Ein jahrtausendealtes Rätsel um Insekten und Licht in der Nacht wurde endlich gelöst

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Insekten nachts Lichtquellen den Rücken kehren, ein Verhalten, das darauf hindeutet, dass künstliches Licht ihre natürliche Navigation stört. Dieses auf Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen basierende Ergebnis stellt lang gehegte Annahmen in Frage und verdeutlicht die Auswirkungen künstlicher Beleuchtung auf das Verhalten und den Schutz von Insekten.

Nachts schaltete ein kleines Team internationaler Wissenschaftler im Nebelwald Costa Ricas ein Licht ein und wartete. Bald kamen große und kleine Insekten aus der Dunkelheit herab. Schmetterlinge mit Flecken auf jedem Flügel, die an starre Augen erinnern. Glänzende gepanzerte Käfer. Er fliegt. Einmal sogar eine Gottesanbeterin. Jeder von ihnen vollführte den gleichen hypnotischen, schwindelerregenden Tanz um die Lampe, als wären sie durch einen unsichtbaren Faden mit ihr verbunden.

In der Forschergruppe machte sich große Aufregung breit, auch wenn das Phänomen für sie nicht neu war. Der Unterschied besteht darin, dass sie jetzt über hochentwickelte Technologie und Hochgeschwindigkeitskameras verfügen, die schnelle, hektische Umlaufbahnen erfassen können, um die schwer zu verfolgenden Bewegungen von Hunderten von Insekten zu kartieren und die Geheimnisse rund um die Gründe für ihre Eskapaden rund um das Licht zu entdecken. In der Nacht.

Das Forschungsprojekt begann in Lins Labor, in dem Fabian arbeitet. Es verfügt über eine Motion-Capture-Arena, wie sie in Filmen verwendet wird, nur so groß wie Insekten. Bildnachweis: Sam Fabian

Erkennung von Insektenverhalten

In den Daten kam ein überraschendes Detail zum Vorschein: Während des Fluges hielten die Insekten der künstlichen Lichtquelle den Rücken zugewandt.

„Man schaut sich Zeitlupenvideos an und sieht, wie es immer und immer wieder passiert“, sagt Yash Sondhi, ein frischgebackener Doktor der Biowissenschaften an der Florida International University. Absolvent und aktueller Postdoktorand am Florida Museum of Natural History. „Vielleicht scheinen die Leute, wenn sie es bemerken, etwa in der Nähe von Verandalichtern oder Straßenlaternen, direkt darauf zuzufliegen, aber das ist nicht der Fall.“

Dieses bisher nicht dokumentierte Verhalten wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht NaturkommunikationEs bietet eine neue Erklärung, und während es bestätigt, dass Licht Insekten inaktiviert, bietet es auch eine neue Sicht auf dieses Naturschutzanliegen.

Auf den Rücken vieler Motten und Libellen waren kleine L-förmige Markierungen geklebt. Wenn sie also um das Licht flogen, sammelten sie auch Daten darüber, wie sie rollten, drehten und sich durch den dreidimensionalen Raum bewegten. Bildnachweis: Sam Fabian

Im Laufe der Millionen von Jahren haben sich Insekten so entwickelt, dass sie das Fliegen meistern, indem sie sich auf das Hellste verlassen, was sie sehen können: den Himmel. Heute wirft die beleuchtete Welt ihre Instinkte auf den Kopf. Die Insekten glauben, dass der gefälschte „Himmel“, den sie finden, der echte ist, und geraten in einen erschöpfenden Kreislauf, in dem sie versuchen, sich zu orientieren. Es ist eine vergebliche Anstrengung, die zu ungeschickten Manövern und gelegentlichen Frontalzusammenstößen ins Licht führt.

Schwerkraft, Flug und künstliches Licht

Ein gutes Verständnis der Schwerkraft ist für alle Tiere zwingend erforderlich.

Vor allem solche, die fliegen, wie zum Beispiel Insekten, die Flugaufgaben ausführen, die die von menschlichen Piloten erfüllen können. Beim Fliegen spüren sie eine so hohe Beschleunigung, dass ihre Schwerkraftmessung unzuverlässig wird. Sie benötigen den Himmel, auch nachts, um zu wissen, in welche Richtung sie sich wenden und navigieren müssen, während sie gleichzeitig die Kontrolle über die Luft behalten. Aber künstliches Licht bringt dieses System durcheinander.

Sondhi begann, die Zusammenhänge zwischen Insektensicht, Licht und Flug zu verbinden, als er 2017 in das Labor von Jamie Theobald, einem Assistenzprofessor für Biologie an der Florida International University, eintrat.

Die Arbeit begann jedoch erst richtig, als er eine Gruppe von Spezialisten auf den Gebieten Insektenflug und sensorische Systeme fand, die entschlossen waren, eine Flut von 3D-Flugdaten zu sammeln und zu untersuchen, um zu sehen, was, wenn überhaupt, dabei herauskam.

Die Insekten fliegen in komplexen Kreisen um die künstliche Lichtquelle und richten dabei den Rücken zur Lampe, die sie scheinbar nicht vom Nachthimmel unterscheiden können. Bildnachweis: Sam Fabian

Wegweisende Entdeckungen und Zukunftsüberlegungen

Zu dieser Gruppe gehörten Sundy und Theobald sowie Sam Fabian und Huai Ti Lin Imperial College Londonund Pablo Allen vom Council for International Educational Exchange in Monteverde, Costa Rica.

Das Forschungsprojekt begann in Lins Labor, in dem Fabian arbeitet. Es verfügt über eine Motion-Capture-Arena, wie sie in Filmen verwendet wird, nur so groß wie Insekten.

Bildnachweis: Florida Museum

Auf den Rücken vieler Motten und Libellen waren kleine L-förmige Markierungen geklebt. Wenn sie also um das Licht flogen, sammelten sie auch Daten darüber, wie sie rollten, drehten und sich durch den dreidimensionalen Raum bewegten.

„In einem der ersten Experimente ließ ich einen großen gelben Schmetterling unter dem Flügel von meiner Hand abheben und direkt über die UV-Lampe fliegen, und er drehte sich sofort um“, sagte er. „Aber wir wussten damals noch nicht, ob das Verhalten, das wir im Labor gesehen und gemessen haben, auch in freier Wildbahn zu beobachten ist.“

Das Anbringen von Trackern an kleinen Insekten erfordert Geduld, Geschicklichkeit und Übung. Bildnachweis: Florida Museum, Foto von Jeff Gage

Die Finanzierung von National Geographic half dem Team, mit seinen Kameras nach Costa Rica zu reisen – ein Land, das reich an vielfältigem Insektenleben ist –, um das herauszufinden.

Insgesamt sammelten sie mehr als 477 Videos zu mehr als 11 Insektenordnungen und rekonstruierten dann mithilfe von Computertools Punkte entlang der Flugwege in 3D. In Kombination mit Motion-Capture-Daten fanden die Forscher alles heraus Klassifizieren Tatsächlich drehten sie sich um, wenn sie dem Licht ausgesetzt wurden, genau wie der große gelbe Flügel im Labor.

Um ihre Theorie in freier Wildbahn zu testen, reiste das Team zur Estación Biológica Monteverde in Costa Rica, wo sie Lichter unter einem tropischen Regenwalddach aufstellten. Bildnachweis: Yash Sondhi

„Das war eine prähistorische Frage. In den frühen Schriften bemerkten die Menschen dies am Feuer“, sagte Theobald. „Alle unsere Spekulationen darüber, warum dies geschah, erwiesen sich als falsch, daher ist dies definitiv das coolste Projekt, das ich je gemacht habe.“ war ein Teil davon.“

Während die Studie bestätigt, dass Licht Insekten inaktiviert, legt sie auch nahe, dass die Richtung des Lichts eine Rolle spielt. Das Schlimmste ist ein Deckenfluter oder nur eine nackte Glühbirne. Umhüllungen oder Abschirmungen können der Schlüssel sein, um negative Auswirkungen auf Insekten auszugleichen.

Die Art des Lichts, das Insekten am meisten stört, kommt von nach oben gerichteten Glühbirnen und solchen ohne Schirm. Umhüllungen oder Abschirmungen können der Schlüssel sein, um negative Auswirkungen auf Insekten auszugleichen. Bildnachweis: Sam Fabian

Das Team denkt auch über hellere Farben nach, als ob kühle und warme Farben unterschiedliche Wirkungen hätten. Natürlich ist die Anziehungskraft des Lichts und wie sie über so große Entfernungen überhaupt auftritt, ein immer noch ungeklärtes Rätsel.

„Mir wurde schon früher gesagt, dass man solche Fragen nicht nach dem Warum fragen kann und dass sie keinen Sinn haben“, sagte Sondhi. „Aber durch unsere Beharrlichkeit und die Suche nach den richtigen Leuten haben wir eine Antwort gefunden, über die keiner von uns wirklich nachgedacht hatte, die aber so wichtig ist, um das Bewusstsein dafür zu schärfen, wie sich Licht auf Insektenpopulationen auswirkt, und um Veränderungen herbeizuführen, die ihnen helfen können.“

Referenz: „Warum sich fliegende Insekten unter künstlichem Licht versammeln“ von Samuel T. Fabian, Yash Sondhi und Pablo E. Allen und Jimmy C. Theobald, Huai Ti Lin, 30. Januar 2024, Naturkommunikation.
doi: 10.1038/s41467-024-44785-3