Wissenschaftler verstehen jetzt, wie bestimmte Tiere die schönen, orangefarbenen Monarchfalter fressen können, die von Kopf bis Abdomen voll mit Toxinen von Hundsgiftgewächsen sind. In ausreichend hohen Konzentrationen kann das Gift ein Pferd oder einen Menschen töten. Um diese Pflanzen zu fressen, entwickelten Monarchfalter eine Reihe ungewöhnlicher zellulärer Mutationen. Eine neue Studie der UC Riverside zeigt, dass die Fressfeinde der Monarchfalter ebenfalls dieselben Mutationen entwickelten.
Ein am 22. November 2021 im Journal Current Biology veröffentlichter Artikel beschreibt die Studie, die diese Mutationen in vier Fressfeinden von Monarchfaltern offenbarten: einem Vogel, einer Maus, einer parasitären Wespe und einem Wurm.
„Es ist bemerkenswert, dass in all diesen Tieren eine parallele Entwicklung auf molekularer Ebene auftrat“, sagte der Evolutionsbiologe und Studienleiter Simon „Niels“ Groen von der University of California in Riverside. „Pflanzentoxine verursachten Entwicklungsveränderungen auf mindestens drei Ebenen der Nahrungskette.“
Toxine von Hundsgiftgewächsen (Apocynaceae) zielen auf einen Teil der tierischen Zellen ab, der als die Natrium-Kalium-Pumpe bezeichnet wird, welche beim Herzschlag und beim Feuern von Nervenimpulsen hilft. Bei Menschen ist sie so wichtig, dass unsere Körper ein Drittel der Energie, die wir durch unsere Nahrung aufnehmen, für das Antreiben dieser Pumpe aufwenden. Wenn die meisten Tiere Hundsgiftgewächse fressen, hört die Pumpe auf zu arbeiten.
Vor zwei Jahren schrieben Groen und seine Kollegen über Veränderungen von Aminosäuren an drei Stellen der Pumpe, die es Monarchfaltern erlauben, Hundsgiftgewächse nicht nur zu fressen, sondern auch ihre Toxine als Verteidigung gegen Angriffe in ihren Körpern anzureichern. Groens Team schuf dieselben Veränderungen der Aminosäuren in Fruchtfliegen, die dann resistent gegenüber den Hundsgiftgewächsen wurden, so wie die Monarchfalter.
„Es war eine lange bestehende naturgeschichtliche Beobachtung, dass Vögel und Mäuse wichtige Fressfeinde des Monarchfalters sind“, sagte Groen. „Aber in den 1970er Jahren gab es nicht die Mittel, um festzustellen, was ihnen ermöglichte, das so erfolgreich zu tun. Jetzt, mit der Genomsequenzierung, können wir das.“
Die Forscher nahmen DNA-Sequenzierungsinformationen einer Vielzahl von Vögeln, Wespen und Nematoden aus Datenbanken, um zu sehen, ob irgendeines der Tiere die Aminosäuren-Veränderungen in ihren Natrium-Kalium-Pumpen entwickelten. Eines der vier Tiere, in denen das Team die Mutationen an der Pumpe fand, ist der Schwarzkopf-Kernknacker (Pheucticus melanocephalus), der in vielen Kolonien jedes Jahr bis zu 60 Prozent der Monarchfalter frisst.
Es ist unklar, ob es noch weitere Anpassungen gibt, die dem Schwarzkopf-Kernknacker und anderen Fressfeinden des Monarchfalters helfen, mit den Toxinen fertigzuwerden. Groen plant diese Frage in zukünftigen Studien zu beantworten. Die Zeit zum Herausfinden der zellulären Geheimnisse des Schmetterlings könnte aber ablaufen: Experten schätzen, dass sich die Populationen des Monarchfalters dramatisch verringert haben, von etwa 500 Millionen in den frühen 1990er Jahren auf jetzt 100 Millionen.
„Der Klimawandel bedroht die mexikanischen Wälder, wohin sie jeden Winter zur Paarung wandern, und wenn die Schmetterlingschwärme kleiner werden, sind sie eine leichtere Beute für Vögel und Mäuse“, sagte Groen.
(THK)
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