Industriemelanismus

Helle Morphe des Birkenspanners
Dunkle Morphe

Industriemelanismus bezeichnet eine Variante des Melanismus, das heißt einer besonders ausgeprägten Einlagerung von dunklen Pigmenten – speziell von Melanin – in die Haut. Die Bezeichnung entstand, nachdem beim Birkenspanner (Biston betularia), einem Nachtfalter, Ende des 19. Jahrhunderts in englischen Industriegebieten ein drastischer Wandel seines äußeren Erscheinungsbilds beobachtet worden war: Hatten zuvor die Individuen einer hellen Morphe dominiert, traten danach vorwiegend dunkel gefärbte Individuen auf, so genannte carbonaria--Morphe.

Der Industriemelanismus gilt als ein Paradebeispiel dafür, dass Umweltveränderungen den Verlauf der Stammesgeschichte innerhalb kürzester Zeitspannen stark beeinflussen können. Eine 2011 publizierte Genanalyse kam zu dem Ergebnis, dass alle carbonaria--Morphen über dasselbe Allel („singular origin“) verfügen und dass dieses Allel erst in jüngerer Zeit entstanden ist.[1]

Der historische Hintergrund

Birkenspanner sind typischerweise hell gefärbt und daher (wenn sie auf der gleichfalls hellen Rinde von Birken sitzen) vom Untergrund selbst aus nächster Nähe kaum zu unterscheiden. Diese Tarnung – ein Schutz vor Fressfeinden – versagte, als infolge der seinerzeit dramatischen Luftverschmutzung durch Fabrikschornsteine die Birken zunehmend von Ruß dunkel gefärbt und die auf ihnen siedelnden Flechten abgetötet wurden. 1848 beobachtete man in der Nähe von Manchester erstmals eine größere Anzahl dunkel gefärbter Exemplare. Bereits 1895 waren im Industriegebiet bei Manchester 98 Prozent aller Birkenspanner dunkel gefärbt. Auch bei mindestens 70 anderen Schmetterlingsarten veränderte sich die Häufigkeitsverteilung ihres äußeren Erscheinungsbilds in vergleichbarer Weise.[2]

Seit den 1960er Jahren ging der Anteil der melanistischen Varianten in den englischen Industrieregionen – parallel zur Verringerung der Luftverschmutzung – wieder erheblich zurück. Der im Vergleich zur Ausgangssituation im 19. Jahrhundert noch immer leicht erhöhte Anteil der dunklen Form zu Beginn des 21. Jahrhunderts wird von Forschern darauf zurückgeführt, dass die Birken wegen der noch immer vorhandenen Belastung der Luft mit Abgasen vielerorts noch immer kaum von Flechten besiedelt sind und die hellen Individuen daher noch keine optimalen Lebensbedingungen vorfinden.

Zweifel an der Deutung der Beobachtungen

Ein weit verbreiteter Irrtum ist, dass der Birkenspanner tagsüber vor allem auf der Rinde von Baumstämmen gefunden werden kann. Tatsächlich versteckt er sich im Hellen auf der Unterseite von kleineren Zweigen und unter deren Laub. Hervorgerufen wurde der Irrtum durch Fotos in diversen Lehrbüchern der Ökologie und der Evolutionsforschung, die weiße Exemplare auf dunklen Baumstämmen und dunkle Exemplare auf hellen Baumstämmen zeigten. Diese Fotos bildeten jedoch keine frei lebenden Exemplare ab, sondern sie entstammten bestimmten Experimenten, die ab 1953 mehrfach wiederholt wurden.

Erstmals publiziert wurden solche Experimente zum Industriemelanismus im Jahr 1955 von Bernard Kettlewell,[3] einem Zoologen der Universität Oxford, der eine bereits 1896 von dem Schmetterlingsexperten James Hutt formulierte Hypothese überprüfte. 1953 und 1955 hatte Kettlewell im stark verschmutzten Ort Rubery bei Birmingham sowie in unbelasteten Landstrichen von Dorset in den Morgenstunden jeweils Hunderte Birkenspanner beider Farbausprägungen an Baumstämmen ausgesetzt, wo die Tiere meist sofort ihre Ruhestellung einnahmen.[4] Abends ermittelte Kettlewell mit Hilfe von Schmetterlingsfallen die Verteilungshäufigkeit beider Farbausprägungen und stellte dabei fest, dass er bei Birmingham doppelt so viele dunkle wie helle Varianten einfangen konnte, während in Dorset das Verhältnis gerade umgekehrt war.

Unter Fachkollegen stieß seine Studie auf Unglauben, da weder Lepidopterologen noch Ornithologen Vögel als relevante Fressfeinde von Nachtfaltern ansahen. Deshalb bat Kettlewell den Verhaltensforscher und erfahrenen Tierfotografen und -filmer Nikolaas Tinbergen, eine Wiederholung der Experimente zu dokumentieren. Daraufhin wurde 1958 von Tinbergen tatsächlich eine Filmdokumentation veröffentlicht, die überzeugend nachwies, dass helle Schmetterlinge auf dunkler Rinde häufiger von Vögeln entdeckt und verzehrt werden als dunkle Individuen.

Erst 1998 wies Michael Majerus, ein Genetiker der Universität Cambridge, darauf hin, dass diese Experimente kein überzeugender Beleg für die natürlichen Vorgänge waren, die zu einer Verschiebung des Verhältnisses von hellen zu dunklen Individuen geführt hatten: Die ökologischen Zusammenhänge (die Übernachtungsplätze der Falter) seien nicht hinreichend genau beachtet und das Beuteverhalten der Vögel durch ein Überangebot an Faltern unangemessen gefördert worden.[5] Zudem wurde die Relativierung des Selektionsdrucks durch tagaktive Vögel durch die nicht-selektive nächtliche Bejagung durch Fledermäuse nicht ausreichend in die Studien einbezogen.[6]

Majerus' Kritik an Kettlewells Vorgehen wurde 2002 von einer Journalistin in einem populärwissenschaftlichen Buch zugespitzt: Sie warf Kettlewell wissenschaftlichen Betrug vor.[7] Der Evolutionsforscher Jerry Coyne (University of Chicago) wies diese Unterstellung in der Fachzeitschrift Nature zwar umgehend zurück,[8] dennoch wurde Majerus' fachliche Kritik und das populärwissenschaftliche Buch von Kreationisten als Beleg für einen großen evolutionsbiologischen Schwindel herangezogen.

Eine Langzeitstudie

Im Jahr 2000 begann Michael Majerus eine auf mehrere Jahre angelegte Feldstudie, um die Hypothese erneut und diesmal naturnah zu überprüfen, der zufolge die Häufigkeit der hellen und der dunklen Birkenspanner-Form durch das Beutemachen von Vögeln beeinflusst wird. In seinem Garten in Cambridge wählte er 103 Birkenäste aus, die er als geeigneten Ruheplatz für die Birkenspanner identifiziert hatte; sie befanden sich zwischen zwei und 26 Meter über dem Boden, und viele dieser Äste waren von Flechten besiedelt. Zwölf zufällig ausgewählte Äste umspannte er mit Netzen und setzte zwischen 2000 und 2007 in jedem davon – in jeder Nacht zwischen Mai und August – einen Schmetterling aus. 90 Prozent dieser ausgesetzten Birkenspanner waren hell, was im Jahr 2000 annähernd ihrem Anteil an der Wildpopulation entsprach. Die Schmetterlinge ließen sich im Verlauf der Nacht – in der Regel an der Unterseite eines Astes – nieder, und Majerus entfernte bei Sonnenaufgang alle Netze. Vier Stunden später kontrollierte er, wie viele Individuen noch auffindbar waren. Seinen Daten zufolge wurde 29 Prozent der dunklen Individuen gefressen, aber nur 22 Prozent der hellen, was ein statistisch signifikanter Unterschied sei.[9] Majerus beobachtete diverse Vogelarten beim Ablesen der Schmetterlinge: vor allem Rotkehlchen, Amseln, Elstern und Blaumeisen.

Ferner ging im Gebiet von Cambridge der Anteil der dunklen Form zwischen 2001 und 2007 im natürlichen Habitat von zwölf Prozent auf unter zwei Prozent zurück. Aufgrund seiner Experimente und Beobachtungen führt Majerus diesen Rückgang auf das Beutemachen der Vögel zurück.

Unklar ist allerdings weiterhin, welche zusätzlichen Faktoren die Häufigkeitsverteilung beider Birkenspanner-Formen beeinflussen. In East Anglia war die dunkle Form schon immer relativ häufig, obwohl dort niemals eine besonders hohe Luftverschmutzung zu verzeichnen war.[10]

Die Kontroversen um die Ursachen des Industriemelanismus beim Birkenspanner werden immer wieder von Kreationisten genutzt, um die Mechanismen der Evolution in Frage zu stellen. Eine unvollständige Deutung der Ursachen für die Auftretenshäufigkeit von Farbvarianten beim Birkenspanner hat jedoch in diesem Zusammenhang keinerlei Beweiskraft, denn eine Veränderung von ökologischen Einflussgrößen (von so genannten Umweltfaktoren) wird ja selbst von den Kritikern der Theorie vom Industriemelanismus in Rechnung gestellt.

Einzelnachweise

  1. Arjen E. van’t Hof u. a.: Industrial Melanism in British Peppered Moths Has a Singular and Recent Mutational Origin. In: Science, Band 332, Nr. 6032, 2011, S. 958–960, doi:10.1126/science.1203043
  2. Klaus Lunau: Warnen, Tarnen, Täuschen. Mimikry und andere Überlebensstrategien in der Natur. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 2002, S. 115, ISBN 3-534-14633-6
  3. Henry Bernard Davis Kettlewell: Selection experiments in industrial melanism in the Lepidoptera. Heredity Band 9, 1955, S. 323–342, ISSN 0018-067x
  4. Jaap de Rood: The moths of war. New Scientist, Band 196 (2633) vom 8. Dezember 2007, S. 46
  5. Michael E. N. Majerus: Melanism: Evolution in action. Oxford University Press, 1998, ISBN 0-19-854983-0, Buchtext
  6. Axel Hausmann: Faszination Biodiversität. In: Eva-Maria Herzog, Hans-Christian Bauer (Hrsg.): Blickpunkt: Darwin. Sind Darwins Theorien heute noch gültig? Salzburg 2011, S. 11–31 (Vorlesungsreihe der Universität Salzburg)
  7. Judith Hooper: Of Moths and Men: An Evolutionary Tale: The Untold Story of Science and the Peppered Moth. London: Fourth Estate, 2002 (Nachdruck bei W. W. Norton & Company, 2003, ISBN 0-393-32525-3)
  8. Jerry A. Coyne: Evolution under pressure. Nature 418, 2002, S. 19–20, doi:10.1038/418019a – Coyne hatte u. a. angemerkt, dass der Industriemelanismus noch immer ein großartiges Beispiel für den Prozess der Evolution sei („a splendid example of evolution in action“)
  9. Jaap de Rood: The moths of war, S. 48
  10. Jaap de Rood: The moths of war, S. 49

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