« vorheriger Beitrag  · nächster Beitrag »

17.05.08 · 00:03 Uhr

Ein kleines biologisches Rätsel

Kategorie: Naturwissenschaften·Technik·Umwelt  ·  Kommentare: 16

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.

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....

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.

 

Autor: Christian Reinboth· 16 Kommentare· Permalink· Trackback-URL

Tags: Biologie· LED