies zeige deutlich, dass solche Manipulationen auch ganz unerwartete Nebeneffekte haben können und in diesem Fall die Funktionsweise des Nervensystems beeinflussen.

Durch das giftige Herzglykosid steigert der Monarchfalter seine Überlebenschancen. Wenn Vögel dennoch einmal einen unbekömmlichen Bissen genommen ­haben, merken sie sich das für immer, weil ihnen übel wird. Auch bei der Grossen Radnetzspinne und der Gottesanbeterin weiss man, dass die Stoffe auf sie abschreckend wirken.

Besser ist es aber, gleich auf die farbigen «Stoppschilder» des Monarchfalters zu achten. Denn nicht nur die adulten Schmetterlinge, sondern bereits auch die Raupen mit ihren gelb-schwarzen Ringen warnen ihre Feinde durch die schrille Färbung und signalisieren ihnen: «Friss mich nicht, ich bin giftig.»

Erstellt: 10.10.2019, 19:21 Uhr

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