Miriam und der Monarch: Von einer Amateurwissenschaftlerin mit gewissen Vorzügen

Stefan Ungricht

Es dauerte ein Jahr, bis sich die sonst so selbstwusste Engländerin endlich ein Herz fasste und zur Füllfeder griff. Es war 1963 und der Adressat ihres Schreibens – Tadeus Reichstein – war Chemie-Professor und Nobelpreisträger für Physiologie. Sie selbst war elf Jahre jünger und hatte nie die Schule besucht. Reichstein antwortete ihr mit einem langen Brief, lud sie kurzerhand in die Schweiz ein und begann eine fruchtbare Zusammenarbeit, die eine neue Forschungsrichtung mitbegründen sollte. Der Name des Forschungsgegenstandes: Danaus plexippus—der Amerikanische Monarch. Der Name der Laienforscherin: Miriam Rothschild—adlige Biobäuerin und exzentrische Bankierstochter.

Veranlagungen und Erlebnisse können ein ganzes Leben prägen. Der vor zwei Jahren verstorbene ETH-Professor Klaus Apel gab offen zu, dass er nur deshalb Pflanzenwissenschaftler wurde, weil er eines Tages im Zoologie-Grundstudium das Sezieren eines Frosches kaum ertragen konnte. Miriam Rothschild war diesbezüglich aus einem ganz anderen Holz geschnitzt. Denn währenddem für den Akademiker Apel eine Frosch-Sektion am Ende seiner zoologischen Aspirationen stand, war eine solche überhaupt erst der Anlass für die vielseitig interessierte Autodidaktin Rothschild, sich definitiv der Zoologie zuzuwenden.

Zur Zoologin wird man geboren, nicht gemacht

Ihr kranker Vater war freiwillig aus dem Leben geschieden, als sie 15 Jahre alt war. Aufgrund dieses einschneidenden Ereignisses hatte sie sich von allen naturkundlichen Tätigkeiten abgewandt, die sie an ihren Vater und Mentor erinnerten. Als dann aber eines Tages ihr Bruder mit dem Auftrag einen Frosch zu sezieren nach Hause kam, war Miriam so fasziniert von dieser Arbeit, die ihr einen frischen Zugang zu den vielfältigen Aspekten des Lebens zu eröffnen schien, dass sie schliesslich den Weg zurück zur Zoologie fand.

Lange bevor der Ansatz so populär wurde, interessierte sie sich ganz besonders für interdisziplinäre Fragen. So war eines ihrer Lieblingsgebiete der meist nur stiefmütterlich behandelte Grenzbereich der (Veterinär-)Medizin und der Zoologie, die Parasitologie: Je komplexer der Lebenszyklus eines Parasiten, umso grösser ihre Faszination, ja Bewunderung für die beteiligten «Zahnräder» im Kreislauf des Lebens. In diesem Bereich blieb zweifellos ihr Vater zeitlebens das grosse Vorbild. Charles Rothschild war der weltweit führende Flohexperte gewesen und hatte etwa den Orientalischen Rattenfloh, der die Beulenpest auf den Menschen überträgt, entdeckt und beschrieben. Die wissenschaftlich bedeutsamsten Studien machte seine Tochter aber auf einem ganz anderen Gebiet. Durch ihre Versuche und die publizierten Fachartikel wurde sie zur einer Wegbereiterin für die nach dem Zweiten Weltkrieg entstehende Disziplin der ökologischen Chemie (aus der Sicht der Chemiker) beziehungsweise der chemischen Ökologie (aus der Sicht der Biologen).

Wie in der Biologie üblich, arbeitete man dabei oft mit Modellorganismen. Im Falle der chemischen Ökologie entpuppte sich der Monarchfalter als geeignetes Modell und wurde so zu einem Paradebeispiel für die untersuchten Phänomene. Dieser auffällige Schmetterling ist in den Vereinigten Staaten jedem Kind bekannt, und ist vielleicht eines der in der Bevölkerung populärsten Insekten überhaupt, sicherlich auch wegen dessen mythischen Herbst-Migration in wärmere Gefilde. Weniger als ein Gramm schwer, leisten diejenigen Tiere, die diese Wanderung durch den Kontinent überstehen, schier Unglaubliches.

Lang lebe die Monarchie

Für Zoologen war aber ein anderer Aspekt ihrer Biologie mindestens genauso faszinierend. Der Schmetterling ist eines der wenigen Insekten, dessen Larven (Raupen) sich von den giftigen Seidenpflanzen ernähren können. Viele Pflanzen entwickelten als chemische Verteidigung gegen Fressfeinde ein Arsenal an Giften—die Hundsgiftgewächse, zu welchen die Seidenpflanzen gehören, waren dabei besonders erfolgreich. In diesen Pflanzen werden organische Ringverbindungen wie Pyrrolizidinalalkaloide und Cardenolide gebildet. Im Laufe der Evolution gelang es den Monarchfaltern gegen diese Pflanzenabwehr resistent zu werden, und da der Konkurrenzdruck durch andere Herbivoren auf den Hundsgiftgewächsen gering ist, haben sich offenbar alle Arten innerhalb der Schmetterlingsunterfamilie der Danainae auf diese Pflanzengruppe spezialisiert.

Die naheliegende Frage, die sich Miriam Rothschild nun stellte, war, ob es den Raupen gelingt, die Pflanzengifte zu sequestrieren und für ihre eigenen Zwecke zu verwenden. Sie kontaktierte darum den Naturstoffchemiker Tadeus Reichstein, dessen Familie 1905 aus Polen nach Zürich geflüchtet war. Nach einer erfolgreichen Karriere an der ETH, war er einem Ruf an die Universität Basel gefolgt und hatte 1950 den Nobelpreis für die Analyse der Nebennierenhormone insbesondere von Cortison – wie die Cardenolide ein Steroid – erhalten. Nachdem Tausende von Raupen gezüchtet und in die Schweiz verfrachtet worden waren, konnte Reichstein schliesslich deren Inhaltsstoffe isolieren und tatsächlich zeigten die Analysen, dass Pflanzengifte in den Insekten angereichert werden. Mit anderen Worten, die Larven müssen nicht selbst eigene Gifte «de novo» synthetisieren, sondern greifen auf sekundäre Stoffwechselprodukte der Pflanzen zurück.

Die Welt der Insekten ist uns visuell ausgerichteten Menschen sehr fremd, da Insekten auch stark olfaktorisch orientiert sind und damit hervorragende chemische Geruchsorgane besitzen. So wurden etwa gewisse Pyrrolizidinalalkaloide der Pflanzen durch die Monarchfalter evolutiv zum Sexuallockstoff der erwachsenen Tiere umfunktioniert. Als besonders interessant haben sich aber insbesondere die Cardenolide herausgestellt, da diese eine weitere Stufe der Nahrungspyramide ins Spiel bringen. Denn auch Insekten haben ihrerseits Fressfeinde, vor allem viele Vogelarten haben es auf sie abgesehen. Und wie wir Menschen sind auch Vögel vornehmlich visuell orientiert.

Gebrannte Vögel

Neben Charles Darwin und Alfred Russel Wallace war Henry Walter Bates einer der grossen viktorianischen Naturforscher des 19. Jahrhunderts. Elf Jahre lang durchstreifte er mit einfachsten Mitteln das endlose Amazonasbecken und sammelte dabei eine für die damalige Zeit schier unvorstellbare Zahl an Insektenarten. Bekannt ist er heute aber in erster Linie für seine Beschreibung der Mimikry. Er postulierte dabei, dass sich Insektenarten im Laufe ihrer Evolution in ihrem Aussehen mit Vorteil ungeniessbaren Insekten anpassen, um dadurch einen Schutz vor Fressfeinden zu erlangen, da diese eine gewisse Lernfähigkeit besitzen und darum bittere oder gar giftige Beute nach einer ersten schlechten Erfahrung in Zukunft meiden.

Naheliegenderweise wurde der Monarchfalter damit auch zu einem Gegenstand in der Mimikry-Forschung, da tatsächlich verschiedene (oft bloss entfernt verwandte) Schmetterlingsarten dem Monarchen erstaunlich ähnlich sehen. Der Vizekönig-Falter war ein von Entomologen oft zitiertes Beispiel dafür. Chemische Analysen der Raupen und praktische Fütterungexperimente mit Vögeln zeigten dann aber, dass man sich offenbar getäuscht hatte. Die Resultate liessen aufhorchen, da bereits etwa hundert Jahre zuvor ein gewisser Fritz Müller vorausgesagt hatte, dass sich auch für mehrere giftige Modellarten eine Ähnlichkeit durchaus lohnen kann, ohne dass es in einem solchen System einen eigentlich geniessbaren Nutzniesser geben muss.

Miriam Rothschild und Fritz Müller lebten zu einer anderen Zeit und in einer anderen Welt. Die eine als vermögende Adlige auf einem eigenem Landsitz, der andere als bescheidener Auswanderer, der mit Kind und Kegel als Aussteiger in Brasilien ein Auskommen fand. Es gab aber auch frappierende Parallelen: Beide waren Atheisten und radikale Aktivisten für progressive Anliegen und beide waren wissenschaftliche Aussenseiter—wenn auch äussert gut vernetzte Aussenseiter. So korrespondierte Müller etwa intensiv mit Charles Darwin und wurde von diesem für seine Feldbeobachtungen aus den Tropen und die daraus abgeleiteten Ideen zur damals noch neuen Evolutionstheorie sehr geschätzt.

Der Krieg ist der Vater aller Dinge—besonders in der Natur

Eine kindliche, naive oder wohlstandsverwöhnte Betrachtung der «Mutter Natur» sieht vorab deren harmonische «Heile Welt»-Aspekte. Das sogenannte Gleichgewicht der Natur ist zu einem Klischee in unserer westlichen Gesellschaft geworden. Unter der Phrase «Balance of Nature» findet eine Internetsuchmaschine denn auch Millionen von Treffern. Das vermeintlich so friedliche Gleichgewicht hat aber durchaus auch eine kriegerische Seite. Eine nüchterne Betrachtung unterstreicht darum den ewigen artübergreifenden Rüstungswettlauf im Reich der Pflanzen und Tiere. Aber wie dies Miriam Rothschild stets vorlebte, kann dieser Blickwinkel die eigene Faszination für die Natur nur noch vergrössern.

Der hier präsentierte Modellfall des Monarchfalters auf Hundsgiftgewächsen gilt heute als ein naturwissenschaftliches Paradebeispiel für das evolutive Wettrüsten in der Natur. Dabei sollte aber nicht vergessen gehen, dass der Mensch bei weitem die erfolgreichste Spezies ist, wenn es um die Aneignung von Verteidigungschemikalien anderer Arten geht. Tatsächlich hat die Medizin ihren Ursprung in der Nutzbarmachung von verschiedensten Pflanzenverbindungen. Frühe Botaniker waren in erster Linie Ärzte.

Miriam Rothschild starb 2005 auf ihrem Familiengut, wo sie 96 Jahre zuvor schon geboren worden war. Obgleich längst an einen Rollstuhl gebunden, konnte dieser ihren Tatendrang bis zu ihrem Ende kaum einschränken. Sie hatte nie eine traditionelle Schulbildung genossen, aber im Verlaufe ihres Wirkens in ihrem Labor auf dem Land hat sie Ehrendoktorate von acht Universitäten erhalten und der 14-seitige Nachruf von der Royal Society in London endet mit einem Destillat ihres Wesens: «Dame Miriam was truly great—and a wonderful woman with a zest for life.». Neun Jahre zuvor hatte sie für die Royal Society selbst noch den Nachruf auf Tadeus Reichstein verfasst. Kein Pathos, stattdessen ein Rückblick mit einer kleinen Anekdote über das Verwehen von Zeit und Ruhm: «Recently at a dinner party, fourteen educated and well-informed guests were asked if any of them partook of vitamin C or had made use of cortisone. Of course! Fourteen hands were raised immediately—but not one of them had ever heard of a man by the name of Reichstein».

Sachbücher und Biografien

– Ackery, Philip R. & Vane-Wright, Richard I. (1984) Milkweed butterflies: Their cladistics and biology. British Museum (Natural History). 425 Seiten. [Zentralbibliothek Zürich]

– Agrawal, Anurag (2017) Monarchs and milkweeds: A migrating butterfly, a poisonous plant, and their remarkable story of coevolution. Princeton University Press. 283 Seiten. [Zentralbibliothek Zürich]

– Eisner, Thomas; Eisner, Maria & Siegler, Melody (2005) Secret weapons: Defenses of insects, spiders, scorpions, and other many-legged creatures. Belknap/Harvard University Press. 372 Seiten. [Zentralbibliothek Zürich]

– Forbes, Peter (2009) Dazzled and deceived: Mimicry and camouflage. Yale University Press. 283 Seiten. [ETH-Bibliothek]

– Harborne, Jeffrey B. (1993) Introduction to ecological biochemistry. 4. Auflage. Academic Press. 318 Seiten. [ETH-Bibliothek]

– Hargittai, Magdolna (2015) Woman scientists: Reflections, challenges, and breaking boundaries. Oxford University Press. 363 Seiten. [ETH-Bibliothek]

– Oberhauser, Karen S.; Nail, Kelly R. & Altizer, Sonia (Hrsg.)(2015) Monarchs in a changing world: Biology and conservation of an iconic butterfly. Cornell University Press. 321 Seiten. [Zentralbibliothek Zürich]

– Quicke, Donald L. J. (2017) Mimicry, crypsis, masquerade and other adaptive resemblances. Wiley Blackwell. 557 Seiten. [ETH-Bibliothek]

– Rothschild, Miriam & Clay, Theresa (1952) Fleas, flukes and cuckoos: A study of bird parasites. The New Naturalist/Collins. 304 Seiten. [ETH-Bibliothek]

– Wyder, Margrit (2015) Einstein & Co.: Nobelpreisträger in Zürich. Verlag Neue Zürcher Zeitung. 256 Seiten. [ETH-Bibliothek]

Downloads und Links

«Seven Wonders of the World» (BBC, 1995)

Video, Teil 1 (7:54)

Video, Teil 2 (9:03)

Video, Teil 3 (10:56)

«Dame Miriam Rothschild’s Contributions to Entomology» (Anurag Agrawal, 2013)

Video (28:34)