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Neuartige Software misst, sortiert und analysiert Fotos von Schmetterlingen in kürzester Zeit
Das Fangen und Sammeln von Schmetterlingen im tropischen Regenwald ist eine kräftezehrende 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-Universität 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“ veröffentlicht. Der Beitrag trägt den Titel „LEPY: A Python pipeline for automated trait extraction from standardised Lepidoptera images“.
Von Hand messen wäre eine Mammutaufgabe
Prinzipiell könnten die Falter per Hand vermessen und analysiert werden, sagt Dr. Gunnar Brehm, auf dessen Idee hin die Software entwickelt wurde. Allein die große 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 außergewöhnlich wertvoll mache, sagt Brehm. Unterschieden werden die Tiere unter anderem nach ihrer Größe und Färbung ihrer Muster. Insgesamt schätzen 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 Universität Jena die technische Seite des neuen Programms entwickelt. Gunnar Brehm, Yenny Correa-Carmona und Dennis Böttger stellten Material und Fragestellungen bereit und testeten die Daten. Brehm spricht von einer produktiven Kooperation über Fachgrenzen hinweg. Die präparierten Falter werden zuerst mit ausgestreckten Flügeln in einer speziellen Vorrichtung fotografiert, die auch Aufnahmen im UV-Bereich ermöglicht. LEPY extrahiert dann aus dem Foto die Umrisse des Falters und berechnet automatisiert die Länge der Flügel, die Körperlänge und -breite sowie den Flächeninhalt der Flügel. Außerdem erstellt der Algorithmus Farbhistogramme der Tiere und berücksichtigt auch UV-Aufnahmen. „Wie Vögel, die wichtigsten Fressfeinde der Falter, sehen auch Insekten im UV-Bereich“, sagt Brehm. Für die Wissenschaftler gebe LEPY eine neue objektive Möglichkeit, die Tiere voneinander zu unterscheiden.
Das System hilft, die Biodiversität 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 Biodiversität zu überwachen, globale Merkmalsdatenbanken aufzubauen und ökologische Zusammenhänge besser zu verstehen.“ Schon jetzt sei erkennbar, dass der durch den Klimawandel bedingte Temperaturanstieg im tropischen Tiefland die Falter zum Ausweichen in höhere Lagen zwingt. Wo Berge allerdings fehlen, drohen zahlreiche Arten auszusterben. Mit LEPY gewonnene Daten zeigen, dass Arten, die höhere Regionen besiedeln, im Durchschnitt größer sind. Das könnte mit den besonderen Bedingungen in höheren Lagen zusammenhängen, etwa dünnerer Luft, die eine größere Flugmuskulatur erfordert, sagt Brehm. Tendenziell nehmen die Farbigkeit und der Kontrast der Falter in Höhenlagen ab. Eine Erklärung dafür ist das Fehlen geeigneter Nahrungspflanzen für die Raupen und fehlende Hautflügler, deren Aussehen die Falter sonst nachahmen, um Fressfeinde zu verwirren.
Dr. Gunnar Brehm
Institut für Zoologie und Evolutionsforschung der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Erbertstraße 1, 07743 Jena
Telefon: 03641 / 949184
E-Mail: gunnar.brehm@uni-jena.de
Yenny Correa-Carmona, Dennis Böttger, Dimitri Korsch, Kim L. Holzmann, Pedro Alonso-Alonso, Andrea Pinos, Felipe Yon, Alexander Keller, Ingolf Steffan-Dewenter, Paul Bodesheim, Marcell K. Peters, Gunnar Brehm: LEPY: A Python pipeline for automated trait extraction from standardised Lepidoptera images, Ecological Informatics, https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2026.103680
Ein präparierter Falter aus der Familie der Schwärmer (Sphingidae).
Source: Foto: Gunnar Brehm/Uni Jena
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Biology, Environment / ecology, Information technology
regional
Research results, Scientific Publications
German
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