Warum jagen fliegende Insekten gerne dem Licht hinterher? Die Frage, die Wissenschaftler lange Zeit beschäftigt hat, hat eine Antwort!

Li Zhaoying

Nachts beobachten wir oft ein interessantes Phänomen: Motten und andere Insekten schwirren immer gerne um Lichtquellen herum. Manchmal sterben diese Insekten sogar daran. Tatsächlich gibt es schriftliche Aufzeichnungen aus der Zeit des Römischen Reiches um das Jahr 1 n. Chr., aus denen hervorgeht, dass die Menschen künstliches Licht zum Fangen von Insekten verwendeten. Doch den wahren Grund, warum Motten in Flammen fliegen, haben die Wissenschaftler nie herausgefunden.

Im Januar dieses Jahres verwendeten Forscher in einem neuen Artikel in der Zeitschrift Nature Communications hochauflösende Motion-Capture-Technologie, um eine neue Antwort auf dieses uralte Rätsel zu finden.

Einige Theorien aus der Vergangenheit <br /> Wissenschaftler haben viele Modelle vorgeschlagen, um dieses seltsame Verhalten von Insekten zu erklären. Zum Beispiel

●Eine frühe Theorie besagte, dass Insekten tatsächlich von der Wärmestrahlung der Lichtquelle angezogen wurden, nicht vom Licht selbst.
● Eine andere Ansicht ist, dass viele Insekten den Mond zur Navigation nutzen. Sie orientieren sich nachts am Mond, um ihre Flugrouten zu bestimmen, sodass sie nahegelegene Lichtquellen möglicherweise mit dem Mond verwechseln.
●Es wurde auch vermutet, dass dies mit einem Fluchtmechanismus zusammenhängt. Bei diesem Mechanismus können Insekten Licht mit Lücken in Blättern verwechseln. Sie fliegen auf das Licht zu, als wollten sie auf eine Lücke im Blattwerk zielen, um zu entkommen.
●Darüber hinaus gibt es Behauptungen, dass die empfindlichen, an die Nacht angepassten Augen von Insekten durch künstliche Lichtquellen ihre Fähigkeit zur Unterscheidung verlieren, was zu unregelmäßigem Flug oder sogar Abstürzen führt und sie in der Nähe der Lichtquelle gefangen hält.

Allerdings scheint jede dieser Theorien fehlerhaft zu sein. Der Grund für dieses weit verbreitete Phänomen war schon immer ein Rätsel.

Dem Licht ins Auge sehen

Eine endgültige Antwort auf diese Frage zu finden ist schwierig, da die kinematischen Daten, mit denen diese Theorien getestet werden könnten, so spärlich sind. Ein Teil des Problems besteht darin, dass die 3D-Verfolgung kleiner Flugobjekte bei schwachem Licht eine technische Herausforderung darstellt, was es Wissenschaftlern nahezu unmöglich macht, die 3D-Flugbahn und -richtung fliegender Insekten genau zu messen.

In der neuen Studie hat ein internationales Forscherteam hochauflösende Flugrouten und Körperhaltungen von zehn verschiedenen Insektenarten in der Nähe von künstlichem Licht in Laboren des Imperial College London und an zwei Feldstandorten in Costa Rica erfasst. Die Forscher fanden heraus, dass Insekten nicht von Licht aus der Ferne angezogen werden, sondern gefangen werden, wenn sie sich in der Nähe künstlicher Lichtquellen befinden. Dieser Befund passt zu keiner der bestehenden Theorien.

Die Forscher beobachteten außerdem, dass die Insekten der Lichtquelle den Rücken zuwandten. Im Laufe der langen Geschichte der Flugentwicklung bei Insekten war der Himmel immer der hellste Teil ihres Sichtfelds und diente ihnen als wichtige Orientierungshilfe, um zu erkennen, wo „oben“ ist. Dies gilt sogar nachts, insbesondere im kürzeren Wellenlängenbereich (weniger als 450 Nanometer). Die meisten fliegenden Insekten zeigen eine Art dorsale Lichtreaktion, ein Verhalten, das es ihnen ermöglicht, ihre Rückenseite ständig im hellsten sichtbaren Bereich zu halten. Bei natürlichem Licht hilft ihnen dies, die richtige Flughaltung und -kontrolle beizubehalten. Wenn sie jedoch auf künstliches Licht zufliegen, führt diese Reaktion dazu, dass sie wiederholt um die Lichtquelle herumfliegen und in deren Nähe gefangen werden.

Die Forscher beobachteten außerdem drei merkwürdige Verhaltensweisen: Umkreisen (eine gleichmäßige kreisförmige Flugbahn um das Licht), Strömungsabriss (ein steiler Aufstieg, der sich allmählich verlangsamt, bis er zum Stillstand kommt) und Inversionen (die Insekten überschlagen sich und stürzen ab).

Drei verschiedene Wendeverhalten fliegender Insekten, wenn sie sich vom künstlichen Licht abwenden. (Foto/Jamie Theobald, CC BY-ND)

Sobald sich die Insekten unter einer Lichtquelle befinden, wölben sie sich häufig nach oben, um sich darüber wieder umzudrehen. Die Insekten hielten ihre Rückenseite der Lichtquelle zugewandt, auch wenn dies ihren anhaltenden Flug verhinderte oder sogar zum Absturz führte.

Wenn Insekten direkt über ein Licht fliegen, drehen sie sich oft um und drehen dem Licht wieder den Rücken zu, nur um dann plötzlich abzustürzen.

Zurück im Labor befestigten die Forscher Standortmarkierungen an fünf Insektenarten. Sie verwendeten Bewegungskameras, um ihr Verhalten in der Nähe einer UV-LED-Glühbirne, einer UV-Blaulichtröhre und einer kaltweißen LED-Glühbirne zu filmen. Sie stellten fest, dass diese künstlichen Lichter die Steuerungsfähigkeit der Insekten erheblich beeinträchtigten, da die Insekten versuchten, dem Licht den Rücken zuzuwenden.

Anschließend analysierten die Forscher dieses Verhalten mithilfe von Computermodellen und fanden heraus, dass diese Neigung ausreicht, um die Insekten zu den unregelmäßigen Flugbahnen zu veranlassen, die in der Nähe von Lichtquellen beobachtet wurden. Den Forschern zufolge ist dies das plausibelste Modell zur Erklärung, warum sich fliegende Insekten unter künstlichem Licht versammeln.

Gründe für die Hintergrundbeleuchtung <br /> Warum verlassen sich Insekten, die älteste und vielfältigste Gruppe fliegender Tiere, immer noch auf eine Reaktion, die sie in Gefahr bringt?

Die Forscher glauben, dass dies mit ihrer geringen Größe zusammenhängen könnte. Insekten verfügen nur über winzige Sinnesstrukturen. Wenn sie schnell fliegen, ist der Hinweis, den die Beschleunigung darüber geben kann, wo unten ist, sehr verwirrend. Sie können also nur auf einen strahlenden Himmel hoffen.

Vor dem Aufkommen moderner Beleuchtung war der Himmel im Allgemeinen heller als der Boden, sowohl tagsüber als auch nachts, und bot daher einen ziemlich zuverlässigen Bezugspunkt für Insekten. Künstliches Licht zerstört diese Fähigkeit der Insekten und führt dazu, dass sie um die Lichtquelle herumfliegen.

Lichtverschmutzung in der Nacht

Durch die weit verbreitete Verwendung von künstlichem Licht herrscht heute in vielen Bereichen keine echte Dunkelheit mehr. Diese Forschung veranlasst uns, das Licht, das wir nachts ausstrahlen, neu zu untersuchen. Diese nächtlichen Lichtquellen sind zu einer Form der Umweltverschmutzung geworden. Und Insekten sind nicht die einzigen betroffenen Organismen: Auch bei anderen Tieren, Pflanzen und Menschen sind die circadianen Rhythmen und physiologischen Prozesse gestört. Am schlimmsten betroffen schienen jedoch Insekten zu sein, die sich in der Nähe von künstlichem Licht aufhielten. Sie können keine Nahrung finden, werden leicht von Raubtieren entdeckt und sind schnell erschöpft, und viele Insekten sterben vor Tagesanbruch.

Theoretisch ist Lichtverschmutzung ein leicht lösbares Problem. Wir könnten die Probleme unserer nächtlichen Ökosysteme erheblich verbessern, indem wir einfach einen Schalter umlegen und die Helligkeit und Dauer der Außenbeleuchtung auf das Notwendige beschränken.

Link zum Artikel:
https://www.nature.com/articles/s41467-024-44785-3

Dieser Artikel ist eine vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützte Arbeit

Autorenname: Li Zhaoying

Rezension: Zhao Xumao

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.