Schmetterlinge: Mimikry beruht auf nur einem Gen

Wissenschaftlern ist es gelungen, eine seit 150 Jahren offene Frage der Evolution zu beantworten: Wie schafft es die Natur, die gleichen Farbmuster bei Dutzenden völlig unterschiedlichen Tierarten entstehen zu lassen? So ahmt die harmlose Schwebfliege das gelbschwarze Warnmuster der stachelbewehrten Wespe nach. Die rund 40 Arten der tropischen Heliconius-Schmetterlinge tragen dagegen alle ein rotes Warnmuster auf ihren Flügeln, das ihren Feinden signalisiert: „Ich bin nicht essbar!“. Dass diese Mimikry der bunten Falter auf der Veränderung von nur einem einzigen Gen beruht, hat jetzt ein internationales Forscherteam herausgefunden.

„Dies ist unser erster Blick darauf, wie Mimikry und konvergente Evolution auf genetischer Ebene funktionieren“, sagt Robert Reed von der University of California in Irvine. Bisher habe man vermutet, dass jeweils unterschiedliche Gene die Warnmuster hervorrufen. Das in zehnjähriger Arbeit identifizierte Gen „Optix“ habe jedoch in Schmetterlingsarten in ganz Süd- und Mittelamerika rote Flügelmuster unabhängig voneinander entstehen lassen.

„Das passt zu den wachsenden Belegen auch von anderen Tierarten, dass die Evolution nur von einer relativ kleinen Anzahl von Genen kontrolliert wird. Von den zehntausenden Genen in einem typischen Erbgut scheint nur eine Handvoll wieder und wieder größere evolutionäre Veränderungen anzutreiben“, sagen die Forscher im Fachmagazin „Science“. (DOI: 10.1126/science.1208227)

Tropische Schmetterlinge der Art Heliconius erato zeigen warnend ihre roten Flügelflecken während sie Nektar trinken. © Markos Guerra / Smithsonian Tropical Research Institute

Einheitliche Warntracht als Schutz vor Fressfeinden

Wenn giftige oder wehrhafte Tiere ihre Fressfeinde warnen wollen, nutzen sie dafür oft gleiche Signalfarben: Muster in gelb-schwarz wie bei Wespen, Hornissen und Bienen, oder rote Flecken auf den Flügeln wie bei tropischen Schmetterlingen. Der Vorteil dieser so genannten Müllerschen Mimikry: Fressfeinde müssen nur eines der ungenießbaren Tiere fressen, um auch bei allen anderen Arten dieses Farbmuster zu meiden.

Dieses Schutzprinzip lässt ganze Mimikry-Ringe von gleichen Warntrachten bei unterschiedlichen, auch nicht miteinander verwandten Arten entstehen. Welche genetische Basis diese jeweils unabhängig voneinander entstandene gleiche Färbung hat, war bisher jedoch unbekannt.

Schmetterlinge der Art Heliconius erato petiverana in Panama zeigen ihre roten Warnflecken auf den Flügeln während sie sich zur Nacht niedergelassen haben. © Chris Jiggins

Gen „Optix“ erzeugt Augenpigmente und Mimikry-Färbung

Für ihre Studie züchteten die Forscher Schmetterlinge verschiedener Heliconius-Arten in Netzkäfigen. In Erbgut-Analysen suchten sie bei den Tieren gezielt nach Genen, die bei Arten mit roten Flügelflecken aktiv, bei Arten ohne Flecken inaktiv waren. Bei einer Sequenz wurden Reed und seine Kollegen fündig. Ein Abgleich mit Genbanken enthüllte, dass das Gen „Optix“ kein Unbekannter war: Andere Forscher hatten es bereits als Pigment-Gen in den Augen ganz anderer Organismen identifiziert.

Den Fund dieses Gens als Urheber der Warntracht werten die Forscher als überraschend. „Biologen haben seit Jahrhunderten versucht zu erklären, was das Leben in den Tropen so vielfältig macht. Jetzt hat diese Forschergruppe entdeckt, dass nur ein Gen die Basis bildet für eine der spektakulärsten evolutionären Anpassungen in der Natur. Möglicherweise wird sich auch die genetische Basis der Artenvielfalt als viel einfacher entpuppen als wir erwartet haben“, kommentiert Eldredge Bermingham, Direktor des Smithsonian Tropical Research Institute, die neuen Ergebnisse. (Science, 2011; DOI: 10.1126/science.1208227)

(Science / Smithsonian Tropical Research Institute / dapd, 26.07.2011 – NPO)