Wer tagsüber durch Gärten oder Wiesen streift, bemerkt schnell, wie leuchtend und gut sichtbar viele Schmetterlinge gefärbt sind. Trotz dieser auffälligen Signale gelingt es Vögeln und anderen Jägern erstaunlich selten, die Insekten im Flug zu erbeuten. Lange Zeit gaben diese Verhältnisse Forschern Rätsel auf.
Wie Schmetterlingsflügel die visuelle Wahrnehmung von Vögeln täuschen
Das internationale Forschungsteam fand heraus, dass die Muster auf den Flügeln als optische Täuschung wirken. Wenn ein Schmetterling fliegt, verändern sich Form und Winkel seiner Flügel ständig. Sie schlagen in einer artgerechten Achterbewegung auf und ab, wodurch sich Streifen und Kontraste verschieben. Diese Dynamik erzeugt bei angreifenden Tieren falsche Signale über Geschwindigkeit und Richtung.
Die Muster auf Schmetterlingsflügeln kombinieren sich mit ihren Flügelschlägen, um optische Täuschungen zu erzeugen, die es so aussehen lassen, als würde sich der Schmetterling in eine andere Richtung als seinen tatsächlichen Kurs bewegen.
Jolyon Troscianko, Professor an der University of Exeter
Um diesen Effekt zu verstehen, nutzten die Forscher hochentwickelte Computermodelle, die das Sehvermögen von Vögeln nachbilden. Dabei zeigte sich, dass die optischen Signale die neuronalen Schaltkreise von Raubtieren stören. Die Jäger können den genauen Kurs ihres Ziels im entscheidenden Moment der Endattacke nicht mehr präzise berechnen.
Das physikalische Prinzip hinter dem Streifenmuster im Flug
Das zugrundeliegende Prinzip erinnert stark an einen alltäglichen optischen Effekt: den sogenannten barber-pole illusion
-Effekt. Bei rotierenden Friseurstangen wandern Streifen scheinbar nach oben, obwohl sich die Stange lediglich um die eigene Achse dreht.
Ähnliches geschieht in der Luft. Schmetterlingsflügel klappen beim Aufschlag zusammen und ziehen sich beim Abschlag wieder auseinander. Ein Querstreifen auf den Vorderflügeln wandert während des Abwärtsschlags langsam nach unten. Beim Aufschwung hingegen klappt und dreht sich das Muster blitzschnell in Richtung des tatsächlichen Fluges zurück. Die Abwärtsbewegung wirkt dadurch im visuellen System des Raubtiers weitaus dominanter als der echte Aufwärtsflug.
Die Streifen und Flecken auf vielen Schmetterlingsflügeln stören die Art und Weise, wie visuelle Systeme versuchen, die Richtung und Geschwindigkeit von sich bewegenden Dingen zu erraten, wodurch falsche Bewegungshinweise verstärkt und gleichzeitig der wahre Kurs des Schmetterlings verborgen wird.
George Hancock, University of Exeter
Umfassende Experimente mit Hochgeschwindigkeitskameras und Simulationen
Um diese These zu untermauern, stützte sich das Team um George Hancock und Jolyon Troscianko auf vier unterschiedliche methodische Ansätze. Zunächst filmten sie startende Schmetterlinge mit Spezialkameras, die mehr als 1.000 Bilder pro Sekunde aufzeichneten. Danach analysierten sie die Muster von rund 400 europäischen Schmetterlingsarten in 3D-Simulationen mit 2.000 Bildern pro Sekunde.
- Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von echten Schmetterlingen im Startflug
- Computermodelle basierend auf der Sehschärfe von Vögeln
- Evolutionäre Simulationen mit genetischen Algorithmen für über 50.000 Muster
- Touchscreen-Experimente mit 100 menschlichen Testpersonen in 3.000 Testdurchläufen
Bei den Versuchen mit menschlichen Freiwilligen, die als Jäger agierten und virtuelle Schmetterlinge auf Bildschirmen zu fangen versuchten, zielten die Teilnehmer bei stark ausgeprägten Mustern regelmäßig zu weit hinter die tatsächliche Position der Insekten. Evolutionäre Simulationen zeigten zudem, dass sich zufällig generierte Muster durch Selektionsdruck auf exakt jene Formen hin entwickelten, die in der Natur den stärksten Verwirrungseffekt erzeugen.
Bedeutung für die Verhaltensbiologie und künftige Forschung
Nicht jede Art nutzt diese visuelle Strategie im gleichen Maße. Schmetterlinge mit schlichten braunen oder roten Farben setzen eher auf klassische Tarnung oder Warnfarben, die auf Giftigkeit hinweisen. Besonders ausgeprägt ist der Effekt hingegen bei Schwalbenschwänzen, deren Schwänzchen an den Hinterflügeln zusätzliche Ablenkung bieten.
Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass dieses Phänomen in der Tierwelt weit verbreitet ist.
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