Das Fangen und Sammeln von Schmetterlingen im tropischen Regenwald ist eine kr?ftezehrende Angelegenheit. Noch weit mühseliger ist jedoch die wissenschaftliche Auswertung der gesammelten Exemplare, die einzeln in Augenschein genommen und per Hand vermessen werden.

Ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena hat jetzt eine Software entwickelt, die viele der Schritte zur Analyse der Merkmale von Schmetterlingen (Lepidoptera) automatisiert. Die Ergebnisse des Teams aus Biologie und Informatik wurden im Magazin ?Ecological Informatics? ver?ffentlicht. Der Beitrag tr?gt den Titel ?LEPY: A Python pipeline for automated trait extraction from standardised Lepidoptera images?.

Von Hand messen w?re eine Mammutaufgabe

Prinzipiell k?nnten die Falter per Hand vermessen und analysiert werden, sagt Dr. Gunnar Brehm, auf dessen Idee hin die Software entwickelt wurde. Allein die gro?e Zahl der Tiere würde das jedoch zu einer Mammutaufgabe machen: In den Anden von Peru, wo Doktorandin Yenny Correa-Carmona Feldforschung betreibt, wurden bereits Tausende Falter gesammelt, um die Auswirkungen des Klimawandels auf die extrem artenreichen Insektengemeinschaften zu untersuchen.

Darunter seien etwa 1.000 bisher noch nicht wissenschaftlich beschriebene Arten, was das Material wissenschaftlich au?ergew?hnlich wertvoll mache, sagt Brehm. Unterschieden werden die Tiere unter anderem nach ihrer Gr??e und F?rbung ihrer Muster. Insgesamt sch?tzen Experten die Zahl aller Schmetterlinge der Welt auf rund 180.000 bekannte Arten. Sie werden in Tag- und Nachtfalter unterteilt, wobei die nachtaktiven Falter mit etwa 160.000 Arten bei weitem überwiegen.

Produktive Kooperation über Fachgrenzen hinweg

Das Kürzel ?LEPY? steht für Lepidoptera, also Schmetterlinge, und Python, eine bekannte Programmiersprache. Der Informatiker Dimitri Korsch hat mit Unterstützung von Dr. Paul Bodesheim von der Universit?t Jena die technische Seite des neuen Programms entwickelt. Gunnar Brehm, Yenny Correa-Carmona und Dennis B?ttger stellten Material und Fragestellungen bereit und testeten die Daten. Brehm spricht von einer produktiven Kooperation über Fachgrenzen hinweg.

Die pr?parierten Falter werden zuerst mit ausgestreckten Flügeln in einer speziellen Vorrichtung fotografiert, die auch Aufnahmen im UV-Bereich erm?glicht. LEPY extrahiert dann aus dem Foto die Umrisse des Falters und berechnet automatisiert die L?nge der Flügel, die K?rperl?nge und -breite sowie den Fl?cheninhalt der Flügel. Au?erdem erstellt der Algorithmus Farbhistogramme der Tiere und berücksichtigt auch UV-Aufnahmen. ?Wie V?gel, die wichtigsten Fressfeinde der Falter, sehen auch Insekten im UV-Bereich?, sagt Brehm. Für die Wissenschaftler gebe LEPY eine neue objektive M?glichkeit, die Tiere voneinander zu unterscheiden.

Das System hilft, die Biodiversit?t zu überwachen

Das neu entwickelte System steht Forscherinnen und Forschern weltweit zur Verfügung, sagt Brehm. Die von LEPY gelieferten Ergebnisse sind ein wichtiger Beitrag, um aktuelle Forschungsfragen zu beantworten. ?Das System hilft uns, die Biodiversit?t zu überwachen, globale Merkmalsdatenbanken aufzubauen und ?kologische Zusammenh?nge besser zu verstehen.? Schon jetzt sei erkennbar, dass der durch den Klimawandel bedingte Temperaturanstieg im tropischen Tiefland die Falter zum Ausweichen in h?here Lagen zwingt. Wo Berge allerdings fehlen, drohen zahlreiche Arten auszusterben.

Mit LEPY gewonnene Daten zeigen, dass Arten, die h?here Regionen besiedeln, im Durchschnitt gr??er sind. Das k?nnte mit den besonderen Bedingungen in h?heren Lagen zusammenh?ngen, etwa dünnerer Luft, die eine gr??ere Flugmuskulatur erfordert, sagt Brehm. Tendenziell nehmen die Farbigkeit und der Kontrast der Falter in H?henlagen ab. Eine Erkl?rung dafür ist das Fehlen geeigneter Nahrungspflanzen für die Raupen und fehlende Hautflügler, deren Aussehen die Falter sonst nachahmen, um Fressfeinde zu verwirren.