Oder zumindest ist es eins für mich. Denn ich kann nicht nachvollziehen, warum nachtaktive Insekten unsere neuen LED-Beleuchtungselemente meiden, während Natrium-Dampflampen geradezu belagert werden – obwohl es eigentlich genau umgekehrt sein sollte….

Biologie hat mich ja schon immer enorm fasziniert – aber leider kann man ja nicht alles studieren, und so ist es bei einigen mageren Schulkenntnissen geblieben. Eine kürzlich gemachte Beobachtung hat meine Kollegen und mich daher eher verwirrt rumraten als wissenschaftlich argumentieren lassen. Aber alles der Reihe nach….

Eines der spannensten Forschungsprojekte, in dass ich bei HarzOptics zur Zeit involviert bin, ist die Entwicklung neuartiger LED-Leuchtkörper, von denen wir uns eine enorme Steigerung der Beleuchtungs-Energieeffizienz versprechen. Die erste Prototypen-Serie (bestehend aus modifizierten Straßenlampen) ist gestern offiziell in den Dauertest gegangen. Im Labor ließ sich mit den Prototypen die Leuchtkraft herkömmlicher Natrium-Lampen teilweise sogar überbieten – und das bei mehr als 50% Energieeinsparung. Der erste Dauertest soll nun zeigen, wie stabil die Beleuchtungselemente im Dauereinsatz und außerhalb des Labors sind – und die ersten Beobachtungen stimmen uns schon mal sehr hoffnungsvoll. Wenn ich überlege, wieviel Strom sich mit den Systemen (bei etwa gleichen Produktionskosten) allein in einem Straßenzug möglicherweise sparen ließe….

Aber zurück zum eingangs erwähnten biologischen Problem – über unsere LED-Systeme werde ich mich im Blog trotz meiner Begeisterung vorsichtshalber erst dann auslassen, wenn zumindest die ersten Tage des Dauertests gut überstanden sind….. Eine interessante Feststellung konnte jedoch gleich am ersten Abend getroffen werden – die Leuchtkörper sind für nachtaktive Insekten offenbar so gut wie uninteressant, während die Vergleichsobjekte – Natrium-Dampf-Lampen – heftig von allen möglichen Faltern umschwirrt wurden.

Auf Anhieb sind uns dafür zwei mögliche Erklärungen eingefallen:

a) Es liegt an der Wärme
b) Es liegt am Lichtspektrum

Die Wärme konnten wir inzwischen ausschließen, da eine Temperaturvergleichsmessung ergab, dass die Unterschiede nicht so gravierend ausfallen, wie zunächst von uns vermutet. Damit bleibt aus unserer Sicht nur das Lichtspektrum übrig. Und siehe da – eine Internet-Recherche förderte gleich mehrere Quellen zutage, in denen von der unterschiedlichen Anziehungskraft verschiedener Lichtwellenlängen auf Insekten berichtet wurde.

Das Fazit sämtlicher Quellen: Die Anziehungskraft des Lichts auf Insekten hängt sogar stark von der Lichtwellenlänge ab. Je geringer die Anteile an blauem und ultraviolettem Licht ausfallen, umso geringer ist die Anziehungskraft, je mehr Blau- oder Ultraviolettanteile das Licht dagegen aufweist, umso interessanter wird es für Insekten (die ultraviolettes Licht im Gegensatz zu Menschen teilweise wahrnehmen können).

Eigentlich ganz einfach – nur leider deckt es sich nicht mit unseren Beobachtungen.

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Diese Grafik (die ich mir aus der Wikipedia entliehen habe) zeigt den prinzipiellen Aufbau des gesamten elektromagnetischen Spektrums: Ganz links findet sich kurzwellige Strahlung (Höhenstrahlung, Gammastrahlung, Röntgenstrahlung und ultraviolette Strahlung), dann folgt das sichtbare Lichtspektrum (von etwa 380nm bis 750nm), rechts daneben geht es dann weiter mit der langwelligen Strahlung (Infrarotstrahlung, Terahertz-Strahlung, Mikrowellenstrahlung bis in den Rundfunkwellenbereich hinein).

Die von uns verwendeten LED strahlen (sinnvollerweise) im sichtbaren Wellenlängenbereich. Da man in der Beleuchtungstechnik in der Regel versucht, “angenehmes” weißes Licht zu erzeugen, weist das von unseren Leuchtkörpern abgestrahlte Licht einen hohen Blauanteil auf, hat allerdings keine ultravioletten Anteile. Die als Vergleichsobjekte verwendeten Natrium-Dampf-Lampen dürften ebenfalls kein oder kaum ultraviolette Strahlung abgeben (im Gegensatz zu Quecksilber-Dampf-Lampen) – und das von diesen Lampen ausgestrahlte Licht weist definitiv auch keine Blauanteile auf, sondern liegt (visuell deutlich erkennbar) im roten Bereich um 610nm (genau haben wir das aber noch nicht nachgemessen).

Also eine Lichtquelle mit hohem Blauanteil und eine ganz ohne Blauanteil, ultraviolette Anteile gibt es in beiden Fällen nicht. Eigentlich müssten die Insekten unser LED-Licht spektral also ganz klar bevorzugen – in der Realität ist es jedoch genau umgekehrt.

Nun ist natürlich nicht davon auszugehen, dass wir hier über eine Ausnahme gestolpert sind, sondern eher davon dass wir – da unser Team “nur” aus Physikern, Ingenieuren und Informatikern besteht – auch kollektiv einfach über viel zu wenig Wissen über das Verhalten von Insekten verfügen, um die (vermutlich offensichtliche) Lösung zu sehen. Aber vielleicht liest ja auch der eine oder andere Biologe mit und kann uns unseren Irrtum aufzeigen….

Für mich sind solche Beobachtungen auf jeden Fall immer wieder ein schönes Beispiel dafür, wie vielschichtig doch die Wissenschaft ist und wie begrenzt häufig die eigene Sichtweise. Der Ingenieur sieht den Leuchtkörper an und denkt an die Schaltkreise, der Physiker ans augenfreundliche Spektrum, der Informatiker an die Dimm-Ansteuerung, der Umweltschützer an den Energieverbrauch und der Wirtschaftswissenschaftler an die Amortisation. Und der Biologe, der könnte vermutlich erklären, wieso ein Lampenschirm voller Falter hängt und der andere nicht….

Man selber sieht in allererster Linie immer nur das eigene Fachgebiet und die aus der Sicht des Fachmanns relevanten Fragestellungen – und dabei spielt sich links und rechts noch so viel Interessantes ab, das im Grunde ebenfalls Beachtung verdient. Eigentlich schade – aber das gehört in der ergebnisorientierten Alltagsarbeit eines Wissenschaftlers wohl dazu….

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Mini-Update I: Inzwischen hat sich hier (auf Seite 5) möglicherweise ein kleiner Hinweis auf des Rätsels Lösung gefunden: Angeblich weisen viele nachtaktive Insekten neben der Affinität zu UV-Licht und blauem Licht noch ein Lichtempfindlichkeitsmaximum bei 620nm (im roten Bereich) auf. Sollten unsere rot abstrahlenden Natrium-Dampf-Lampen zufällig dicht bei 620nm liegen, könnte dies erklären, warum sie für die Insekten möglicherweise “interessanter” sind als die LED-Leuchtkörper.

Im Grunde müsste man dazu nun das Spektrum der Vergleichslampen genau vermessen (leider erst nach Abschluss des Dauertests möglich) bzw. testen, ob die LED-Lampen alleine nicht auch etliche Insekten anlocken und das mangelnde Interesse bei unserem Versuch auf die viel “interessanteren” Rot-Lampen in unmittelbarer Nachbarschaft zurückzuführen ist.

Im verlinkten Bericht wird auf eine Dissertation als Quelle der Aussage über die besondere Empfindlichkeit bei 620nm verwiesen:

SCHEIBE, M. A. (2001): Quantitative Aspekte der Anziehungskraft von Straßenbeleuchtungen auf die Emergenz aus nahegelegenen Gewässern (Ephemenoptera, Plecoptera, Trichoptera, Diptera: Simulidae, Chironomidae, Empididae) unter Berücksichtigung der spektralen Emission verschiedener Lichtquellen. – Dissertation Universität Mainz

Wenn ich am Wochenende dazu komme, werde ich mal versuchen, den Autor ausfindig zu machen und anzuschreiben, eventuell kann der unsere Beobachtungen ja aufklären….

Mini-Update II: Inzwischen konnten wir definitiv als Ursachen ausschließen: Wärme, Polarisation, UV und Intensität. Weiter im Rennen sind die Ideen, dass möglicherweise ausgerechnet bei der von den LED abgestrahlten Wellenlänge eine besondere Empfindlichkeit seitens nachtaktiver Insekten besteht, sowie die Möglichkeit, dass das Flackern (~200Hz) etwas mit dem Phänomen zu tun haben könnte.

Ich werde in den nächsten Tagen noch den einen oder anderen Biologen wegen der Geschichte anschreiben. Sollte sich aus diesen Gesprächen eine belastbare Hypothese ergeben, werde ich diese auf jeden Fall in einem weiteren Blogpost darstellen. Vielen Dank an dieser Stelle allen Kommentatoren und E-Mail-Schreibern, die sich mit Ideen an mich gewandt haben. Meine Kollegen und ich waren über das große allgemeine Interesse an unserem Problem mehr als nur begeistert.

Kommentare (17)

  1. #1 Tobias
    17. Mai 2008

    Interessantes Phänomen, ich kann zur Lösung auch nur durch raten beitragen:
    Vielleicht spielt ein kleiner rest-UV Anteil bei den Na-Lampen die entscheidende Rolle
    Vielleicht ist das Licht der einen Quelle polarisierter als das der anderen, und hat so möglicherweise Einfluss auf die Orientierung der Insekten.

  2. #2 JürgenK
    19. Mai 2008

    Ich rate auch mal: Vielleicht liegts am Flackern. Wir Menschen sehen das 100-Hz-Flackern ja nicht mehr, aber Insekten schon. Vielleicht verwirrt sie das so sehr, dass sie die Lampe dann nicht mehr für den Mond halten.

  3. #3 Argent23
    19. Mai 2008

    Ich könnte mir das mit der Polarisation auch vorstellen. Ist jetzt nicht wirklich mein Fachgebiet, aber ich weiß dass es einige Tiere gibt, die die Polarisation des Lichts sehen können. Der Mantis Shrimp kann sogar zirkular polarisiertes Licht sehen! Das wurde in PLos One veröffentlicht, und das MPI für Biophysik war an der Arbeit beteiligt. Vielleicht kann dir ja einer der Autoren nen Denkanstoß geben.

  4. #4 JürgenK
    3. Juni 2008

    Ich möchte nochmal meine Idee mit dem Flackern näher ausführen. Die Motten werden ja nicht vom Licht angezogen, sie fliegen ja auch nicht auf das Licht zu. Vielmehr nutzen sie das Licht (im Normalfall eben den Mond) als Referenzpunkt zum Geradeausfliegen. Sie halten den Mond immer im gleichen Winkel zur Körerachse, dann wissen sie, dass sei geradeaus fliegen. Ist die Lichtquelle nun zu dicht, dann fliegen sie eben kleine Kreise um sie herum.
    Wenn nun die Lichtquelle zu sehr flackert, können die Motten sie vielleicht nicht mehr gut genug fixieren. Ich kenne das vom Zähne putzen her. Wenn ich mir mit meiner elektrischen Zahnbürste die Zähne putze, dann kann ich auch die Leuchtdiode auf unserem Bad-Radio nicht mehr fixieren. Das Radio steht still, aber die Leuchtdiode tanzt auf ihm herum.
    Man könnte das ausprobieren, indem man die LED-Lampen mit Gleichstrom betreibt (echtem Gleichstrom natürlich, nicht gleichgerichteter Wechselstrom). Man könnte auch drei Lampen nehmen und sie an die unterschiedlichen Phasen des Drehstroms anschließen. So macht man das auch mit den Leuchstoffröhren in Werkshallen. Dort besteht sonst die Gefahr, dass die Arbeiter wegen des Stroboskopeffekts meinen, dass drehende Maschinen still stehen.
    Ich hoffe, ihr löst das Problem noch.

  5. #5 BioLektor
    16. Juni 2008

    Spannende Sache, eine Lösung des Rätels hab ich nicht, aber habe gerade die in dem Zusammenhang interessante aktuelle Meldung entdeckt, dass Lichtfallen für Insekten durchaus keine Erfindung des Menschen sind, sondern auch von Radnetzspinnen in ihre Netze gewebt werden, s. http://www.pressetext.de/pte.mc?pte=080616024 .

  6. #6 Stefan
    13. August 2008

    Sehr interessanter Artikel. Bin gespannt wie sich die Sache aufklärt. @JürgenK deine Ausführungen erscheinen mir recht plausibel. Am meisten interssieren würde mich aber ob die Insekten auf die LEDs gehen wenn sie die einzige Lichtquelle darstellen. Wenn nicht dürften diese Leuchtmittel für jeden Gartenfreund der Abends auf seiner Terasse sitzt sehr interessant sein.

  7. #7 alt128
    21. August 2008

    Hallo,
    Ich habe beobachtet das Fruchtfliegen vor dem Licht eines Laserpointers (1mW 650nm) und einer LED Taschenlampe (130lm 35° Abstrahlwinkel) fliehen. In starker Dunkelheit habe ich beobachtet das die Fruchtfliegen aus ca 2m Entfernung auf die Taschenlampe zufliegen und in einer Entfernung von 1m bis 0,5m umdrehen und scheinbar vor dem Licht flüchten. Bei Tage habe ich auch noch nicht beobachtet das Insekten auf die Sonne zufliegen.

  8. #8 Reinhard
    7. April 2011

    Hallo zusammen,

    ich weis zwar nicht ob die Studie bereits abgeschlossen ist und ob bereits herausgefunden wurde warum bei LED-Lichtquellen kein Insektenanflug festzustellen ist;
    Aber ich hab da auch so meine Theorie.
    Bei Betrachtung der Normfarbtafel bewegt sich das LED-Licht mehr oder weniger entlang der „Black-Body-Kurve“, und hier insbesondere bei Farbtemperatur von 5700K, nahe des Punktes D65 (Tageslicht).
    Es wäre somit möglich das nachtaktive Insekten die LED-Leuchte als Tageslicht erkennen, und da sie nun mal nachtaktiv sind, diese von vornherein vermeiden anzufliegen.
    Lg, Reinhard Hebar

  9. #9 cydonia
    9. April 2011

    Ich habe die Frage jetzt erst entdeckt, und denke zu einer Klärung beitragen zu können. Wie immer ist die Antwort wahrscheinlich einfacher als gedacht…
    @Christian
    Könntest du mir kurz mitteilen, ob das Problem schon befriedigend gelöst worden ist?
    Und dann: wie siehts mit der Lichtanlage aus? Praxistauglich? Wenn ja, wäre das doch die Lösung für eine relevante Lichtsmogreduktion.

  10. #10 Christian Reinboth
    11. April 2011

    @cydonia: Leider wurde es das nicht. Wir haben uns zwar mit zwei Anträgen um Gelder für die Erforschung des Effekts beworben, gingen aber beide Male leer aus – dafür kam bislang jeder Förderantrag zur Unterstützung von Leuchten- und Lampenentwicklung an sich durch; das Thema LED-Beleuchtung ist also offenbar höchst förderfähig, das Thema Anziehung von Insekten durch LEDs leider nicht. Noch gebe ich aber die Hoffnung nicht auf, dass es uns irgendwann gelingt, das Thema wenigstens als Arbeitspaket in einem unserer nächsten Beleuchtungsprojekte unterzubringen…

    Der Effekt selbst bestätigt sich jedenfalls immer wieder.

  11. Hallo Herr Reinboth! Ihre Fragestellung ist bereits von ausgewiesenen Fachexperten, etwa dem Zoologie-Prof. Eisenbeis im Rahmen einer Untersuchung der Stadt Düsseldorf hinsichtlich der Einführung von LED-Licht in der Kommunalbeleuchtung, untersucht und beantwortet worden.
    Wir können Ihnen dazu einige Links zumailen oder besuchen Sie uns auf twitter.com/C3Consult – gerne können wir uns dazu auch per PN austauschen, da wir im Bereich der LED-Beleuchtung auch mit einem Fraunhofer-Institut zusammenarbeiten und über einen gewissen Fachhintergrund verfügen.
    Grüsse aus Berlin! R. Zimmermann

  12. #12 Christian Reinboth
    15. Juni 2011

    @Roland Zimmermann: Die Arbeit von Prof. Eisenbeis ist mir bekannt, ich freue mich aber jederzeit gerne über Kontakte und Studien in der Sache – hierzu können wir uns gerne via E-Mail austauschen: creinboth@harzoptics.de.

  13. #13 roel
    15. Juni 2011

    Kommentarabo

  14. #14 Christian Reinboth
    15. Juni 2011

    @roel: Na, hoffentlich lohnt sich das Abo – immerhin ist der Artikel schon aus 2008…

  15. #15 roel
    15. Juni 2011

    @Christian Reinboth, na klar. Dieses Rätzel wird sich irgendwann auflösen, und an der Auflösung bin ich hochgradig interessiert.

  16. #16 perk
    16. Juni 2011

    hmm ich seh da irgendwie kein problem..

    kurze suche ergibt für das natriumdampflampenspektrum:
    http://en.wikipedia.org/wiki/File:High_Pressure_Sodium_Lamp_Spectrum.jpg (höchstes peak bei 565nm)

    kurze suche bei google scholar ergibt für ein untersuchtes nachtaktives insekt (ist zwar n leuchtkäferle aber es entspricht auch relativ genau der theoretischen kurve für rhodopsin und sollte deswegen sowieso anwendbar sein) http://www.springerlink.com/content/m7518v7h51j41546/ fig 4.b.

    höchste durchschnittliche (weil sowohl für kurze als auch lange lichtpulse getestet) spektrale empfindlichkeit bei 563-570 nm

    passt verdammt gut

  17. #17 Pascal Klippert
    17. Juli 2012

    Also ich bin jetzt weder Fachmann im Bereich der Physik noch der Biologie, aber ich habe mich letztens auch informiert warum Insekten überhaupt ins Licht fliegen und dabei kam heraus, dass Sie die Lichtquelle irrtümlicherweise für den Mond halten und versuchen im 40 Grad Winkel zu diesem zu fliegen, also anfangen um die Lichtquelle zu kreisen. Meinte ja auch schon einer meiner Vorredner.
    Lange Rede kurzer Sinn: Die Insekten lassen sich von dem von LEDs abgestrahlten Licht nicht täuschen bzw. denken nicht das es der Mond ist. Ein Experiment, welches das vom Mond abgestrahlte Licht mit dem von LEDs & Natriumdampflampen vergleicht sollte doch die Lösung bringen..?
    Das flackern halte ich auch für sehr wahrscheinlich.