Eva Knop

Inhalt

1 Einleitung

Die künstliche Erhellung der Nachtlandschaft hat in Europa und andernorts auf der Welt in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen (Falchi et al. 2016). Sie wird durch eine Vielzahl verschiedener Lichtquellen verursacht, insbesondere jedoch durch die zunehmende Beleuchtung der Straßen und des Siedlungsraums. Deswegen sind v. a. auch urbane Gebiete von einer stets intensiver werdenden Lichtverschmutzung betroffen. Jedoch kann die Lichtverschmutzung auf Grund grell beleuchteter Gewächshäuser auch in der ruralen Umgebung beachtlich sein. Gleichzeitig mehren sich die Hinweise, dass künstliche Beleuchtung in der Nacht physiologische Prozesse und das Verhalten vieler Organismen verändert, mit Konsequenzen für deren Überleben und Fortpflanzung, was sich wiederum auf deren Verbreitung und Populationsentwicklung auswirken kann (Desouhant et al. 2019). Ebenso können diese Veränderungen auch die Interaktionen zwischen Arten beeinflussen, mit Folgen für Ökosystemfunktionen und -leistungen (Sanders, Gaston 2018).

Im Folgenden werde ich einen Überblick geben, wie sich künstliche Beleuchtung in der Nacht auf Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen auswirken kann. Ich werde mich dabei vorwiegend auf eigene publizierte Forschungsarbeiten beziehen, diese kurz vorstellen und um Erkenntnisse aus anderen Forschungsarbeiten zum selben Thema ergänzen.

2 Einfluss künstlicher Beleuchtung in der Nacht auf Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen

Unabhängig vom Einfluss künstlicher Beleuchtung auf Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen in der Nacht ist über die Identität und Häufigkeit nachtaktiver Bestäuber mit Ausnahme einzelner spezialisierter Systeme wenig bekannt, insbesondere in den gemäßigten Zonen. Eine Studie, die im borealen Kiefernwald von Schottland durchgeführt wurde, hat jedoch gezeigt, dass ungefähr ein Viertel der 103 mit Lichtfallen gefangenen Nachtfalter Pollen an ihrem Körper hatten, die von insgesamt 12 Pflanzenarten stammten(Devoto et al. 2011). Dies deutet darauf hin, dass Blütenbesuche der nachtaktiven Bestäuber sich nicht auf einzelne spezialisierte Pflanzen beschränken, sondern ein relativ weites Spektrum von Pflanzen umfassen. Ähnliche Resultate haben wir in einer Studie auf Wiesen der Berner Voralpen in der Schweiz gefunden: Die Blüten der meisten dort vorkommenden Pflanzenarten werden sowohl tagsüber als auch nachts von potenziellen Bestäubern besucht (Knop et al. 2017b).

Zudem haben wir untersucht, wann die nachtaktiven Bestäuber die höchste Aktivität an den Blüten zeigen. Dazu haben wir die Interaktionen zwischen Pflanzen und Bestäubern über mehrere 24-Stunden-Zyklen und auf verschiedenen Wiesen stündlich direkt im Feld beobachtet. Bestäuber wurden als solche klassifiziert, wenn sie mehr als 5 Pollen auf ihrem Körper hatten. Dabei haben wir herausgefunden, dass die Anzahl der Blütenbesuche durch Fliegen (Diptera) und Bienen (Hymenoptera) tagsüber am höchsten ist und einen Höhepunkt um die Mittagszeit hat. Die Anzahl der Blütenbesuche durch Schmetterlinge (Lepidoptera) ist in der Nacht am höchsten, und zwar kurz nach Sonnenuntergang (Knop et al. 2017a).

Noch weniger als über die Nachtbestäuber an sich war bis vor Kurzem darüber bekannt, ob diese von künstlicher Beleuchtung in der Nacht beeinträchtigt werden. Mit einer weiteren Studie in den Berner Voralpen (Schweiz) haben wir deswegen untersucht, ob a) künstliche Beleuchtung in der Nacht Pflanzen-Bestäuber-Gemeinschaften nachts verändert und b) sich dadurch die Anzahl produzierter Früchte einer von Bestäubung abhängigen Pflanze, der Kohldistel (Cirsium oleraceum), verändert. Dazu haben wir auf 7 Wiesen kommerzielle Leuchtdioden(LED)-Straßenlampen experimentell aufgestellt (Schréder GmbH, AMPERA MIDI 48 LED, 4.000 K). Auf diesen Wiesen, wie auch auf 7 zusätzlichen Wiesen, die nicht beleuchtet wurden und als Kontrolle dienten, gab es im Umkreis von mindestens 100 m keine weiteren künstlichen Lichtquellen. Auf den Wiesen haben wir über die Vegetationsperiode verteilt mehrfach nachts die Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen aufgenommen. Dabei haben wir festgestellt, dass auf den beleuchteten Flächen 63 % weniger Interaktionen stattfanden (Abb. 1, siehe auch Knop et al. 2017b). Ein ähnliches Resultat fand eine Studie, die den Pollentransport durch Nachtfalter auf dunklen und beleuchteten Flächen untersuchte (Macgregor et al. 2017). Diese Ergebnisse zeigen deutlich, dass durch künstliche Beleuchtung in der Nacht die Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen nachts massiv gestört werden.

Abb. 1: Unterschiedliche Pflanzen-Bestäuber-Gemeinschaften auf dunklen (obere Abbildung) und beleuchteten Flächen (untere Abbildung). Die unteren, grünen Balken repräsentieren verschiedene Arten von Blütenpflanzen (jeder Balken jeweils eine Art). Die oberen Balken repräsentieren die verschiedenen Bestäuberarten, wobei ein Insekt als Bestäuber zählte, wenn es mehr als fünf Pollen auf seinem Körper hatte (rot: Coleoptera, gelb: Dermaptera, orange: Diptera, braun: Hemiptera, rosa: Hymenoptera, blau: Lepidoptera, violett: Neuroptera). Ein Strich zwischen den Blütenpflanzen und Insekten bedeutet, dass die beiden interagiert haben. Auf beleuchteten Flächen gab es 63 % weniger Interaktionen (verändert nach Knop et al. 2017b).

Fig. 1: Different plant-pollinator communities on dark (upper figure) and illuminated (lower figure) sites. The green bars below represent different flowering plant species (each bar represents one species). The top bars represent the different pollinator species, counting as a pollinator if the insect was found to have more than five pollen on its body (red: Coleoptera, yellow: Dermaptera, orange: Diptera, brown: Hemiptera, pink: Hymenoptera, blue: Lepidoptera, purple: Neuroptera). A line between the plants and the insects means the two have interacted. There were 63 % fewer interactions on illuminated sites (modified from Knop et al. 2017b).

Um Frage b) zu beantworten, also ob sich die durch künstliche Beleuchtung verminderte Anzahl an Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen in der Nacht auf den Bestäubungserfolg auswirkt, haben wir ein Experiment mit der Kohldistel durchgeführt. Dieses Experiment hat gezeigt, dass der Fruchtansatz der Kohldistel auf beleuchteten Flächen um 13 % reduziert war, obwohl diese Pflanze zu den Pflanzen zählte, die sowohl tagsüber als auch nachts intensiv von Bestäubern besucht wurde (Knop et al. 2017b).

Diese Resultate zeigen, dass Kunstlicht die Pflanzen-Bestäuber-Gemeinschaften nachts massiv stört und auch dazu führen kann, dass der Fortpflanzungserfolg von Pflanzen reduziert wird. Längerfristig kann dies zu einer Veränderung der Pflanzengemeinschaften in lichtverschmutzten Gebieten führen, dies muss jedoch in Zukunft noch untersucht werden. Auch sollte vermehrt untersucht werden, wie sich die lokale Population der Bestäuber auf Grund der künstlichen Beleuchtung in der Nacht entwickelt, um sinnvolle Maßnahmen definieren zu können. Dabei ist nicht nur zu beachten, bei welchen Lichtintensitäten und -spektren die Bestäuber von der Lichtquelle angezogen werden, sich reglos in die Vegetation setzen oder aktiv wegfliegen. Vielmehr sind auch komplexere Auswirkungen und die darin involvierten Lichtintensitäten und -spektren zu berücksichtigen, z. B. die Auswirkungen auf den Fortpflanzungserfolg. Eine der weltweit wenigen Studien zum Effekt künstlicher Beleuchtung in der Nacht auf Nachtfalter wurde in den Niederlanden durchgeführt und zeigte, dass unabhängig vom Lichtspektrum die lokale Dichte der Nachtfalter bereits im dritten Jahr nach Beginn einer künstlichen Beleuchtung der Flächen abgenommen hatte (van Grunsven et al. 2020).

3 Einfluss künstlicher Beleuchtung in der Nacht auf Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen tagsüber

Auf denselben Flächen wie oben beschrieben haben wir auch untersucht, ob sich der Effekt des nächtlichen Kunstlichts auf Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen in der Nacht beschränkt oder auch auf Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen tagsüber auswirkt. Dazu haben wir die Anzahl der Interaktionen von Fliegen (Diptera), Bienen (Hymenoptera), Käfern (Coleoptera) und Tagfaltern(Lepidoptera) mit insgesamt 21 Pflanzenarten simultan auf beleuchteten und unbeleuchteten Flächen gezählt. Unsere Resultate zeigen, dass bei 19 % der untersuchten Pflanzenarten die Besucherhäufigkeit verändert war. In den meisten Fällen bekamen die beleuchteten Pflanzen weniger Besuche von Bestäubern, es gab aber auch Pflanzenarten, bei denen die Anzahl der Besuche zunahm (Giavi et al. 2021). Wir vermuten, dass diese Veränderung verschiedene Ursachen hat. Einerseits kann es sein, dass durch die Beleuchtung nachts verschiedene physiologische und phänologische Veränderungen bei Pflanzen stattfinden (Bennie et al. 2016). Je nach Veränderung könnte die Pflanze attraktiver oder weniger attraktiv für Bestäuber werden, z. B. wenn sie auf Grund der künstlichen Beleuchtung früher blüht und so ihre wichtigsten Bestäuber das Zeitfenster der Blüte verpassen. Andererseits könnten komplizierte, indirekte Mechanismen dafür verantwortlich sein, wenn die Pflanzen z. B. auf Grund des Lichts veränderter Herbivorie ausgesetzt sind und dadurch ihre Attraktivität für Bestäuber erhöht oder vermindert wird. Unsere Resultate zeigen, dass die Effekte der künstlichen Beleuchtung in der Nacht nicht nur nächtliche ökologische Prozesse betreffen, sondern auch solche tagsüber (Giavi et al. 2021).

4 Einfluss künstlicher Beleuchtung in der Nacht auf Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen auf benachbarten Flächen

In einer weiteren Studie haben wir untersucht, ob sich die festgestellten Veränderungen von Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen auf die beleuchteten Flächen beschränken oder ob es auch auf benachbarten, unbeleuchteten Flächen zu Veränderungen kommt. Dazu haben wir getopfte Individuen der Weißen Lichtnelke (Silene latifolia) im Feld in verschiedenen Abständen zu den oben beschriebenen LED-Straßenlampen aufgestellt. Wir haben uns dabei so weit von der künstlichen Lichtquelle entfernt (40 – 100 m), dass die am weitesten entfernten Töpfe den Lichtbedingungen auf den dunklen Kontrollflächen ausgesetzt waren. Zudem haben wir mit der Weißen Lichtnelke und deren Hauptbestäubern ein Experiment im Labor durchgeführt: Arten der Nelkeneule (Hadena spp.) sind auf die Weiße Lichtnelke spezialisiert. Während die Weibchen der Nelkeneule die Weiße Lichtnelke bestäuben, legen sie oft auch ein Ei ab. Die daraus schlüpfende Larve ernährt sich vorwiegend von den Samenkapseln der Weißen Lichtnelke. Wie im Feld haben wir im Labor Individuen der Weißen Lichtnelke in unterschiedlichen Abständen von einer künstlichen Lichtquelle positioniert, die die Lichtbedingungen im Feld imitierten (hell bis dunkel). Gleichzeitig haben wir Weibchen der Lichtnelken-Eule (Hadena bicruris) freigelassen und mittels Videoüberwachung untersucht, welche Blüten die Lichtnelken-Eule unter welchen Lichtbedingungen besucht bzw. wo die Lichtnelken-Eule ihre Eier ablegt. Im Labor konnten wir so zeigen, dass die Lichtnelken-Eule von der Lichtquelle wegfliegt und sich den dunkelsten Ort für die Eiablage sucht. Diese Beobachtung konnten wir im Feld bestätigen: Der Anteil der Blüten der Weißen Lichtnelke, in welchen eine Larve der Lichtnelken-Eule vorgefunden wurde, war auf den dunklen Flächen angrenzend an beleuchtete Flächen am höchsten, sogar höher als auf dunklen Kontrollflächen (Giavi et al. 2020). Diese Experimente zeigen, dass künstliche Beleuchtung in der Nacht Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen nicht nur auf beleuchteten Flächen verändern kann, sondern auch auf benachbarten Flächen.

5 Fazit und Ausblick

Künstliche Beleuchtung in der Nacht hat einen stark negativen Effekt auf die Interaktionen zwischen Pflanzen und nachtaktiven Bestäubern, was auch negative Konsequenzen für den Reproduktionserfolg von Pflanzen haben kann. Gleichzeitig werden indirekt auch Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen in angrenzenden Flächen und tagsüber beeinträchtigt. Dies alles zeigt, dass die ökologischen Auswirkungen künstlicher Beleuchtung in der Nacht komplex und weitreichend sind. Um diese ökologischen Auswirkungen zu minimieren, sollten die Lichtintensitäten und -spektren der öffentlichen Beleuchtung so ausgewählt werden, dass sie möglichst wenige Insekten anziehen. Gegebenenfalls induziert künstliche Beleuchtung nachts jedoch auch eine Veränderung physiologischer Prozesse, mit Konsequenzen für den Reproduktionserfolg oder das Überleben der Insekten, was letztlich zu einer Veränderung der Populationsdichte führen kann. Lichtintensitäten und -spektren, die solche physiologischen Prozesse induzieren, müssen jedoch nicht zwingend die gleichen sein wie die, die Tiere anlocken, und sollten deswegen besser erforscht werden. Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass besser untersucht werden sollte, ab welchen Lichtintensitäten physiologische Prozesse induziert werden oder das Verhalten der Insekten verändert wird. Schließlich besteht auch noch ein großer Nachholbedarf bei der Untersuchung der Frage, welche Lichtintensitäten und -spektren was bei den Pflanzen verändern und was die darunterliegenden Mechanismen sind. Angesichts der großen Unsicherheiten und des großen Forschungsbedarfs zu den Sensitivitäten von Pflanzen und Tieren gegenüber Lichtintensitäten und -spektren sollte, wo immer möglich, die künstliche Beleuchtung in der Nacht auf ein Minimum reduziert werden.

6 Literatur

↑   Bennie J., Davies T.W. et al. (2016): Ecological effects of artificial light at night on wild plants. Journal of Ecology 104: 611 – 620. DOI: 10.1111/1365-2745.12551

↑   Desouhant E., Gomes E. et al. (2019): Mechanistic, ecological, and evolutionary consequences of artificial light at night for insects: Review and prospective. Entomologia Experimentalis et Applicata: 167: 37 – 58. DOI: 10.1111/eea.12754

↑   Devoto M., Bailey S., Memmott J. (2011): The ‘night shift’: Nocturnal pollen-transport networks in a boreal pine forest. Ecological Entomology 36(1): 25 – 35. DOI: 10.1111/j.1365-2311.2010.01247.x

↑   Falchi F., Cinzano P. et al. (2016): The new world atlas of artificial night sky brightness. Science Advances 2(6): e1600377. DOI: 10.1126/sciadv.1600377

↑   Giavi S., Blösch S. et al. (2020): Artificial light at night can modify ecosystem functioning beyond the lit area. Scientific Reports 10(1): e11870. DOI: 10.1038/s41598-020-68667-y

↑   Giavi S., Fontaine C., Knop E. (2021): Impact of artificial light at night on diurnal plant-pollinator interactions. Nature Communications 12: e1690. DOI: 10.1038/s41467-021-22011-8

↑   Knop E., Gerpe C. et al. (2017a): Rush hours in flower visitors over a day-night cycle. Insect Conservation and Diversity 11(3): 267 – 275. DOI: 10.1111/icad.12277

↑   Knop E., Zoller L. et al. (2017b): Artificial light at night as a new threat to pollination. Nature 548: 206 – 209. DOI: 10.1038/nature23288

↑   Macgregor C.J., Evans D.M. et al. (2017): The dark side of street lighting: Impacts on moths and evidence for the disruption of nocturnal pollen transport. Global Change Biology 23(2): 697 – 707. DOI: 10.1111/gcb.13371

↑   Sanders D., Gaston K.J. (2018): How ecological communities respond to artificial light at night. Journal of Experimental Zoology, Part A – Ecological and Integrative Physiology 329(8 – 9): 394 – 400. DOI: 10.1002/jez.2157

↑   Van Grunsven R.H., van Deijk J.R. et al. (2020): Experimental light at night has a negative long-term impact on macro-moth populations. Current Biology 30(12): R694 – R695. DOI: 10.1016/j.cub.2020.04.083