- Fliegende Insekten fliegen nicht geradlinig auf Licht zu, sondern geraten wegen einer Haltungsregelungsreaktion, die das Licht auf der Rückenseite halten will, in Kreisbahnen oder in Strömungsabriss- bzw. Überschlagflug
- Mit hochauflösendem Motion Capture im Labor und Stereo-Videografie im Freiland wurden 3D-Flugbahnen und Körperausrichtungen von Insekten rund um künstliche Lichtquellen rekonstruiert
- In 477 Stereo-Freilandvideos und 538 Labortrajektorien stand der Geschwindigkeitsvektor der Insekten orthogonal zur Lichtrichtung, während die dorsale Achse stark zum Licht geneigt war
- In der Natur ist der Himmel am hellsten, sodass die dorsal-light-response für die Stabilisierung der Fluglage nützlich ist; nahe Punktlichtquellen verfälschen dieses Signal jedoch
- Bei diffuser Beleuchtung wie unter einem Himmel stellte sich normales Flugverhalten wieder ein; weniger ungeschirmte und nach oben gerichtete Beleuchtung sowie weniger Bodenreflexionen können helfen, nächtliche Schäden an Insekten zu verringern
Unterschied zwischen alter Hypothese und neuer Beobachtung
- Warum nachtaktive Insekten rund um Lichtquellen unregelmäßig fliegen, wurde seit Langem mit verschiedenen Erklärungen beschrieben
- escape response: Sie sehen das Licht als Fluchtweg und fliegen darauf zu
- Verwechslung des celestial compass: Sie navigieren am Mond und nehmen künstliches Licht fälschlich als Referenz
- Anziehung durch Wärmestrahlung
- Blendung durch starkes Licht, die den Flug stört
- Da kleine Insekten in dunkler Umgebung nur schwer in 3D zu verfolgen sind, fehlten strenge kinematische Daten, um diese Hypothesen sauber zu prüfen
- Die Beobachtungen passen besser zu der Deutung, dass Insekten nicht „angezogen“ geradeaus zum Licht fliegen, sondern dass nahes Licht die Signale zur Regelung der Fluglage verzerrt
Kernmechanismus: die Rückenseite zum hellsten Bereich drehen
- Die meisten fliegenden Insekten zeigen eine dorsal-light-response (DLR), bei der die Rückenseite auf den hellsten Bereich im Sichtfeld ausgerichtet wird
- In natürlicher Umgebung ist der hellste Bereich im Sichtfeld meist der Himmel; diese Reaktion hilft Insekten daher, „oben“ abzuschätzen und ihre Fluglage zu stabilisieren
- Eine nahe künstliche Punktlichtquelle erzeugt ein lokal stärkeres Helligkeitssignal als der Himmel, sodass Insekten eine Richtung, die nicht der tatsächlichen Schwerkraftrichtung entspricht, als „oben“ behandeln
- Dadurch neigen sie die Rückenseite zum Licht, und weil Flugmanöver über Körperneigung gesteuert werden, kreisen sie um das Licht oder geraten in Steigflug mit Strömungsabriss, Überschlag und Absturz
Flugmuster im Freiland und im Labor
- Im Freiland wurde der Flug von Insekten aus 10 Ordnungen rund um künstliche Lichtquellen anhand von 477 Stereo-Videoaufnahmen analysiert
- Die auffälligen Flugmotive ließen sich in drei Typen einteilen
- Orbiting: relativ stabile Kreisbahnen um das Licht, besonders bei wenig Wind
- Stalling: steiler Aufstieg bei Ausrichtung vom Licht weg, gefolgt von Geschwindigkeitsverlust
- Inversion: Überschlagen der Körperlage beim Flug direkt über dem Licht und anschließender Sturzflug
- In Aufnahmen unter dunklen Bedingungen waren diese Motive selten, weshalb sie als abnormes Verhalten in der Nähe künstlicher Beleuchtung eingeordnet wurden
- Im Labor wurde am Thorax der Insekten ein Markerrahmen mit weniger als 5 % des Körpergewichts befestigt, um mit infrarotem Motion Capture dorsale Achse und Position zu messen
- Zu den untersuchten Arten gehörten Common Darter, Migrant Hawker, Yellow Underwing Moth und Lorquin’s Atlas Moth; über alle vier Arten hinweg wurden 538 zusammenhängende Flugtrajektorien aufgezeichnet
Insekten flogen nicht geradlinig zum Licht
- Rund um eine Punktlichtquelle konzentrierten sich die horizontalen Geschwindigkeitsvektoren aller vier Arten stark auf eine orthogonale Richtung zur Lichtrichtung
- Das passt nicht zu der Erklärung, dass Insekten direkt auf das Licht zufliegen
- Common Darter zeigte unter diffuser breitbandiger Deckenbeleuchtung oder in völliger Dunkelheit nicht dasselbe Kreisflugmuster; unter UV-Punktlicht trat es dagegen auf
- Die Markerdaten zeigten quantitativ, dass Insekten während des Flugs ihre dorsale Achse zum Licht neigten
- Der Ausrichtungsindex zwischen dorsaler Achse und Lichtrichtung betrug 0.84 für S. striolatum, 0.79 für A. mixta, 0.82 für Noctua sp. und 0.82 für A. lorquinii
- Derselbe Index lag bei S. striolatum in Dunkelheit mit 0.17 deutlich niedriger
- In der Nähe der Punktlichtquelle war bei allen Arten die Verteilung der Körperneigung im Vergleich zu den Kontrollbedingungen zu größeren Bankwinkeln verschoben
Unter diffusem Licht wie unter einem Himmel stellt sich normaler Flug wieder ein
- In einem Aufbau mit weißem Tuch am Boden und nach unten gerichtetem UV-Licht überschlugen sich Insekten oder rollten in der Luft und prallten auf den Boden
- Wurde dieselbe UV-Lichtquelle auf ein weißes Tuch oberhalb gerichtet und so ein diffuser canopy erzeugt, sammelten sich die Insekten nicht am Licht und stiegen auch nicht zur Lampe auf, sondern flogen auf verschiedenen Bahnen durch den Raum unter dem Tuch
- Auch in Experimenten mit kleinen Insekten zeigte diffuses UV-Licht von oben schnellen, aber stabilen Steigflug; kam das UV-Licht von unten, kippten oder überschlugen sich alle untersuchten Taxa außer Drosophila sp. kurz nach dem Start und stießen auf den Boden
- Die quantitative Analyse zeigte ebenfalls, dass Trajektorien um Punktlichtquellen stärker gekrümmt waren als unter dem diffusen canopy
- Der Median der gesamten Bahnkrümmung lag bei 3.21 für Punktlicht und 1.21 für den diffusen canopy
- Unter Punktlicht bestand eine Drehneigung zum Licht hin, unter dem diffusen canopy verschwand diese
Simulationen und Prüfung konkurrierender Hypothesen
- Eine agentenbasierte Simulation verwendete einen festen Beschleunigungsvektor relativ zur Körperachse des Insekts und ein Regelziel, die Rückenseite zum Licht zu neigen
- Schon bei derselben Parameterkombination erzeugten unterschiedliche Startpositionen die drei beobachteten Motive: Kreisflug, Strömungsabriss und Überschlag
- In 300 zufälligen 5-Sekunden-Simulationen mit Parametervariation erzeugte das Modell mit dorsaler Neigung überwiegend Bahnen, die dem Licht nicht entkamen; ohne dorsale Neigung zerstreuten sich die Trajektorien vom Licht weg
- Das Verwechslungsmodell des Himmelskompasses, bei dem Licht auf eine beliebige egozentrische Position fixiert werden soll, passte schlecht zu den bei realen Insekten beobachteten konsistent orthogonalen Bahnen
- Auch in Experimenten mit zwei abwechselnd eingeschalteten UV-Punktlichtquellen wechselten Insekten beim Kreisen um das neue Licht leicht die Drehrichtung; das passt nicht zur Kompass-Erklärung, nach der das Licht auf derselben seitlichen Körperposition gehalten werden müsste
Ausnahmen und Grenzen
- Unter Laborbedingungen zeigten drei Individuen des Oleander Hawkmoth (Daphnis nerii) in 71 aufgezeichneten Trajektorien kein lichtorientiertes Verhalten
- D. nerii zeigte weder Überschlag noch Kreisflug beim Überfliegen nach oben gerichteter UV- und weißer LED-Lampen; auch der dorsale Neigungsindex war mit 0.24 niedrig
- Wilde Vinegar Flys (Drosophila spp.) zeigten ebenfalls keinen deutlichen Unterschied zwischen Flügen oberhalb oder unterhalb von UV- oder weißen LED-Lichtquellen
- Diese Ausnahmen deuten auf Wellenspezifität und artspezifische Unterschiede in diesem Verhalten hin
- Der Prozess, durch den Insekten aus größerer Entfernung beim Licht ankommen, wurde nicht direkt untersucht; andere Mechanismen könnten bei der Fernannäherung eine Rolle spielen
Praktische Implikationen und offene Daten
- Die Ergebnisse sprechen dafür, dass lokales Einfangen durch Licht nicht auf ein Navigationsproblem, sondern auf eine Störung der Haltungsregelung von Insekten zurückgeht
- Nachts kann Himmelslicht kaum mit künstlicher Beleuchtung konkurrieren, sodass helle Punktlichtquellen, nach oben gerichtetes Licht, ungeschirmte Beleuchtung und Bodenreflexionen den Insektenflug stören können
- Weniger unnötige ungeschirmte und nach oben gerichtete Beleuchtung sowie geringere Bodenreflexionen können die Auswirkungen auf nachtaktive Fluginsekten mindern
- Wenn künftig analysiert wird, auf welche Wellenlängen die visuellen Komponenten der DLR reagieren, lässt sich besser bestimmen, wie künstliche Beleuchtung verändert werden kann, um nachtaktive Insekten weniger zu verwirren
- Rohdaten der Stereo-Videos, verarbeitete Trajektorien, 6-DoF-Motion-Capture-Trajektorien aus dem Labor sowie Simulationscode und Skripte zur Datenverarbeitung sind auf Figshare verfügbar: https://doi.org/10.6084/m9.figshare.24771978
1 Kommentare
Hacker-News-Meinungen
Es macht ziemlich Spaß, vor einem Insektenschwarm in der Nähe einer Lampe mit einem Schlüsselbund zu klimpern.
Schlüssel klingen oft im Ultraschallbereich und imitieren dabei unbeholfen die Frequenzen, die Fledermäuse verwenden; Insekten, in deren Nähe Fledermäuse jagen, fallen dann meist sofort zu Boden.
Die Vermutung ist, dass sie das Geräusch jagender Fledermäuse erkennen, das Schlüsselgeräusch dem nahe genug kommt, dass sie glauben, verfolgt zu werden, und dann in Richtung der Schwerkraft ausweichen.
Angeblich steckt man mehrere Schlüssel in eine Socke und wirft sie in die Luft; eine Fledermaus in der Nähe stürzt sich auf das Objekt, greift es, und weil die Schlüssel zu schwer sind, wird sie zu Boden gezogen.
Wenn man schnell ist, könne man sie dort fangen – das könnte eine Urban Legend sein, wirkt aber auch irgendwie plausibel.
Die Geschichte lautet, dass sie im Lauf der Evolution elektronische Gegenmaßnahmen gegen Fledermaus-Radar entwickelt haben, nach dem Motto: „Ich höre Störsignale.“
https://steveblank.com/2009/03/23/if-i-told-you-i%e2%80%99d-...
https://youtube.com/watch?v=OmG0OT6MWC8
Im Sommer habe ich schon beobachtet, dass eine Fliege ins Zimmer kam, meist in der Mitte um eine ausgeschaltete Leuchte kreiste und dann das offene Fenster nicht fand oder nicht hinauswollte – ein seltsames Phänomen.
Zufällig hatte ich die Zimmerbeleuchtung auf eine helle Konfiguration mit 20 E27-Philips-LED-Lampen umgestellt, insgesamt über 200 W; als ich das Licht einschaltete, zerstreuten sich die Fliegen, die sich tagsüber in der Raummitte gesammelt und im Kreis geflogen waren, binnen weniger Sekunden und hörten plötzlich mit dem Kreisflug auf.
Es wirkte nicht so, als flöhen sie vor Hitze oder Blendung; eher schien ihre Navigationsfähigkeit wiederhergestellt zu sein, weil nun nicht mehr nur Licht aus Richtung des Fensters kam, sondern mehr und stärker verteiltes Licht vorhanden war.
Sie schätzen die Entfernung zu Objekten anhand der Geschwindigkeit, mit der sich Merkmale in den Facettenaugen auf beiden Seiten des Kopfes bewegen; da ihre Sicht unscharf ist, müssen diese Merkmale ziemlich groß oder kontrastreich sein.
Ein dämmriger Raum mit weißen Wänden wirkt auf eine Fliege fast merkmalslos, und sie kann weiter im Kreis fliegen, bis sie den Wänden ausreichend nahe kommt.
Wahrscheinlich nutzt sie ein festes Kontrastobjekt wie eine ausgeschaltete Leuchte als Bezugspunkt; wenn man das Licht einschaltet, werden zuvor kaum sichtbare Objekte im Raum kontrastreicher, sodass sie sich leichter umherbewegen oder landen kann.
In Innenräumen könnten sie das Fenster als Hauptlichtquelle wahrnehmen, es mit dem Himmel verwechseln und anfangen, Kreise zu fliegen.
Andere Insekten könnten sich ähnlich verhalten.
Wenn man also eine helle, große Lichtquelle wie die Sonne nachahmt, könnte das weniger verwirrend sein; außerdem kann man auch Beleuchtung im roten Spektrum kaufen, die als insektenfreundlich gilt.
Von 500-W-E38-Mogul-Leuchten habe ich gehört, aber nicht von einer mit 20 kleinen Fassungen.
Dann frage ich mich, ob das Paper die verbreitete Vorstellung bestätigt, dass „Insekten den Mond als Kompasshinweis am Himmel nutzen und künstliche Lichtquellen falsch einsetzen“.
Deshalb erscheint es unwahrscheinlich, dass Insekten speziell so evolviert sind, den Mond allein zur Navigation zu verwenden.
Das Paper sagt, der Referenzpunkt sei, dass der Himmel auch nachts insgesamt heller ist als der Boden; Insekten scheinen ihre Oberseite auf einen diffus hellen Bereich auszurichten und ihre Unterseite parallel zum Boden zu halten.
Im Paper heißt es, dass Insekten sowohl im Freien als auch im Labor nur selten direkt auf das Licht zufliegen; sie fliegen konsistent orthogonal zur Lichtquelle, was die Grundannahme einer Fluchtreaktion widerlegt.
Außerdem müssten sie, um ihre Flugrichtung beizubehalten, die Lichtquelle an einer festen Position im Sichtfeld halten; in Experimenten mit veränderter Lichtquellenposition hielten Insekten die Lichtquelle jedoch problemlos auf beiden Körperseiten.
Selbst wenn sie den Mond zur Navigation nutzen, würden sie wohl nicht direkt auf den Mond zufliegen; daher ist schwer zu verstehen, warum das direkte Zufliegen auf künstliche Lichtquellen als Beleg für diese Theorie galt.
Ich dachte immer, Insekten flögen ursprünglich mit dem Mond auf einer Seite geradeaus, und künstliches Licht verschiebe diesen Bezugspunkt, sodass sie spiralförmig um die Lichtquelle kreisen.
Das im Experiment gezeigte Verhalten scheint genau dem zu entsprechen.
Das Paper zeigt, dass Insekten reales Licht wie Mond, Sterne, Sonne oder künstliche Lichtquellen nutzen, um sich in der Horizontalen auszurichten, dass dies an sich aber keine Navigation ist.
Wenn bei der Ausrichtung eine Neigung entsteht, fliegen sie kreisförmig um das Licht; diese Neigung macht auch den Flugmechanismus selbst ineffizient, wodurch sich die räumliche Beziehung zur Lichtquelle schnell verändert und die Richtungsstabilität ins Wanken gerät.
Was auch immer die eigentliche Navigationsmotivation ist – Wärme, Kälte, Pheromone, Gerüche, Sicht, Geräusche usw. –, sie wird von dieser Instabilität der räumlichen Beziehung beeinflusst.
Dass sie die Rückenseite zum Licht ausrichten, finde ich interessant.
Dadurch verstehe ich auch ein zufällig auf YouTube gesehenes Video besser, in dem eine Motte um eine Lampe kreist.
[1]: https://www.youtube.com/watch?v=OhNpOsTUqzA
Tolle Studie.
Ein 7-jähriges Kind hat mir diese Frage einmal gestellt, und ich hatte überhaupt keine Antwort darauf.
Wenn ich das richtig gelesen habe, fliegen Insekten nicht auf das Licht zu, sondern drehen ihre Oberseite zum Licht hin; bei natürlichem Licht hilft ihnen das offenbar, eine normale Fluglage und Kontrolle beizubehalten, aber unter künstlicher Beleuchtung kreisen sie dann ständig um die Lichtquelle.
Das klingt plausibel, weil sie die Seite mit dem Licht als oben annehmen.
Ansonsten stimmt es.
Es ist immer wieder interessant, in der Gartenabteilung von Home Depot die riesigen Spinnennetze und fetten Spinnen rund um die Natriumdampflampen zu sehen.
Die Kalorien, die nötig wären, um selbst Biolumineszenz für diesen Effekt zu erzeugen, dürften größer sein als die Kalorien, die man durch diese Jagdmethode gewinnen könnte.
Aber wenn jemand kostenlose Energie fürs Jagen bereitstellt, ist das eine andere Geschichte.
Eine biolumineszente Spinne wäre ein leichtes Ziel für Vögel oder Fledermäuse, aber eine Spinne neben einer Lampe ist weniger gefährdet, weil sich die Fressfeinde noch nicht angepasst haben.
Oder früher waren Spinnennetze überall riesig und ertragreich, aber mit dem weltweiten Rückgang der Insekten sind sie inzwischen vielleicht nur noch rund um Beleuchtung so profitabel.
Während des größten Teils ihrer Evolutionsgeschichte gab es nachts solche Lichtquellen wohl nicht; vielleicht nutzten sie den Mond im Hintergrund.
Aber wenn ein natürlich mögliches Merkmal wie Biolumineszenz einen großen und signifikanten evolutionären Vorteil bietet, frage ich mich, ob man davon ausgehen kann, dass sich eine Art zwangsläufig in diese Richtung entwickelt.
Dann stellt sich auch die Frage, warum wir bislang die einzigen intelligenten Wesen sind und warum Schimpansen, mit denen wir vor 7 Millionen Jahren einen gemeinsamen Vorfahren hatten, keine Intelligenz entwickelt haben.
Als ich in einem Camp am Lake of the Woods gearbeitet habe, war es geradezu unwirklich; ich bin sicher, dass es genug Spinnweben gegeben hätte, um ein paar Kissen zu füllen.
Ich frage mich, wie es mit der Farbe aussieht.
Im Artikel heißt es: „auch nachts, insbesondere bei kurzen Wellenlängen (<450 nm)“, also ist das wohl ein etwas separates Thema.
Ich habe mich immer gefragt, ob es nicht eine Lichtfarbe gibt, die Menschen sehen können und die zugleich die Auswirkungen auf Insekten minimiert.
Würde es zum Beispiel helfen, in Städten nur rotes Licht zu verwenden?
Ich weiß nicht mehr, ob es funktioniert hat, und ich habe es schon ziemlich lange nicht mehr gesehen.
https://www.lightbulbs.com/blog/how-do-bug-lights-work
Das erinnert mich an eine meiner Lieblingsbeschäftigungen als Kind in Vietnam: am späten Nachmittag Riesenwasserwanzen zu fangen.
Vermutlich waren es https://en.wikipedia.org/wiki/Lethocerus_indicus, aber ich könnte mich irren.
Vietnam war in den 1980er-Jahren sehr rückständig, es gab nicht viele Straßenlaternen, und im Allgemeinen war es dunkel.
Unser Haus lag direkt an einer neu gebauten Straße, die später zur Schnellstraße wurde, und sie war eine der wenigen Straßen mit hellen Straßenlaternen.
Die Helligkeit der neuen Straßenlaternen zog nicht nur Kinder an, sondern auch Riesenwasserwanzen aus dem Reisfeld auf der anderen Straßenseite; als ich eines Tages hörte, dass man diese Insekten essen kann, begannen die Kinder aus demselben Block und ich, sie in Gläsern mit nach Hause zu nehmen.
Das erinnert mich an die Motten vor der Küchentür, die von einer nackten Glühbirne völlig besessen waren, im Kreis flogen und mit ihren Exoskelett-Köpfen dagegen knallten.
Im Wald navigieren sie mit Mondlicht problemlos, aber sobald sie in die Nähe einer Glühbirne kommen, ist es vorbei.
Die Textzeile, dass sie nur versuchen, sich weiterzuentwickeln, scheint gut zu dieser Studie zu passen.
Nachdem ich ein bisschen gelesen habe, ergibt das ziemlich viel Sinn.
Wie ich nachgeschlagen habe, besitzen Insekten im Allgemeinen keine ausgefeilten Ohren oder Innenohren, die wie beim Menschen Schwerkraft und Geschwindigkeit wahrnehmen; bei uns kommen diese Sinne offenbar über das Innenohr und den Druck auf die Haut des ganzen Körpers zustande.
Insekten können Berührung und Druck an Oberflächen wahrnehmen, aber im Flug lässt sich das schwer nutzen, daher ist es plausibel, dass sie eine andere Methode zur Orientierung brauchen.
Da die Augen diese Aufgabe bereits übernehmen, gab es wohl keinen Grund, ein anderes Organ oder einen neuen Sinn dafür zu entwickeln.
Jedenfalls nicht, bis der Mensch das Feuer entdeckte und alles durcheinanderbrachte.