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Die Wanderleistung des Monarchfalters ist beeindruckend. Jedes Jahr legen Millionen dieser Schmetterlinge fast 5.000 Kilometer zurück, vom Süden Kanadas bis zu ihrem Überwinterungsgebiet in den Bergen nahe Mexiko-Stadt. Diese epische Reise ist ein Zeugnis für die Widerstandsfähigkeit und Entschlossenheit dieser winzigen Insekten.
Der Monarchfalter (Danaus plexippus) ist in Nord- und Südamerika heimisch. Im 17. Jahrhundert verbreitete sich jedoch auch in anderen Teilen der Welt. Die ersten Monarchen wurden um 1840 auf Hawaii und später zwischen 1850 und 1860 auf mehreren Inseln im Südpazifik gesichtet. In den frühen 1870er Jahren wurden die ersten Monarchen in Australien und Neuseeland gemeldet. Es ist unklar, wie und warum genau die Auswanderung stattfand. Eine Möglichkeit wäre der Transport der Monarchen auf Schiffen, entweder als Larven, die mit den Asclepias von der Werft an Bord genommen wurden, oder als erwachsene Monarchen, die auf Schiffen landeten, die eine Seereise unternahmen.
Es ist sehr wahrscheinlich, dass der Mensch an diesem Prozess beteiligt war, aber es ist nicht bekannt, in welchem Umfang. Da nordamerikanische Monarchen während ihrer Wanderung in der Regel mehr als 2.200 Kilometer weit fliegen können, ist es möglich, dass einige von ihnen die Reise allein unternommen haben.
In der westlichen Hemisphäre gibt es zwei Unterarten des Monarchfalters:
- (1) Danaus plexippus plexippus, der im südlichen Kanada, den Vereinigten Staaten, Mexiko und den meisten karibischen Inseln, Mittelamerika und dem nördlichen Südamerika vorkommt, und
- (2) Danaus plexippus erippus, der in Peru, Bolivien, Chile, Argentinien, Uruguay, Paraguay und dem östlichen Brasilien vorkommt. Im Nordwesten Brasiliens wurden keine Unterarten nachgewiesen.
Monarchen und Asclepias
Monarchlarven sind spezialisierte Pflanzenfresser, die ausschließlich Wirtspflanzen aus der Familie der Asclepias (z.B. Amerika-Seidenpflanze) fressen. Sie nutzen die meisten der mehr als hundert nordamerikanischen Arten dieser Familie und ernähren sich in einem weiten geografischen und zeitlichen Bereich, der einen Großteil der Vereinigten Staaten und den Süden Kanadas umfasst. In einem typischen Jahr wird in der südlichen Region dieses Verbreitungsgebiets eine Generation von Schmetterlingen erzeugt, die von ihrer Wanderung zurückkehren, während in der nördlichen Region zwei bis drei Generationen ohne Wanderung geboren werden.
Asclepias bieten den Monarchen einen wirksamen chemischen Schutz gegen verschiedene Fressfeinde. Monarchen extrahieren die Cardenolide (auch kardiotonische Glykoside genannt) der Asclepias, die für die meisten Wirbeltiere giftig sind. Viele wirbellose Raubtiere, sowie einige Bakterien und Viren, werden jedoch nicht mit den Toxinen kontaminiert oder sind in der Lage, sie zu neutralisieren.
Inwieweit die Asclepien die Monarchen vor wirbellosen Raubtieren schützen, ist noch nicht vollständig geklärt. Eine kürzlich gemachte Entdeckung, wonach Wespen Monarchen, die sich von Asclepien ernähren und einen hohen Gehalt an Cardenoliden aufweisen, weniger angreifen, deutet jedoch darauf hin, dass dieser Schutz vor wirbellosen Raubtieren zumindest einigermaßen wirksam ist.
Die Reproduktion
Es ist schwer zu sagen, wie viele Eier weibliche Schmetterlinge im Laufe ihres Lebens legen, aber der Durchschnitt in freier Wildbahn liegt wahrscheinlich zwischen 300 und 400. Die Eier der Monarchfalter öffnen sich etwa vier Tage nach der Eiablage, doch ist die Entwicklungsgeschwindigkeit in dieser Phase, wie auch in allen anderen Phasen, temperaturabhängig, so dass sich Individuen in wärmeren Umgebungen schneller entwickeln.
Die Proteine, die ein wichtiger Bestandteil der Eier sind, müssen aus den während des Larvenstadiums aufgenommenen Nährstoffen stammen oder von den Männchen bei der Paarung gewonnen werden. Obwohl ein einzelnes Monarch-Ei nur etwa 0,460 mg wiegt, was fast 1/1.000 der Masse eines erwachsenen Tieres entspricht, legen die Weibchen im Allgemeinen während ihres gesamten Lebens mehr Eier als ihre eigene Masse.
Obwohl Monarchen, die nicht wandern, wenige Tage nach dem Schlüpfen fortpflanzungsfähig werden, gehen sie im Spätsommer und Frühherbst in die Fortpflanzungsdiapause, einen Zustand, in dem die Fortpflanzungsentwicklung ausgesetzt ist. Die Diapause wird durch neuronale und hormonelle Veränderungen gesteuert, die durch Umweltfaktoren ausgelöst werden, die den Beginn ungünstiger Bedingungen, in diesem Fall des Winters, signalisieren.
Wissenschaftler testeten dieselbe Hypothese, dass die reproduktive Diapause und das Fortpflanzungsverhalten von Monarchen zusammenhängen, indem sie Herbstmigranten den für den Sommer typischen Tageslängen und Temperaturen aussetzten. Diese Schmetterlinge zeigten ein Fortpflanzungsverhalten, behielten aber die Richtung ihres Wanderflugs bei. Sie argumentierten, dass die reproduktive Diapause bei den Herbstwanderern zwar sofort wieder rückgängig gemacht werden kann, dass das Wanderverhalten aber resistent gegenüber Veränderungen der Umweltbedingungen ist
Die Wanderung beginnt
Im Gegensatz zu den meisten Insekten aus gemäßigten Regionen können Monarchfalter bei sehr kalten Temperaturen nicht über längere Zeit überleben. Daher fliegen die nordamerikanischen Monarchen nach Süden, um den Winter an Sammelplätzen zu verbringen. Im Frühjahr fliegen die Monarchen, die den Winter überlebt haben, nach Norden in ihre Brutgebiete zurück. Der Monarch ist der einzige Schmetterling, der eine so lange Wanderung in beide Richtungen unternimmt und im Herbst bis zu 4.830 km weit fliegt, um sein Überwinterungsziel zu erreichen.
Die Monarchen östlich der Rocky Mountains fliegen im Allgemeinen zu den Winterquartieren in den Bergen Zentralmexikos, während die westlich der Rocky Mountains lebenden Monarchen in der Regel die kalifornische Küste ansteuern. Diese Insekten, die etwa ein halbes Gramm wiegen, fliegen aus ihrem Sommerbrutgebiet, das mehr als 100 Millionen Hektar umfasst, um in einem Gebiet von weniger als 20 Hektar zu überwintern. Seit der Entdeckung dieser Überwinterungsgebiete in Mexiko durch die Wissenschaft im Jahr 1975 haben die Forscher versucht, die Faktoren zu verstehen, die die Monarchen dazu veranlassen, ihre Wanderung zu beginnen, die Mechanismen, die sie nutzen, um sich zu orientieren und ihre Überwinterungsgebiete zu finden.
Orientierung und Wanderrouten
Die Orientierung von Insekten ist im Allgemeinen nur wenig bekannt, und die Monarchen bilden da keine Ausnahme. Die Fähigkeit der Monarchen, die sich über ein Gebiet von mehr als 100 Millionen Hektar ausbreiten, auf einem sehr kleinen Gebiet in den Bergen Zentralmexikos zusammenzukommen, ist erstaunlich und vielleicht eines der faszinierendsten Rätsel der Tierökologie. Andere Tiere nutzen himmlische Signale (Sonne, Mond oder Sterne), das Erdmagnetfeld, Landmarken (Gebirgsketten oder Gewässer), polarisiertes Licht, die Wahrnehmung von Infrarotenergie oder eine Kombination dieser Signale, um zu wandern, aber inwieweit diese Signale von den Monarchen genutzt werden, ist unbekannt.
Viele Forscher sind sich einig, dass die Sonne der Himmelsanzeiger ist, der von den nach Süden ziehenden Monarchen am ehesten genutzt wird. Andere schlugen vor, dass Monarchen den Winkel der Sonne entlang des Horizonts in Kombination mit einer inneren Körperuhr nutzen, um eine südwestliche Flugroute beizubehalten, eine Hypothese, die inzwischen bestätigt wurde.
Da Monarchen in der Regel auch an bewölkten Tagen wandern, muss dieser Sonnenkompass mit der Verwendung eines anderen Signals kombiniert werden. Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass Monarchen einen magnetischen Kompass verwenden, um sich zu orientieren, wie dies bei einigen Zugvögeln nachgewiesen wurde, andere bewiesen jedoch, dass wandernde Monarchen einen zufällig orientierten Flug zeigten, wenn sie nur Magnetfeldsignale empfingen und nicht auf Magnetfeldänderungen reagierten, was darauf hindeutet, dass diese Schmetterlinge das Erdmagnetfeld nicht zur Orientierung während der Wanderung nutzen.
Im Herbst 1992 wurde ein Identifizierungsprogramm ins Leben gerufen (Monarch Watch 2001), um die Untersuchung der Herbstwanderungsrouten zu bestimmen. Diese Bestimmungsprogramme ergaben zahlreiche Informationen über die Muster und den Zeitpunkt der Monarchwanderung im Herbst. Mehrere Studien haben gezeigt, dass Monarchen im Allgemeinen von Süden nach Südwesten wandern, Schmetterlinge, die aus dem Osten der Vereinigten Staaten stammen, fliegen in südwestlicher Richtung, während die aus dem Westen stammenden Schmetterlinge in geraderer Linie in südlicher Richtung fliegen.
In jüngerer Zeit verwendeten die Forscher stabile Isotope, um die Herkunft der Monarchen zu bestimmen, die in Zentralmexiko überwintern. Sie stellten fest, dass etwa die Hälfte der an den 13 Überwinterungsorten gesammelten Monarchen aus dem mittleren Westen der Vereinigten Staaten eingewandert war, während eine geringere Anzahl aus dem Nordosten der Vereinigten Staaten und Kanada stammte.
Überleben im Winter
Die erste groß angelegte Studie über die Herbstwanderung der Monarchen begann 1937, als verschiedene Forscher für ihre Studien über die Wanderung von Insekten freiwillige Helfer rekrutierten. Die brachten kleine Papieranhänger an der Spitze des Vorderflügels einiger Monarchen an und ermittelten die Orte, an denen die identifizierten Schmetterlinge ausgesetzt und gefangen wurden. Im Herbst 1992 wurde ein neues Identifizierungsprogramm ins Leben gerufen (Monarch Watch 2001), um die Untersuchung der Herbstwanderungsrouten fortzusetzen. Diese Bestimmungsprogramme ergaben zahlreiche Informationen über die Muster und den Zeitpunkt der Monarchwanderung im Herbst.
Mehrere Studien haben gezeigt, dass Monarchen im Allgemeinen von Süden nach Südwesten wandern, Schmetterlinge die aus dem Osten der Vereinigten Staaten stammen, fliegen in südwestlicher Richtung, während die aus dem Westen stammenden Schmetterlinge in geraderer Linie in südlicher Richtung fliegen. In jüngerer Zeit (1998) verwendeten die Forscher stabile Isotope, um die Herkunft der Monarchen zu bestimmen, die in Zentralmexiko überwintern. Sie stellten fest, dass etwa die Hälfte der an den 13 Überwinterungsorten gesammelten Monarchen aus dem mittleren Westen der Vereinigten Staaten eingewandert war, während eine geringere Anzahl aus dem Nordosten der Vereinigten Staaten und Kanada stammte.
Die nordamerikanischen Monarchen, die die sommerliche Brutzeit östlich der Rocky Mountains verbringen, überwintern in den Oyamelwäldern (Abies religiosa) in den transvulkanischen Bergen Zentralmexikos. Die Lage dieser Winterquartiere war der Wissenschaft bis 1975 unbekannt, als man die Kolonien in “Cerro Pelón“ und der “Sierra Chincua“, im Bundesstaat “Michoacan“, entdeckte. Seitdem wurden mehrere andere Überwinterungsplätze gefunden.
Kolonien innerhalb des Monarchfalter-Biosphärenreservats gibt es in den Bundesstaaten “Michoacán“ und Mexiko (Cerro Altamirano, Cerros Chivatí-Huacal, Sierra Chincua, Sierra El Campanario und Cerro Pelón). Obwohl die Wissenschaftler in den letzten Jahrzehnten viel über das Phänomen der Überwinterung von Monarchfaltern gelernt haben, sind einige grundlegende Fragen noch immer offen. Die Messung der Dichte eines Organismus, der sich zu Millionen versammelt, ist eine große Herausforderung. Die Wissenschaftler versuchen auch, die wichtigsten Merkmale der Überwinterungsgebiete für das Überleben des Monarchen sowie die Faktoren zu verstehen, welche die Koloniebildung und die Ausbreitungsmuster beeinflussen.
Koloniebildung und Ausbreitung
Während des Winters schließen sich die nordamerikanischen Monarchen zu Gruppen zusammen und bedecken Baumstämme und Äste vollständig. Ein Wissenschaftler beschreibt vier typische Phasen der Kolonieentwicklung an Standorten in Mexiko: Rekrutierung und Konsolidierung, Gruppenbildung und Verdichtung, Expansion sowie Paarung und Ausbreitung. Zunächst besiedeln die Monarchen mehrere lokale Lebensräume, verlassen aber viele von ihnen Ende November und schließen sich nahe gelegenen Kolonien an. Vor der Ausbreitung werden viele Monarchen fortpflanzungsfähig, und die Kolonien sind in der Regel voll von sich paarenden Paaren.
Mikroklimatische Bedingungen in den Überwinterungsgebieten
Monarchen wandern in bestimmte Überwinterungsgebiete, weil sie bestimmte Umweltbedingungen benötigen, um den Winter zu überleben. Das Überleben der Monarchen im mexikanischen Winter, von November bis März, hängt von einem empfindlichen Gleichgewicht zwischen makro- und mikroklimatischen Faktoren ab, die die Oyamel-Wälder innerhalb des Reservats kennzeichnen Hohe Luftfeuchtigkeit und Temperaturen zwischen 3ºC und 18ºC kennzeichnen diese Wälder, und mehrere Studien (1999), haben gezeigt, dass ein intaktes Waldökosystem das Überleben im Winter fördert.
Schmetterlinge in lichten Wäldern neigen dazu, bei Winterstürmen nass zu werden, und nasse Monarchen können extrem kalte Temperaturen, wie sie während der Stürme von 2002 und 2004 auftraten, nicht überleben. Darüber hinaus wird es in lichten Wäldern nachts kälter, weil die Wärme leichter entweicht. Daher dient ein intakter Wald als Regenschirm, der die Schmetterlinge bei Winterstürmen vor Schnee und Regen schützt, und als Decke, die sie vor dem Erfrieren bewahrt
Jüngste Modellversuche zeigen, dass die Lebensräume, in denen Monarchen bevorzugt überwintern, vier Merkmale aufweisen: 1) große Höhenlage (die meisten Koloniestandorte befinden sich in Höhen über 2.890 m); 2) Nähe zu Wasserläufen (die meisten Standorte sind weniger als 400 m von permanenten oder temporären Wasserläufen entfernt); 3) mäßig steile Hänge (zwischen 23° und 26°); und 4) Süd- bis Südwestausrichtung. In den meisten Fällen sind diese Bedingungen in Ojamel-Wäldern gegeben, aber auch unterhalb dieser Wälder gibt es Koloniestandorte, vor allem weil die Schmetterlinge im Frühjahr in niedrigere Höhenlagen ziehen (im Falle von Mischwäldern)
Sterblichkeit im Winter
Die Monarchen in den Überwinterungsgebieten in Mexiko und Kalifornien sind zahlreichen Bedrohungen ausgesetzt. Die Zerstörung der Wälder und die sich daraus ergebenden Veränderungen der klimatischen Bedingungen, Raubtiere wie Vögel und Ratten, Hunger, Austrocknung und Erfrierung sind wichtige Ursachen für die Sterblichkeit. Obwohl die Monarchen durch die Cardenolide, die sie im Larvenstadium aus den von ihnen verzehrten Asclepias gewinnen, vor Wirbeltierfressern geschützt sind, kann jede Konzentration potenzieller Beutetiere dieser Größe dazu führen, dass sich die
Räuber so weit entwickeln, dass sie ihre Abwehrkräfte überwältigen
Der Raub durch Vögel ist eine wichtige Ursache für die Wintersterblichkeit, wobei die Raten in den verschiedenen untersuchten Kolonien zwischen 1 und 18 % und in den anderen untersuchten Kolonien zwischen 7 und 44 % liegen. Die beiden wichtigsten Raubtiere unter den Sperlingsvögeln ist der Eisvogel (Pheucticus melanocephalus) und die Stechmücken (Icterus abeillei). Der Eisvogel verzehrt den gesamten Bauch der Monarchen, der reich an Fett ist, und verträgt die unter dem Exoskelett eingelagerten Cardenolidgifte irgendwie. Die Verderber öffnen den Hinterleib mit ihren scharfen Schnäbeln und entfernen den Inhalt des Hinterleibs und des Brustkorbs mit ihren Zungen, wodurch die Giftstoffe abgeleitet werden. Mindestens fünf Rattenarten, von denen die bedeutendste die Peromyscus melanotis die bekannteste ist, ernähren sich von Schmetterlingen, die zu Boden fallen.
Extreme Witterungsbedingungen, wie sie durch Winterregen und Schneestürme verursacht werden, können auch Monarchen in den Winterquartieren töten. So hat beispielsweise die starke Kälte, die nach einer längeren Periode mit bewölktem und nassem Wetter Anfang 1992 auftrat, möglicherweise bis zu 80 % der Monarchen in mehreren Überwinterungskolonien getötet. Leider sagen Modelle des globalen Klimawandels für die kommenden Jahrzehnte mehr Niederschläge in diesen Gebieten voraus, was darauf hindeutet, dass diese Art von Winterstürmen häufiger werden könnte.
Obwohl es keine Unterlagen über die Auswirkungen extrem trockener Jahre auf das Überleben der Monarchen gibt, lässt die Tatsache, dass die Tiere häufig dabei beobachtet werden, wie sie Wasser vom Tau auf Pflanzen, aus Bächen oder vom feuchten Boden trinken, vermuten, dass ein Mangel an Feuchtigkeit die Sterblichkeit erhöhen würde. Auch über die Faktoren, die das Risiko des Verhungerns erhöhen, ist wenig bekannt. Da die Monarchen während der Überwinterung nur wenig Nahrung zu sich nehmen, ist es möglich, dass sie unter Bedingungen, die den Stoffwechsel beschleunigen, wie hohe Lufttemperaturen, oder wenn sie im Larvenstadium nicht genügend Nahrung aufnehmen können, eher verhungern.
Walddynamik und Erhaltung von Überwinterungsgebieten.
Die Überwinterungsgebiete in Mexiko wurden 1986 durch ein Dekret des Präsidenten als Schutzgebiete ausgewiesen. Obwohl dies ein wichtiger erster Schritt war, wurden durch das Dekret nicht alle bedeutenden Überwinterungsgebiete geschützt, es gab keine Entschädigung für Landbesitzer, die unter den auferlegten Beschränkungen litten, und es wurden keine wirksamen wirtschaftlichen Alternativen zu den bisherigen Lebensgrundlagen (wie Landwirtschaft und Holzeinschlag) angeboten.
Ein Konsortium aus Geographen, Monarchbiologen und mexikanischen Regierungsbeamten führte eine GIS-Analyse (Geographic Information System) der Abholzung zwischen 1971 und 1999 durch. Diese Analyse ergab, dass 44 % der 1971 vorhandenen hochwertigen Wälder degradiert und fragmentiert worden waren, was zu einer geringeren Qualität der Wälder für überwinternde Monarchen führte
Im Jahr 1998 kam eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern und Gesetzgebern zusammen, um das Schutzgebiet neu zu definieren und einige der Probleme mit dem ursprünglichen Erlass zu erörtern. Missrie (2004) beschrieb den vierjährigen Prozess, der zu einem neuen Präsidialdekret führte und den Schutz der Überwinterungsgebiete verbesserte.
Die Grenzen des erweiterten Schutzgebiets wurden auf der Grundlage von Modellen festgelegt, die auf den aktuellen Erkenntnissen über die biologischen Anforderungen der Monarchen während des Winters basieren. Das neue Schutzgebiet schützt ein zusammenhängendes Gebiet und nicht mehr die einzelnen „Inseln“, die unter dem alten Erlass geschützt waren Wie bei allen Naturschutzgesetzen gilt jedoch auch hier, dass ihre Wirksamkeit von der Einhaltung der Rechtsvorschriften abhängt und dass die Abholzungsaktivitäten und die Waldzerstörung Bedrohungen für das Überleben, trotz seiner unglaublichen Fähigkeit zu wandern. weiterhin stattfinden.
Bedrohungen für das Überleben
Neben der Gefahr, sich vor Raubtieren zu schützen, ist der Monarchfalter weiteren Bedrohungen ausgesetzt. Der Verlust von Lebensraum durch Abholzung und den Einsatz von Herbiziden, welche die Asclepias zerstören, hat zu einem erheblichen Rückgang der Monarchpopulation geführt. Es gibt jedoch Bemühungen, diese ikonische Art zu schützen und zu erhalten.