Schmetterlinge sind scheinbar zerbrechliche Insekten, die vor Angst davonflattern, wenn Sie ihr Blumenfest unterbrechen. Doch von ihrer herausragenden Vision bis zu ihren weniger heiklen Anfängen gibt es viel Wissenschaft zu entschlüsseln.
Sogar die farbenfrohen Muster und der Schlag von Schmetterlingsflügeln sind mehr als das, was das Auge sieht. Lesen Sie weiter, um alles zu erfahren, was wir über diese verwirrenden Kreaturen wissen und wie die Wissenschaft der Schmetterlinge zu technologischen Innovationen beigetragen hat.
Wie lange dauert es, bis sich eine Raupe in einen Schmetterling verwandelt?
Wir alle haben die Geschichte von Die sehr hungrige Raupe gehört , der weiter frisst und frisst, während er wächst, bis er sich schließlich in einen Schmetterling verwandelt. Aber was ist die Wissenschaft hinter der Geschichte und wie lange dauert es, einen Schmetterling zu formen?
Wie eine Entwicklung von Charmeleon zu Charizard in Pokémon , die Raupe ist eine Frühform im Leben des Schmetterlings. Während sie das süße Leben der Blätter und der Freizeit leben, wächst eine Raupe, die die Larve des Schmetterlings ist, weiter, bis sie eine „kritische Größe“ erreicht.
An diesem Punkt wird ein Hormonstoß (Ecdyson) freigesetzt. Das signalisiert dem kleinen Gesellen, dass es sich immer wieder häuten oder häuten soll.
Obwohl sie sich während der Mauser verändert, bleibt sie dank anderer Hormone, die sie daran hindern, schmetterlingsähnliche Merkmale zu entwickeln, eine Raupe. Eine Raupe muss nicht nur die Pflanzen und Ameisen verdauen, auf denen sie herumgekaut hat, sondern auch sich selbst verdauen bevor er sich in einen Schmetterling verwandelt.
Diese Metamorphose von der Raupe zum Schmetterling wird allgemein als Puppe bezeichnet. Es ist eine Zeit des Wachstums, der Veränderung und, ja, eines ziemlich groben Verdauungsprozesses (mehr dazu im nächsten Abschnitt).
Diese Phase des Lebenszyklus des Insekts kann einige Wochen bis zu zwei Jahren dauern. Der Unterschied im Zeitrahmen hängt von der jeweiligen Schmetterlingsart ab.
Was passiert in einem Kokon?
Die Puppe oder der Kokon einer Raupe ist wie ein gehärteter Schlafsack, der aus dem eigenen Körper der Raupe geformt wurde.
Um diese Schalen herzustellen, verankern sich Raupen zunächst mit stielartigen Anhängseln, die als „Cremasters“ bezeichnet werden, an einem Blatt oder Zweig. Damit hängen sie sich kopfüber an einem Ast oder Blatt auf, um den Übergang vorzubereiten. Einige Schmetterlingsraupen haben spezielle Drüsen in ihrem Mund, die eine klebrige Seidensubstanz freisetzen, um ihre Puppe an Ort und Stelle zu halten.
Einmal am Haken, baut die Raupe die schützende Puppenhülle aus ihrem eigenen Körper. Durch erneutes Abschütteln der äußeren Hautschicht kann er sich in der stabilen Hülle verschließen.
In diesem robusten Gehäuse werden die Veränderungen wirklich unglaublich und noch ekelhafter. draußen satt gegessen zu haben die puppe, unser raupenfreund setzt verdauungsenzyme frei. Diese machen sich daran, das Gewebe und die Muskelzellen zu etwas aufzuspalten, das man am besten als Raupensuppe beschreiben kann.
In dieser Suppe überdauern einige Zellgruppen andere, und das nicht zufällig. Bevor sich die Raupe durch Ihr Gemüsebeet gefressen hat, hat sie bereits mit der Entwicklung spezialisierter Zellen begonnen.
Erinnern Sie sich an die Hormone, die verhindern, dass sich die Raupe zu sehr verändert, wenn sie ihre Haut abwirft? An diesem Punkt haben diese Hormone abgenommen, und eine zweite Lawine von Ecdyson hilft den spezialisierten Zellen zu gedeihen. Diese werden den Schmetterling bauen und seine Flügel, Augen und mehr formen, während sie sich differenzieren und wachsen.
Von dem, was einst unser langes, pflanzenfressendes Landgeschöpf war, und durch diese schwappende Zellsuppe gelangen wir schließlich zu dem zarten Schmetterling mit flatternden Flügeln, die eine Spannweite von bis zu 27 cm erreichen können.
Wie kommt ein Schmetterling aus seinem Kokon?
Ein weiterer hormongesteuerter Prozess, das Auftauchen eines Schmetterlings aus seiner Hülle, ist nicht so einfach, nur mit den Flügeln zu schlagen und sich zu befreien.
Wenn ein Schmetterling vollständig ausgebildet ist, setzt er Hormone frei, die die Schale weicher machen und dem Schmetterling helfen, sich zu bewegen. Oft wird die Schale durchsichtig und gibt uns einen Blick auf die neu geformte Kreatur im Inneren.
Sobald der Kokon aufgeweicht ist, kann der Schmetterling damit beginnen, ihn aufzubrechen. Es tut dies, indem es Luft einatmet und seine Flügel ausdehnt. Es kann sich dann mit seinen Beinen durchdrücken und herauskriechen und weiterhängen, bis seine Flügel trocken und ausgebreitet sind. Eine höllische Dehnung, nachdem man sich darin zusammengerollt hat.
Wie lange leben Schmetterlinge?
Obwohl sie auf der ganzen Welt zu finden sind, haben Schmetterlinge ein flüchtiges Leben. Mit einer durchschnittlichen Lebensdauer von etwa drei bis vier Wochen haben die meisten Schmetterlinge nicht viel Zeit zum Erkunden.
Es variiert jedoch zwischen den verschiedenen Arten. Im Jahr 2009 führten Wissenschaftler eine groß angelegte Studie durch und fanden heraus, dass das Leben von Schmetterlingen von wenigen Tagen bis zu fast einem Jahr reicht.
Wo leben Schmetterlinge?
Schmetterlinge können in fast jedem Lebensraum herumflatternd beobachtet werden. Wissenschaftler haben Schmetterlinge in der Arktis beobachtet, von denen einige in den „wärmeren“ Tagen zwischen 15 und 18 °C die Tundra erkundeten. Wie Ratten sind die einzigen Schmetterlinge des Kontinents aufgrund ihres Minusklimas in der Antarktis nicht zu finden.
Monarchfalter haben eine längere Lebensdauer als die meisten anderen Arten und fliegen für den Winter aus ihren heimischen Lebensräumen in den USA und Kanada in das wärmere Klima Mexikos. Einige wandernde Monarchfalter legen über 4800 km zurück, um ihre warme Winterheimat zu erreichen.
Im Gegensatz zu Vögeln nisten Schmetterlinge nicht – aber manchmal tun es ihre Raupenbabys. Schmetterlinge finden die perfekte Pflanze, um ihre Eier zu beherbergen, und wenn genug zusammengelegt sind, beginnen die Raupen mit dem Bauen.
Wissenschaftler haben beobachtet, dass Gruppen von Raupen, die auf derselben Pflanze schlüpfen, zusammenarbeiten und ein Zelt um ihre Pflanze herum bauen. Mit ihrer treuen Seide binden sie Blätter zusammen, um ein kleines Raupenheim zu schaffen. Es ist jedoch der seltene Schmetterling, dessen Raupen das Lager aufschlagen. Da diese speziellen Seidendrüsen benötigt werden, ist es wahrscheinlicher, dass die Raupen einer Motte ein seidiges Zuhause bauen.
Kann Metamorphose im Weltraum stattfinden?
Im Jahr 2009 stellte die NASA Schmetterlinge auf die Probe, indem sie mehrere Raupen in den Orbit schickte und verfolgte, wie sie sich in der Mikrogravitation entwickeln. Die Mikrogravitation schafft fast schwerelose Bedingungen, und dennoch beobachtete das Team die Metamorphose der Monarch- und Distelfalter-Schmetterlinge im Weltraum.
Mit ein wenig Mühe schafften es die Schmetterlinge aufzutauchen, stießen gegen die Seiten ihres Lebensraums und kämpften darum, ihre Flügel so schnell wie hier auf der Erde vollständig auszudehnen und zu trocknen.
Was essen Schmetterlinge?
Technisch nichts. Schmetterlinge können nichts essen und trinken stattdessen alle ihre Nährstoffe.
Während die sehr hungrige Raupe ihre zahnähnlichen Strukturen, Mandibeln genannt, verwendet, um Pflanzen und Ameisen zu beißen und zu kauen, haben Schmetterlinge nicht denselben Vorteil.
Während der Metamorphose wachsen nicht nur Flügel ein, sondern die gesamte Anatomie verschiebt sich. Eine solche Änderung beeinflusst die Ernährungsgewohnheiten von Schmetterlingen enorm.
Schmetterlinge entwickeln einen länglichen Schlauch, mit dem sie flüssige Nährstoffe aus Pflanzen saugen. Wie eine unglaublich lange Zunge bildet sich diese während der Metamorphose, wo zwei C-förmige Strukturen miteinander überbrückt werden.
Diese Struktur, die als „Rüssel“ bezeichnet wird, rollt und entrollt sich bei Bedarf, damit Schmetterlinge in das saftige Zentrum einer Blume gelangen können. Schmetterlinge, die von Blume zu Blume fliegen, nutzen diese strohähnliche Struktur, um ihren Nektar zu trinken.
Aber sicher können Schmetterlinge nicht alle Nährstoffe aus Nektar beziehen?
Nun, sie sagen, iss dein Gemüse, bevor du den Nachtisch isst. Für Schmetterlinge leisten ihre Raupen gesundheitlich gesehen die schwerste Arbeit. Wenn Sie sich gefragt haben, warum die sehr hungrige Raupe so hungrig ist, liegt es daran, dass sie Nährstoffe speichert, um dem Schmetterling später im Leben zu helfen.
Es mag wie ein gefräßiges Insekt erscheinen, aber Proteine und Mineralien, die aus der Nahrung der Raupe mit Pflanzen und Ameisen gewonnen werden, werden für den Schmetterling gespeichert. Es ist so wichtig für die Metamorphose und die Erhaltung der Schmetterlinge bis hin zur Fortpflanzung, dass Wissenschaftler einen sehr Hangry beobachtet haben Raupen.
Dieses gewalttätige Verhalten scheint durch Nahrungsmangel ausgelöst zu werden, wobei Raupen kurz vor der Metamorphose aggressiver werden.
Dank der Bemühungen ihrer kriechenden Raupen können Schmetterlinge ihre Zuckerdosis sofortiger Energie aus Nektar schöpfen. Einige Schmetterlinge können auch aus nasser Erde oder Pfützen trinken.
Gruppen von Schmetterlingen, die an schlammigen Pfützen tanken, werden „Pfützenclubs“ genannt. Das Schlucken von schlammigem Wasser hilft Schmetterlingen, ihre Temperatur zu regulieren und ihre Salzversorgung zu erhöhen, was ihren Fortpflanzungserfolg verbessert.
Obwohl sie keine Schulter zum Ausweinen bieten können, wurden Schmetterlinge sogar gesehen, wie sie die salzigen Tränen von Schildkröten aufleckten.
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Wie schmecken Schmetterlinge?
Obwohl sie ihre Nahrung nicht kauen und genießen können, schmecken Schmetterlinge immer noch – mit ihren Füßen. Während sich alle unsere Geschmacksknospen in unserem Mund befinden, haben Schmetterlinge sie auf ihren Flügeln, Füßen, Antennen und ihrem Rüssel.
Auf den Geschmack zu kommen, was unter den Füßen ist, wäre nicht annähernd so aufregend wie Fliegen, auch wenn es hauptsächlich Nektar ist. Wissenschaftler, die diese untersuchen, erklären jedoch, dass Schmetterlings-Geschmacksrezeptoren nicht nur Süße erkennen, sondern ihnen auch helfen, zwischen Nährstoffen und Abwehrmitteln zu unterscheiden, indem sie die Pflanzen untersuchen.
Durch die Berührung der Basis mit den Pflanzen senden die Geschmacksrezeptoren an den Füßen eines Schmetterlings einen Strom biochemischer Signale, die den Schmetterling wissen lassen, ob eine Pflanze ein No-Go für die Eiablage ist. Die Wissenschaft legt nahe, dass Schmetterlinge bitteren Geschmack mit Toxinen assoziieren und an dem Nektar festhalten, den sie kennen und lieben.
Während die Naschkatzen einer Person vielleicht nicht gesund sind, können die süßen Füße von Schmetterlingen lebensrettend sein.
Wo schlafen Schmetterlinge?
Schmetterlinge sind Taginsekten und schlagen ihr Lager auf, um kopfüber an Blättern zu schlafen. Das ist nicht nur Nostalgie für ihre Puppentage, das Aufhängen an Blättern schützt sie tatsächlich vor Regen und allen Frühaufstehern, die etwas mehr als Würmer fangen wollen.
Schmetterlinge gehen nachts in einen „niedrigen Stoffwechselzustand“, um ihre Energie zu sparen und Nahrung wie Menschen zu verdauen. Wissenschaftler unterscheiden sich in ihren Definitionen, daher kann dieses Verhalten einfach eine gute Nachtruhe sein , anstatt zu schlafen.
Schmetterlinge mit „Warnfarben“ wie das Orange und Schwarz des Monarchfalters und die langflügeligen Tiger- und Zebrafalter kümmern sich weniger darum, sich zu verstecken, während sie schlummern. Diese Farben zeigen Raubtieren an, dass sie giftig sein werden, da sie sich entwickelt haben, um die Giftstoffe der Wolfsmilch zu speichern, die als Raupen gefressen werden.
Selbst mit diesem Schutz schließen Schmetterlinge nicht gerade die Augen, da Schmetterlinge eigentlich keine Augenlider haben. Im Winter unterbrechen Schmetterlinge ihre Entwicklung und überwintern effektiv bis zum Frühjahr
Schmetterlinge haben einen internen Wecker, der ihnen sagt, dass es Zeit ist, aufzuwachen und wieder zu ihren üblichen Schmetterlingsaktivitäten zurückzukehren. Wir haben noch keine Beweise dafür, dass sie träumen, aber die Wissenschaft legt nahe, dass sich Schmetterlinge und Motten an ihre Raupenzeit erinnern.
Wie viele Augen hat ein Schmetterling?
Sie werden nicht nur immer einen starrenden Wettbewerb gewinnen, Schmetterlinge haben auch ein Sehvermögen, das technologische Entwicklungen inspiriert hat. Sie haben zwei zusammengesetzte Augen, die Tausende von winzigen Linsen in jedem Auge zusammenbringen.
Schmetterlingsaugen enthalten mehr lichtempfindliche Zellen als unsere Augen, sogenannte „Fotorezeptoren“, die Licht in elektrische Signale umwandeln, die an das Gehirn gesendet werden. Ihre außergewöhnlichen Augen ermöglichen es Schmetterlingen, Informationen aus allen Richtungen aufzunehmen und nach Raubtieren oder der perfekten Blume zum Landen Ausschau zu halten.
Schmetterlinge haben ein unglaubliches Farbsehen und ordnen diese Ansammlungen von Licht erkennenden Zellen wie ein Mosaik an. Im Jahr 2016 fanden Wissenschaftler heraus, dass der Gemeine Schmeißfalter 15 Sätze von Fotorezeptoren in jedem seiner perlenartigen Augen hat.
Die Wissenschaftler, die diese Schmetterlinge untersuchen, sagen, dass die Wahrnehmung dieses größeren Lichtbereichs die Schmetterlinge subtile Farbänderungen erkennen lässt, die bei der Paarung oder der Vertreibung von Rivalen helfen können.
Laut Professor Doekele Stavenga, der sich mit dem Sehen und Färben von Insekten befasst, bedeuten die Tausenden von kleineren Linsen, dass Schmetterlinge so viel Licht aufnehmen wie unsere eine große Linse.
Die effizienten kleinen Kreaturen können jedoch ihre Sicht anpassen. Durch das Stapeln von Gruppen lichtempfindlicher Zellen modifizieren Schmetterlinge ihre Sicht, um für einen bestimmten Teil des Lichtspektrums empfindlicher zu sein. Ihr unverwechselbarer Augenglanz resultiert auch aus Wechselwirkungen mit verschiedenen Bereichen im Lichtspektrum. Es ist das Licht, das von diesen Zellen nicht absorbiert, sondern reflektiert wird, was den Augenglanz der Schmetterlinge verursacht.
Das Verständnis der komplexen Funktionsweise der Augen von Schmetterlingen hat unsere eigenen optischen Systeme bereits vorangebracht. „Die in der Natur entwickelten optischen Prinzipien haben beispielsweise zu Verbesserungen von LEDs und der Farbunterscheidungsverarbeitung geführt“, sagt Stavenga.
Wie viele Flügel hat ein Schmetterling?
Schmetterlinge haben vier Flügel. Die schönen Muster auf den Flügeln eines Schmetterlings variieren je nach Art und faszinieren Wissenschaftler seit Jahrzehnten.
Schmetterlinge haben zwei Hinterflügel und zwei Vorderflügel, die zusammenarbeiten, um ihnen beim Fliegen zu helfen, und oft unvorhersehbare Flugbahnen, die ihnen helfen, Raubtieren zu entkommen.
Fliegen wäre cool genug, aber Schmetterlingsflügel können mehr, als sie nur durch die Lüfte zu tragen. Sie können Partner anlocken oder Raubtiere abschrecken, und einige Schmetterlinge haben sich sogar so entwickelt, dass sie sich als Blätter tarnen.
Die farbenfrohen Muster der Schmetterlingsflügel sind mehr als nur das Auge. Schmetterlingsflügel bestehen aus dünnen Schichten verschiedener Proteine mit Millionen winziger Schuppen und erhalten ihre Farbe auf unterschiedliche Weise.
„Nur einige sind wirklich transparent. Die meisten Schmetterlinge haben Flügel mit pigmentierten Schuppen, die ausreichen, um sie bunt zu machen. Morphos (und viele andere) sind aufgrund optischer Mehrschichtreflexionen strukturell gefärbt“, erklärt Stavenga.
Bei solchen Schmetterlingen ist es die besondere Organisation winziger Strukturen in ihren Flügeln, die ihnen Farbe verleihen, nicht Pigmente.
Dies ist einfach der Fall, wenn sich die winzigen Schuppen in verschiedenen Mustern strukturieren. Wenn Licht auf diese gemusterten Strukturen scheint, verschlucken sie einige der Farben im Bereich des sichtbaren Lichts und reflektieren andere.
Bei Morpho-Schmetterlingen ist dies also an ihrer blauen Flügelfarbe zu erkennen, die sich aus der Anordnung dieser Zellen ergibt, die Flügel erzeugen, die intensiv blau reflektieren. Da das blaue Licht nicht absorbiert wurde, können wir die schöne blaue Farbe auf ihren Flügeln sehen.
Einige Arten, wie der Glasflügelschmetterling, haben weder stark gefärbte (pigmentierte) Zellen noch eine Struktur, die sich für eine helle Reflexion eignet, und sind daher transparent.
Im Jahr 2015 enthüllte eine Gruppe von Forschern die Wissenschaft hinter dieser Transparenz. Sie fanden heraus, dass die Schuppen so unregelmäßig angeordnet waren, mit nanostrukturierten Säulen von zufälliger Höhe, dass sie kaum Licht reflektierten.
Wissenschaftler, die diese Phänomene bei Schmetterlingen untersuchen, können das Verständnis auf die Entwicklung neuer Smartphone-Bildschirme anwenden. Einige Forscher haben sogar die CRISPR-Cas9-Technologie verwendet, um die Farbe der Flügel von Schmetterlingen zu ändern und gelbe Schuppen auf weiß aufzuhellen.
Wie fliegen Schmetterlinge?
Erstens müssen sie warm sein. Als kaltblütige Kreaturen sind sie auf externe Quellen angewiesen, um ihre Temperatur zu regulieren, und sie können nicht in den Himmel aufsteigen, bis ihre Körpertemperatur etwa 30 °C beträgt. Wenn Sie also einen Schmetterling sehen, der in der Sonne badet, wird er nicht braun, sondern wärmt seine Flügelmuskeln auf.
Wir wissen seit Jahren, dass Schmetterlingsflügel kollidieren, aber wie sie mit einem so kleinen Körper so gut fliegen, war bis vor kurzem ein Rätsel. Anfang 2021 teilte ein Team schwedischer Wissenschaftler mit, dass Schmetterlinge nicht beim Fliegen mit den Flügeln schlagen, sondern sich auf das Fliegen vorbereiten.
Als sie Schmetterlinge in einem Windkanal untersuchten, beobachteten sie einen charakteristischen Flügelschlag wo sie Luft sammeln und verwenden. Laut den Forschern bilden diese Schmetterlinge eine Tasche und verwenden Luft, um ihren Flug anzutreiben.
„Es war nicht genau das, was wir vorher dachten, die Flügel bewegen sich auf sehr interessante Weise. Insbesondere haben sie diese Art von Beckenflügeln“, sagt Professor Per Henningsson, ein Evolutionsökologe, der diese Arbeit veröffentlicht hat.
„Kurz vor dem Klatschen scheinen sich diese Flügel zu biegen und eine Taschenform zu bilden. Und dann kollabieren sie und sie stoßen wieder aus, wodurch im Grunde ein Luftstrom entsteht. Die Schmetterlinge profitieren von der Technik, wenn sie schnell abheben müssen Raubtieren zu entkommen", fügt er hinzu.
Sie modellierten das Verhalten mit mechanischen Flügeln, die als flexibel und starr eingestuft werden, und stellten fest, dass die flexiblen Flügel im Hinblick auf die Energie, die für den Flug während dieser Klatschbewegung benötigt wird, um 28 Prozent effizienter waren.
Der Schmetterlingsflug ist ein weiterer Aspekt, bei dem die Technologie umso weiter voranschreiten kann, je mehr wir verstehen.
„Die Form und Flexibilität von Schmetterlingsflügeln könnte der Schlüssel zu kleinen Mikrofahrzeugen oder Drohnen sein, die wirklich leicht und effizient sein müssen“, sagt Henningson.
Obwohl sie eine bestimmte Art untersuchen, stellt er sich vor, dass diese Schröpfaktion bei Schmetterlingen auftritt, und sagt, dass es in Zukunft noch viel mehr über ihre Flugmanöver zu lernen gibt.
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