Artenbestimmung von Schmetterlinge über Genitaluntersuchung

Bis vor wenigen Jahrzehnten erfolgte die Artbestimmung bei den Schmetterlingen allein nach den äußeren Merkmalen, wie Größe und Form, Farbe und Zeichnung, Fühlerbau und anderen feinen Eigenheiten.

Es gibt aber eine ganze Anzahl von Arten, deren Falter sich so ähnlich sehen, dass eine Bestimmung allein nach den Merkmalen der Imagines sehr schwierig oder gar unmöglich ist, obwohl sich diese Arten oft nach den Raupen und deren Futterpflanzen, nach Lebensweise, Flugzeit und anderen biologischen Gegebenheiten klar trennen lassen. Durch die Genitaluntersuchung, die Einbeziehung der Kopulationsorgane in die Bestimmung, lässt sich diese Schwierigkeit meist überwinden.

Da sich die Kopulationsorgane der Falter von Art zu Art im allgemeinen deutlich unterscheiden und außerdem innerhalb der Art im Gegensatz zu anderen Merkmalen nur einer ganz geringen Variationsbreite unterliegen, findet ihre Untersuchung und diagnostische Wertung immer mehr Anwendung bei der Artbestimmung. Darüber hinaus ergeben sich aus dem Bau der Kopulationsorgane bei vergleichenden Studien oft neue Erkenntnisse bezüglich der systematischen Einreihung mancher Arten. Heute gehört deshalb die Genitaluntersuchung zum notwendigen Rüstzeug des wissenschaftlich arbeitenden Entomologen.

Mit dem Begriff Genitalapparat (kurz: Genitale) werden die am Körperende befindlichen Chitingebilde zusammengefasst, die während der Kopulation zum gegenseitigen Festhalten von Männchen und Weibchen dienen.

Untersuchung der Genitalien ohne Präparation
Bei einiger Übung und Erfahrung ist es in vielen Fällen möglich, die artspezifischen Merkmale - beim Männchen am Uncus und an den Valven, beim Weibchen an der Umgebung der Begattungsöffnung - ohne Abtrennung des Leibesendes und ohne dessen Präparation zu erkennen.

Mit einem feinen Pinsel wird das Ende des Hinterleibes von Haaren und Schuppen befreit, soweit es eben nötig ist. Mittels einer Lupe (12-, 16- oder 20fache Vergrößerung) wird dann die Untersuchung vorgenommen. In diesen Fällen muss man natürlich vorher wissen, was jeweils am Genitale festzustellen ist. Es wird sich also vorwiegend um Arten handeln, über deren Genitalbau in der Literatur Hinweise zu finden sind (meist mit sehr instruktiven Zeichnungen). In allen anderen Fällen muss das Genitale herauspräpariert werden.

 

 

Präparation der Genitalien

Abtrennung des Genitalteiles
Bei noch nicht erhärteten, spannweichen männlichen Faltern wird das Genitale mit einer spitzen Pinzette herausgedrückt und anschließend aus dem Abdomen herausgezogen. Darauf müssen die Muskelstränge, die das Genitale mit dem Hinterleib verbinden, mit einer spitzen Schere (Nagelschere) getrennt werden. Beim Weibchen ist diese Manipulation nur bei einigen wenigen Gruppen möglich (wie Zygaena), verlangt einige Übung und erfolgt zweckmäßigerweise unter einer guten Lupe, oder, was vorteilhafter ist, unter einem binokularen Präpariermikroskop.

Sind die Schmetterlinge trocken (präpariert, genadelt oder in Tüten), so werden beim Männchen die Hälfte, beim Weibchen zwei Drittel des Hinterleibs mit einer spitzen, scharfen Schere abgeschnitten, bei letzterem deshalb so viel mehr, weil sich die Bursa copulatrix oft weit in das Abdomen erstreckt. In manchen Fällen, besonders bei größeren Faltern, empfiehlt es sich, das Abdomen abzubrechen, aufzuweichen und erst dann zu zerschneiden. Bei reichlicher Übung wird es gelingen, den Hinterleib in der Weichglocke so zu erweichen, dass sich das Genitale wie bei frischen Faltern herausziehen und abschneiden lässt. Das restliche Abdomenteil wird nach völliger Austrocknung wieder am Thorax angeklebt.

Bereits nach dieser Manipulation beginnt die Gefahr der Verwechslung. Deswegen erhaken Falter und dessen abgetrennter Teil sofort die gleiche Nummer, die einmal an der Falternadel befestigt wird, zum anderen bei den weiteren Präparationsgängen mit dem Genitale wandert. Außerdem werden alle Genitalpräparationen in einem Heft vermerkt.

Mazeration
Zur Ablösung der Muskel- und Fetteile von den chitinisierten Genitalorganen wird 5- bis 15prozentige Kali- oder Natronlauge verwendet.

Der zu wählende Prozentsatz ist der Robustheit oder Zartheit des jeweiligen Objektes anzupassen und ergibt sich im Laufe der Zeit aus der Erfahrung.

Es gibt zwei Verfahren zur Mazeration:

  1. Das Genitalteil bleibt je nach Größe bis 24 Stunden in einem mit etwas Lauge gefüllten Reagenzglas. In den meisten Fällen werden die Weichteile innerhalb dieser Zeit aufgelöst sein. Ist das nicht der Fall, muss das Genitalteil noch länger in der Lauge verbleiben.
  2. Das Genitalteil wird in einem Reagenzglas mit Lauge ein- bis zweimal je etwa 3 bis 5 Minuten lang gekocht. Die Dauer richtet sich wiederum nach der Robustheit des Objekts. In den meisten Fällen, besonders bei kleinen Arten, genügt ein kurzes Aufkochen.

Das Kochen der Lauge verlangt Vorsichtsmaßnahmen, da diese dabei "stößt" und die Spritzer Haut und Kleidung ätzen (Augen besonders gefährdet!). Deswegen verwende man beim Kochen einen hölzernen Reagenzglashalter, richte die Öffnung des Glases stets von sich weg und schüttle stark, was das Aufbrausen verringert. Ein lockerer Bausch von Zellstoff im Reagenzglas fängt Spritzer auf. Das Mitkochen eines Zündholzes vermindert das Stoßen der Lauge.

Es ist selbstverständlich, dass zur Vermeidung von Verwechslungen jeweils nur ein Objekt behandelt wird.

Wässerung und Präparation
Nach der Mazeration wird das Objekt mittels Pinzette der abgekühlten Lauge entnommen, in eine kleine Schale mit Wasser gelegt und in dieser mehrmals hin- und herbewegt, um noch anhaftende Lauge zu entfernen. Bei größeren Genitalarmaturen können bereits in diesem Schälchen die chitinisierten Teile von dem erweichten Muskel- und Fettgewebe getrennt werden (2 Präpariernadeln verwenden). Dann wird mit einem Pinsel das Genitale abgebürstet, bis es völlig sauber ist. Nun erst werden die Valven gebreitet und der Aedoeagus nach vorn oder hinten herausgezogen, wie es bei der Probe sich eben am leichtesten ergibt. Alle diese Vorgänge müssen unter Wasser erfolgen. Eine Präparierlupe mit biegsamem Ständer erleichtert die Arbeit wesentlich. Die Beweglichkeit der Valven ist Maßstab für die Weichheit des Präparates. Genügt diese nicht, muss der Kochprozess kurz wiederholt werden.

Bei mittelgroßen und kleinen Genitalapparaturen müssen die geschilderten Manipulationen unter einer starken Lupe, einem schwach vergrößernden Mikroskop oder, was besonders bei den weiblichen Genitalien am günstigsten ist, unter einem Binokular vorgenommen werden. Auf einen Objektträger werden einige Tropfen Wasser gebracht, in diese das Objekt gelegt und darin die Präparation vorgenommen. Dann wird das Genitale nochmals mit Wasser abgespült und auf dem gereinigten Objektträger wiederum in einen Wassertropfen gebettet. Dabei auftretende Luftblasen lassen sich meist mit einer Präpariernadel entfernen. In Wasser bleibt das Genitale weich und in natürlicher Form erhalten, was bei vielen sehr kleinen Arten, z. B. der Gattung Sterrha, von größter Wichtigkeit ist.

Färbung
Durch die Behandlung in der Lauge werden oft insbesondere zarte Präparate zu stark aufgehellt. In solchen Fällen empfiehlt sich eine Färbung des Genitials. Fuchsin, Kongo-Rot, Eosin oder Mercurochrom wird in 50- bis 70prozentigem Alkohol (Äthanol) bzw. in Wasser gelöst. Die Farbdosierung bestimmt sich aus der Erfahrung. Ein Farbanteil von 2 bis 3 Prozent genügt meistens. In dieser Lösung verbleibt das Präparat, bis es überfärbt ist, also etwa 5 bis 10 Minuten lang. Anschließend erfolgt ein Bad von 10 bis 15 Minuten in 70prozentigem Alkohol, durch das die überschüssige Farbe herausgewaschen wird.

Auswertung der Präparate
Nunmehr kann die Untersuchung und diagnostische Wertung erfolgen. Erst damit beginnt die wissenschaftliche Arbeit. Handelt es sich allein darum, solche Arten richtig zu bestimmen, die nur am Genitale unterscheidbar sind, so genügt der Vergleich mit den in der Literatur enthaltenen Abbildungen. Dazu gehört allerdings einige Übung. Anders liegen die Dinge bei bisher noch nicht untersuchten Genitalarmaturen, bei erstmaligem Vergleichen (z. B. auch bei sogenannten Rassen) oder bei neuentdeckten Arten. In diesen Fällen handelt es sich darum, Bau und Form möglichst naturgetreu festzuhalten. Das ist mit Worten erfahrungsgemäß nur schwer möglich. Es bleibt die Zeichnung, die mit Zeichenspiegel oder -prisma vorgenommen werden kann. Das gelingt bei einiger Übung und bei Liebe zur Sache auch dem, der kein Zeichentalent besitzt! Das gleiche Ergebnis lässt sich aber auch mit Hilfe der modernen Fotografie erzielen.

Aufbewahrung der Präparate
In den meisten Fällen wird es zweckmäßig sein, das nach vorstehender Anweisung behandelte Präparat, nachdem es wissenschaftlich ausgewertet wurde, auf einem kleinen weißen Kartonblättchen von etwa 14 x 5 mm (Aufklebeplättchen für Käfer) mit etwas wasserlöslichem Leim aufzukleben. Der Leim muss wasserlöslich sein, damit im Bedarfsfalle das Genitale leicht abgelöst werden kann, um es von allen Seiten betrachten und gegebenenfalls nachprüfen zu können. Dieses Plättchen mit dem Präparat kommt an die Nadel des dazu gehörenden Schmetterlings. Außerdem wird ein Determinationszettel beigefügt, der neben dem ermittelten Artnamen Angaben über Geschlecht, Untersuchungsnummer und den Namen des Ausführenden trägt. Dieses Verfahren hat den sehr beachtlichen Vorteil, dass der Schmetterling und seine präparierte Genitalarmatur vereint bleiben.

Anfertigung von Dauerpräparaten
Das Verfahren bedingt, dass dem Präparat vorerst sämtliches Wasser entzogen wird. Das wird durch Bäder in der Alkoholreihe erzielt. Dabei erfolgt gleichzeitig eine Härtung des Chitins.

Folgende Methode hat sich bewährt:

Nachdem das Genitale auf einem Objektträger im Wasser mit Pinzette und Präpariernadel in die endgültig gewünschte Form gebracht ist, wird ein Deckgläschen aufgelegt, an dessen einer Seite Löschpapier oder Zellstoff bei richtigem Anlegen langsam das Wasser heraussaugt. Dabei lässt man gleichzeitig von der anderen Seite mittels einer Pipette 70%-igen Alkohol nachfließen. Dadurch wird vermieden, dass das Präparat mit der Luft in Berührung kommt. Nach etwa 20 Minuten Alkoholeinwirkung ist das Präparat vorgehärtet.

Anschließend ist es nötig, das Genitale in einem kleinen Glasschälchen durch die Alkoholreihe wandern zu lassen. Hierzu sind reiner Alkohol (Äthanol), denaturierter Alkohol (Brennspiritus oder mit Benzin vergälltes Äthanol) oder Optal geeignet. Man beginnt mit etwa 70%-igem , lässt 8O%-igen folgen und endet mit etwa 90%-igem Alkohol. In den ersten beiden Stufen verbleibt das Präparat mindestens je 15 Minuten, in der letzten Stufe einige Stunden. Manche Bearbeiter lassen die mittlere Stufe (8O%-ig) weg und verkürzen etwas die genannten Zeiten. Der Alkoholwechsel wird mittels einer Pipette vorgenommen, um das Berühren der Armatur zu vermeiden.

Im Anschluss daran wird das Genitale etwa 15 Minuten lang in Xylol gebadet, wodurch es endgültig gehärtet und zugleich schön durchsichtig wird. Trübt sich das Xylol, dann war die Entwässerung nicht vollständig und muss wiederholt werden.

Für dieses Bad kann eben so gut auch Nelkenöl verwendet werden, das den Vorteil hat, dass es sich bei Anwesenheit von geringen Wasserspuren nicht trübt. Bei all diesen Manipulationen (Pipette!) ist peinlich darauf zu achten, dass der Aedoeagus nicht verloren geht.

Damit sind die vorbereitenden Arbeiten beendet. Das Präparat kann nun eingebettet werden. Mittels Pinzette wird es dem Xylol bzw. dem Nelkenöl entnommen und kurz (!) auf Filterpapier oder Zellstoff getupft. Dann wird es in die Mitte eines mehr oder weniger großen Tropfens Kanadabalsam (oder Caedax, Durobalsam, Euparal o. ä.) gelegt, der vorher in die Mitte eines sauberen und trockenen Objektträgers gebracht wurde. Der Aedoeagus wird ebenfalls in den Tropfen Balsam eingebracht. Bei dieser Arbeit muss das Einbringen von Luftblasen vermieden werden. Das Ganze wird mit einem Deckgläschen zugedeckt:

Der Balsamtropfen soll so groß sein, dass der Raum zwischen Objektträger und Deckglas vollständig ausgefüllt ist. Eine fehlende Menge kann man vom Rande her nachfließen lassen. Am Rande des Deckglases hervorquellender Balsam wird nach mehrmonatiger Trocknung mit einem spitzen Messer oder mit einer Rasierklinge vorsichtig abgeschabt. Ist das Genitale zu dick (hoch), so werden vorher unter die vier Ecken des Deckglases mit Balsam Glassplitter geklebt, die sich durch feines Zerbrechen eines solchen Glases leicht gewinnen lassen. Das so fertiggestellte Präparat muss waagerecht und staubfrei etwa 10 bis 14 Tage antrocknen. Die endgültige Austrocknung dauert einige Monate.

Auf den freien Teil des Objektträgers wird ein wie unter Punkt 6 angegebener Determinationszettel aufgeklebt. Die Präparate werden in den handelsüblichen Kästen aufbewahrt.

Der Nachteil dieses Verfahrens ist die unvermeidbare Trennung des Falters und des dazugehörenden Genitalpräparates. Diesem Übelstand lässt sich nach einer anderen Methode abhelfen: Bei kleineren Genitalien - bis etwa zu denen mittelgroßer Eulenfalter - wird an Stelle des Objektträgers ein Deckgläschen als Unterlage verwendet. Darauf kommt der Balsamtropfen, und das weitere erfolgt wie geschildert. Zum Zudecken wird aber nur ein kleines (rundes oder quadratisches) Deckgläschen von etwa 15 mm Durchmesser bzw. Kantenlänge benutzt. Ist dieses kleine Präparat hinreichend angetrocknet, wird es mit einem maßgerecht zugeschnittenen, gefalzten Stück Klebband (Papier) umklebt, das jedoch genau dort gelocht ist (Aktenlocher), wo sich das Genitale eingebettet befindet. Darunter wird der bereits erwähnte Determinationszettel geklebt. Das Ganze kann mühelos an der Nadel des dazugehörenden Falters befestigt werden und steht außerdem sofort zu Untersuchungen unter Mikroskop oder Binokular zur Verfügung.

Bei der Einbettung besteht in allen Fällen die Gefahr, dass Einzelteile (Aedoeagus) von dem Balsam verdrückt werden und unter den Rand des Deckglases geraten. Das lässt sich vermeiden, indem um solche Einzelteile in dem Balsamtropfen Glassplitterchen gelegt werden, die ein Entweichen verhindern, jedoch im mikroskopischen Bild nicht mehr sichtbar sind.

Ein vereinfachtes Verfahren für kleine Objekte empfiehlt Dr. Gerrit Friese, Eberswalde-Finow:

Nach der Mazeration (Punkt 2) und der Säuberung wird das Objekt in ein Glasröhrchen mit gesättigter Lösung von Phenol-Chloralhydrat überführt. Diese Lösung neutralisiert die Lauge, so dass sich ein Auswaschen mit Wasser erübrigt, und hellt außerdem das Objekt etwas auf. Nach 1/2 bis 2 Stunden bei 50 °C (Thermostat) oder nach 3 bis 5 Stunden bei Zimmertemperatur ist das Objekt völlig durchtränkt. Gelegentliches leichtes Schütteln beschleunigt den Vorgang. Nunmehr wird das Genitale aus der Phenol-Chloralhydrat-Lösung auf einen Objektträger in einen Tropfen Beriese-Gemisch gebracht.

Dr. Friese verwendet folgendes Beriese-Gemisch:

  • 30g Gummi arabicum (rein, möglichst feste, klare Stücke)
  • 50g Chloralhydrat
  • 20g Glyzerin
  • 50g destilliertes Wasser

Nach Auflage des Deckglases erfolgt die Trocknung vorteilhaft in einem Trockenschrank 8 bis 14 Tage lang. Dabei muss der Objektträger waagerecht liegen, um Verschiebung des Präparates oder Auslaufen der Einbettungsflüssigkeit zu vermeiden. Nach 3 bis 4 Wochen werden überstehende Reste des Beriese-Gemisches entfernt. Um das Deckglas wird mit einem dünnen Pinsel ein Lack (in Terpentinöl gelöster Leinöllack) so aufgetragen, dass das Einschlussmittel luftdicht abgeschlossen ist.

Bei diesem Verfahren entfallen das Auswaschen der Kalilauge mit Wasser und die Entwässerung durch die Alkoholreihe, damit zugleich der Härtungsprozess, durch den die Präparation erschwert wird.

Die geschilderten Verfahren erscheinen kompliziert, sie lassen sich aber nicht einfacher darstellen. Wer sich einmal damit ernsthaft beschäftigt, wird bald feststellen, dass alles nach einiger Übung an häufigeren und größeren Arten recht einfach ist. Diese Ausführungen sollen nur die prinzipiellen Vorgänge darstellen. Nach entsprechender Erfahrung entwickelt jeder seine eigene Methode.

Dem Liebhaber bieten die Genitaluntersuchungen bei Schmetterlingen ein auf lange Sicht unbegrenztes Arbeitsgebiet. Es unterliegt keinem Zweifel, dass noch viele Zusammenhänge systematischer Art der Entdeckung harren, wie die Vereinigung bisher als selbständig angesehener Arten oder die Trennung bisher als einheitlich betrachteter in mehrere neue Arten.