Wie sich Raupen auf grausame Weise in Schmetterlinge verwandeln
Die Metamorphose der Raupe von einem an Bäumen hängenden, zwölfbeinigen Schädling in einen majestätischen fliegenden Schmetterling ist eine häufige Metapher für totale Verwandlungen. Es handelt sich um einen wahrhaft fantastischen Mechanismus, den die Natur entwickelt hat. Doch während diese Verwandlung von außen betrachtet fantastisch erscheinen mag, sieht sie tief im Inneren der Puppe ziemlich grausam aus. Kurz gesagt, damit sich eine Raupe in einen Schmetterling verwandeln kann, verdaut sie sich selbst mithilfe von Enzymen, die durch Hormone ausgelöst werden. Dann wachsen schlafende Zellen (ähnlich wie Stammzellen) zu den Körperteilen des zukünftigen Schmetterlings heran. Du dachtest also, die Pubertät sei gemein? Warten Sie, bis Sie weiterlesen.
Eine harte Transformation
Unsere Geschichte beginnt mit einer hungrigen Raupe, die gerade aus einem Ei geschlüpft ist. Schon bald stopft sich die kleine Raupe (wissenschaftlich als Larve bezeichnet) mit Blättern voll und wächst Stück für Stück. Wenn sie aus ihrer jetzigen Haut herausgewachsen ist, wird ein Hormon namens Ecdyson ausgeschüttet, das die Larve anweist, sich zu häuten. Nach etwa fünf Häutungen stellt die Larve die Nahrungsaufnahme ein, hängt kopfüber an einem Zweig oder Blatt und spinnt sich dann entweder einen seidigen Kokon oder häutet sich in eine glänzende Puppe. Dieser Prozess wird durch dasselbe Hormon, Ecdyson, angetrieben, aber dieses Mal wirkt es in Verbindung mit einem anderen Hormon, dem sogenannten Juvenilhormon. Das Fehlen des Juvenilhormons löst den Metamorphose-Mechanismus aus.
Das Juvenilhormon verzögert die Metamorphose während des gesamten Larvenstadiums. Es blockiert die Gene in den Imaginalscheiben – winzige scheibenförmige Zellsäcke, die in Aktion treten, wenn sich die Raupe in die Puppe hüllt und sich schließlich in eine Antenne, ein Auge, einen Flügel oder ein anderes Schmetterlingsgebiss verwandelt. Das Juvenilhormon ist für das Überleben der Raupe vor der Metamorphose unerlässlich. Sobald die Larve ihre letzte Häutung erreicht hat und ihre Metamorphose beginnt, geschehen nämlich seltsame Dinge mit ihrem Körper. Die Zellen in den Muskeln, im Darm und in den Speicheldrüsen der Larve werden verdaut und dienen als Ersatzteile für den zukünftigen Schmetterling. Jede Zelle ist darauf programmiert, sich durch die Aktivierung von Enzymen, den so genannten Caspasen, selbst zu zerstören.
Die Caspasen zerreißen die Proteine der Zelle und setzen das Material frei, aus dem der Schmetterling besteht. Wäre das Jugendhormon nicht gewesen, hätte dies jederzeit passieren und die Raupe töten können. Stattdessen hat die Natur das Hormon so programmiert, dass es zum idealen Zeitpunkt für die Metamorphose seine Konzentration senkt. Da weniger Jugendhormon vorhanden ist, treibt das Ecdyson die Raupe nun zur Verpuppung, anstatt eine regelmäßige Häutung auszulösen. Sobald eine Raupe ihr gesamtes Gewebe mit Ausnahme der Imaginalscheiben abgebaut hat, nutzen diese Scheiben die sie umgebende proteinreiche Suppe, um die rasche Zellteilung voranzutreiben, die für die Bildung von Flügeln, Fühlern, Beinen, Augen, Geschlechtsorganen und all den anderen Merkmalen eines erwachsenen Schmetterlings oder Falters erforderlich ist. Die Imaginalscheibe für den Flügel einer Fruchtfliege beispielsweise beginnt mit nur 50 Zellen und wächst bis zum Ende der Metamorphose auf mehr als 50.000 Zellen an.
Die Metamorphose ist jedoch nicht nur eine schöne körperliche Verwandlung. Sie ist ein atemberaubendes Beispiel für den evolutionären Mechanismus, der hier am Werk ist. Schmetterlinge und Raupen sehen nicht nur anders aus – sie verhalten sich auch anders. Der eine lebt in Bäumen, der andere fliegt. Vor allem aber frisst der eine Blätter, während sich der andere ausschließlich von Nektar ernährt. Für beide Arten gibt es viel Platz im Ökosystem, da sie sich nicht gegenseitig in die Quere kommen. Das ist genial!
Im Inneren des Kokons
Leider gibt es nur wenig Bildmaterial, das die Metamorphose bei der Arbeit zeigt. Das unglaubliche Foto oben wurde von Michael Cook aufgenommen, dem es gelang, diesen Tussah-Seidenspinner (Antheraea penyi) in einer seltenen Position zu erwischen – bei einem gescheiterten Versuch, seinen Kokon zu spinnen. Zu sehen sind die zarten, durchscheinenden Jadeflügel, Fühler und Beine einer Puppe, die noch nicht zum erwachsenen Falter herangereift ist – ein Blick auf das, was normalerweise im Kokon verborgen bleibt.
Glücklicherweise leben wir im 21. Jahrhundert. Jahrhundert. Mit modernen bildgebenden Verfahren wie CT-Scans können wir einen Blick in den Kokon werfen, ohne diesen äußerst heiklen Prozess zu stören. Das folgende Video wurde von Wissenschaftlern des Londoner Naturkundemuseums aufgenommen.