Entwicklung des Pfeffermottens
Die Entwicklung der Pfeffermotte wurde in den letzten 150 Jahren eingehend untersucht. Anfangs waren fast alle Motten hell gefärbt. Dadurch konnten sie sich vor den hellen Bäumen und Flechten tarnen, auf denen sie tagsüber rasteten. Als die Umweltverschmutzung während der industriellen Revolution in England zunahm, starben viele der Flechten aus. Die Bäume wurden durch Ruß geschwärzt, und die meisten der hellen Motten, die so genannten Typica, wurden selten. Gleichzeitig blühten die dunkel gefärbten oder melanitischen Motten, die Carbonaria, auf. Dieser Wandel fand statt, weil die am besten getarnten Motten besser überlebten. Der Begriff industrieller Melanismus bezieht sich auf die genetische Verdunkelung von Arten als Reaktion auf Schadstoffe.
Seitdem sind helle Pfeffermotten in einer verbesserten Umgebung wieder häufig geworden. Aufgrund der relativ einfachen und leicht verständlichen Umstände der Anpassung ist die Pfeffermotte zu einem gängigen Beispiel geworden, das zur Erklärung oder Demonstration der natürlichen Auslese verwendet wird.
Biston betularia f. typica , die helle Pfeffermotte.
Die Melanic-Carbonaria-Morphie
Aufstieg und Fall des Melanismus
Der Melanismus ist in den europäischen und nordamerikanischen Pfeffermottenpopulationen aufgetreten. Informationen über den anfänglichen Anstieg der Melanismushäufigkeit sind rar. Viel mehr ist über den nachfolgenden Rückgang der Phänotyphäufigkeit bekannt, da dieser mit Mottenfallen gemessen wurde.
1811 wurde eine schwarz gepfefferte Motte gefunden, eine Seltenheit, die zweifellos auf eine Genmutation zurückzuführen ist. Bis 1864 war die dunklere 'Carbonaria'-Form die häufigere Form in Manchester. Bis 1895 erreichte sie in Manchester eine Häufigkeit von 98%.
Von ca. 1962 bis heute ist die Häufigkeit des Phänotyps der Carbonaria stetig zurückgegangen. Ihr Rückgang wurde aufgrund besserer wissenschaftlicher Studien genauer gemessen als ihr Anstieg. Bernard Kettlewell führte 1956 eine nationale Umfrage durch, Bruce Grant führte Anfang 1996 eine ähnliche Umfrage durch und L.M. Cook 2003.
Ähnliche Ergebnisse wurden in Amerika gefunden. Melanische Formen wurden in Japan nicht gefunden. Das mag daran liegen, dass Pfeffermotten in Japan nicht in industrialisierten Regionen leben.
Prädationsexperimente
Im Jahr 1896 vermutete J.W. Tutt, dass der erhöhte Anteil der Karbonaria durch unterschiedliche Vogelräuberei verursacht wurde. Dies bedeutete, dass die Vögel mehr helle Motten in dunklen Gebieten und mehr dunkle Motten in hellen Gebieten aufnahmen. Es wurden verschiedene Experimente über den Raub der Pfeffermotte durchgeführt, und jedes dieser Experimente hat diese Hypothese bestätigt.
Die berühmtesten Experimente mit der Pfeffermotte wurden von Bernard Kettlewell unter der Aufsicht von E.B. Ford durchgeführt. Bei einem von Kettlewells Experimenten wurden die Motten in einer großen Voliere (18 m x 6 m) ausgesetzt, wo sie von Kohlmeisen (Parus major) gefüttert wurden. 1953 experimentierte Kettlewell im Cadbury Nature Reserve in Birmingham. Er markierte, setzte die markierten Motten frei und fing sie wieder ein. Er fand in verunreinigten Wäldern weitere Typica-Morphen, die gefangen wurden. Dies zeigte, dass der melanistische Phänotyp für das Überleben der Pfeffermotten in einem solchen Habitat wichtig war. Kettlewell wiederholte das Experiment 1955 in einem unbelasteten Waldgebiet in Dorset und erneut in belasteten Wäldern in Birmingham. Er wurde von Niko Tinbergen begleitet, und sie drehten einen Film darüber. Weitere Studien von anderen fanden ähnliche Ergebnisse. Schließlich fanden 1996 Arbeiten auf beiden Seiten des Atlantiks eine Korrelation zwischen Veränderungen der Melaninhäufigkeit und dem Verschmutzungsgrad.
Ein Feldexperiment in der Biologie wird immer eine gewisse Künstlichkeit haben, aber das muss gegen Praktikabilität und Kosten abgewogen werden. Der wichtigste Aspekt ist, dass ein Experiment nützliche Informationen liefert. Die einzigen früheren Experimente dieser Art waren die von R.A. Fisher und E.B. Ford mit der Scharlachroten Tigermotte.
Spätere Experimente
Im Jahr 2000 entwickelte Majerus Pläne für weitere Experimente. Im Hauptexperiment in Cambridge von 2001-2007 fügte Majerus ein Experiment hinzu, um herauszufinden, ob Fledermausbefall die Ergebnisse verzerrt haben könnte - dabei stellte sich heraus, dass Fledermäuse beide Formen der Motte gleich stark befallen haben. Er beobachtete eine Reihe von Vogelarten, die Jagd auf die Motten machten. Die Gesamtdaten führten ihn zu der Schlussfolgerung, dass die unterschiedliche Prädation der Vögel ein Hauptfaktor war, der für den Rückgang der Carbonaria-Häufigkeit im Vergleich zu den Typica in Cambridge während des Untersuchungszeitraums verantwortlich war. Er beschrieb seine Ergebnisse als eine vollständige Bestätigung der Geschichte der Pfeffermotte und sagte: "Wenn der Aufstieg und Fall der Pfeffermotte eines der visuell eindrucksvollsten und am leichtesten verständlichen Beispiele für die Darwinsche Evolution in Aktion ist, dann sollte es gelehrt werden. Schließlich liefert es den Beweis für die Evolution".
Majerus starb, bevor er die Niederschrift seiner Experimente abschließen konnte, aber die Arbeit wurde von anderen weitergeführt. In der Zeitung hieß es, dass "diese Daten den bisher direktesten Beweis dafür liefern, dass Tarnung und Vogelfraß die wichtigste Erklärung für den Aufstieg und Fall des Melanismus bei Motten sind". Die neuen Daten, gepaart mit dem Gewicht früherer Daten, zeigen, dass "der industrielle Melanismus bei der Pfeffermotte immer noch eines der deutlichsten und am leichtesten verständlichen Beispiele für die Darwinsche Evolution in Aktion ist".
Die Kohlmeise, ein insektenfressender Vogel.
Tarnung von Raupen
Biston betularia-Raupen kommen ebenfalls in zwei Formen vor, die jeweils an eine andere Situation angepasst sind. Sie entwickeln Körperfarben, die zu den braunen oder grünen Zweigen ihrer Wirtspflanze passen. Dies geschieht durch einen Mechanismus, der Polyphenismus genannt wird. Der Polyphänismus ist eine Art Polymorphismus, bei dem verschiedene Formen eines Tieres durch dasselbe Genom verursacht werden. Das Tier erbt die Fähigkeit, aber die Umwelt bestimmt, welche Form sich entwickelt. Dies steht im Gegensatz zum genetischen Polymorphismus der Erwachsenen, bei dem jede Morph (Form) ein leicht unterschiedliches Genom erbt.
Polyphänismus tritt auf, wenn das Tier einen Entwicklungsschalter erbt. Der Schalter reagiert empfindlich auf einen umweltbedingten Hinweis oder Auslöser. In diesem Fall entdeckten Forscher, dass die visuelle Erfahrung eine präzise Farbabstimmung auslöste.
"Ihre induzierte Körperfarbe... passte sich der Wellenlänge des Lichts an, dem sie ausgesetzt waren... das Potential, die Farbe zu verändern, bleibt bis zum letzten (sechsten) Larvenstadium erhalten. Angesichts ihres breiten Wirtsspektrums bietet dieser direkt induzierte Farbpolyphänismus den Raupen wahrscheinlich einen starken Schutz vor Vogelräubern".
Biston betularia Raupen auf Birke (links) und Weide (rechts), die einen Farbpolyphänismus demonstrieren
Fragen und Antworten
F: Wie ist die Entwicklung der Pfeffermotte?
A: Die Evolution der Pfeffermotte bezieht sich darauf, wie sich das Aussehen der Motte als Reaktion auf die Umweltverschmutzung während der industriellen Revolution in England verändert hat.
F: Warum waren fast alle Motten hell gefärbt?
A: Fast alle Pfeffermotten waren zunächst hell gefärbt, um sich vor den hellen Bäumen und Flechten zu tarnen, auf denen sie sich tagsüber ausruhten.
F: Was geschah mit den Bäumen während der industriellen Revolution in England?
A: Während der Industriellen Revolution in England wurden die Bäume durch Ruß geschwärzt.
F: Was geschah während der Industriellen Revolution mit den hellen Nachtfaltern, den Typica?
A: Während der Industriellen Revolution wurden die meisten hellen Motten selten, weil die Flechten ausstarben und die Bäume durch Ruß geschwärzt wurden.
F: Was geschah mit den dunkel gefärbten Motten, den Carbonaria, während der Industriellen Revolution?
A: Während der Industriellen Revolution blühten die dunkel gefärbten Motten auf, weil sie besser getarnt waren und daher besser überlebten.
F: Was ist industrieller Melanismus?
A: Industrieller Melanismus bezieht sich auf die genetische Verdunkelung von Arten als Reaktion auf Schadstoffe.
F: Was ist seit der Industriellen Revolution mit den hellen Pfeffermotten geschehen?
A: Seit der Industriellen Revolution sind helle Pfeffermotten dank einer verbesserten Umwelt wieder häufiger geworden.
