Lichtverschmutzung – eine ernstzunehmende Bedrohung

Professorin Dr. Gela Preisfeld, Biologin an der Bergischen Universität Wuppertal – © privat

Und doch handelt es sich tatsächlich um eine noch immer unterschätzte Art der Umweltverschmutzung, die eine Gefahr für unsere Artenvielfalt ist, und weitreichende Folgen für unsere Ökosysteme hat. In Europa und den Vereinigten Staaten beträgt die Lichtverschmutzung nahezu 99 Prozent. Gela Preisfeld hat sich mit dem Thema auseinandergesetzt und sagt: „Das Außenlicht und auch das nach außen scheinende Innenlicht verändern die Anzahl der Photonen, also der Lichtpartikel, die auf der Erde sind und die sich dann auf Organismen oder auch andere Strukturen auswirken.“ Verstärkt werde diese Wirkung zudem bei feuchter Luft sowie auf allen Wasseroberflächen, denn da werde das Licht noch einmal reflektiert, wodurch sich der Photonenanteil weiter erhöhe.

Lichtverhältnisse auf der Erde bestehen seit ewigen Zeiten

Um zu verstehen, warum künstlich geschaffene Lichtquellen das Leben verändern, beschreibt Preisfeld die ursprüngliche Situation auf dem blauen Planeten. „Die Lichtverhältnisse bei uns auf der Erde bestehen ja seit ewigen Zeiten. Wir haben z. B. den 24-Stunden Sonnenzyklus. Darauf ist die belebte Umwelt mit allen Organismen und auch die unbelebte Umwelt, also das Wasser oder die Temperatur, eingestellt.  Bei allen haben sich Anpassungen entwickelt, mit denen sie möglichst gut von der ihnen zur Verfügung stehenden Lichtintensität profitieren können. Das ist der Prozess der Evolution.“

© Bergische Universität

Als Beispiele nennt sie die Licht- und Schattenblätter der Linde oder die hochsensitiven Sehzellen der Tiere in der Tiefsee. Werden die Bedingungen im Habitat gestört, hat das Auswirkungen auf die Organismen. „Kommen jetzt also große Mengen an künstlichem Licht – dafür gibt es auch das schöne Akronym ALAN (Artificial light at night) – auf die Organismen, verändern sich die Bedingungen, an die sie angepasst sind.“ Nicht nur jeder einzelne Organismus reagiere darauf individuell, künstliches Licht störe zudem die Ebene der Artengemeinschaften und Ökosysteme. Das lässt sich auch fundiert belegen.

Dazu die Wissenschaftlerin: „Es gibt ein Sonderheft der Philosophical Transactions mit 16 Studien zum Einfluss von ALAN auf Organismen und Ökosysteme, an dem auch deutsche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler maßgeblich beteiligt sind. Hier wurden nicht nur die Bienen auf der Wiese untersucht, sondern große Areale über eine längere Zeit überprüft und festgestellt, dass die Artenvielfalt und auch die Größe der Populationen über die Zeit tatsächlich abnehmen. Und das wirkt sich dann auch auf andere Beteiligte des Nahrungsnetzes aus. Wenn die Insekten fehlen, haben die Amphibien und Vögel nichts zu fressen, usw.“ Auch in Deutschland werden die negativen Lichtauswirkungen u.a. im Zentrum für Integrative Biodiversitätsforschung (iDif) intensiv beforscht.

Was haben Biorhythmus und Licht miteinander zu tun?

Alle Säugetiere und auch Menschen nehmen das sichtbare, natürliche Licht, also den Spektralbereich, der auf der Erde vorherrscht, wahr. „Das ist der Bereich, der uns am meisten beeinflusst“, erklärt die Biologin. „Das für uns sichtbare Licht wird durch die Netzhaut mittels Rezeptoren aufgenommen. Es hat sich in der Evolution (z.B. bei Säugern) so eingespielt, dass Sonnenlicht die biologische Uhr in den Kernen des Hypothalamus (Der Hypothalamus ist ein Abschnitt des Zwischenhirns im Bereich der Sehnervenkreuzung, Anm. d. Red.) mit dem solaren 24-Stunden-Zyklus synchronisiert, indem sie auf Lichtimpulse der Netzhaut reagieren. Wir nennen diese innere Synchronisation mit dem externen Sonnenlicht, bzw. dem 24-Stunden-Tagnachtrhythmus den circadianen Rhythmus.“ (Der cirkadiane Rhythmus ist die innere, etwa 24-stündige Uhr des Körpers, die physiologische Prozesse wie Schlaf-Wach-Rhythmus, Hormone und Körpertemperatur steuert, allgemein als Biorhythmus bekannt, Anm. d. Red.)

Lichtverschmutzung: Die Erde bei Nacht – © gemeinfrei

Künstliches Licht stört diesen Ablauf. Die Forschung auf diesem Gebiet sei noch sehr jung, weiß Gela Preisfeld, denn erst Ende der 1990er Jahre wurden diese Rezeptoren überhaupt entdeckt.

Kaltweißlicht verändert den Biorhythmus

Die Rezeptoren im Auge reagieren am stärksten auf kurzwelliges, relativ energiereiches Kaltweißlicht, auch als Blaulicht bezeichnet. Und das sei leider auch das Licht, welches nachts am meisten künstlich strahlt. „Die LEDs sind oftmals kaltweiß und sie regen die Rezeptoren in der Netzhaut an. Dann sorgen die Rezeptoren dafür, dass bestimmte Hormone ausgeschüttet werden. Dieses Blaulicht sorgt dafür, dass Melatonin, das Schlafhormon, nicht ausgeschüttet wird. Stattdessen wird dann aber Cortisol, das Wachsamkeits- (und auch Stress-)hormon, ausgeschüttet.“

Der Körper kommt regelrecht durcheinander, Licht kann also biologische und psychologische Aspekte beeinflussen. „Man kennt das aus den nordischen Ländern“, erklärt Preisfeld, „die Leute dort nutzen Tageslichtlampen, weil sie ansonsten zu Depressionen neigen können.“ Kommt der Körper durch Lichtverschmutzung in der Nacht nicht zur Ruhe, ist auch die kognitive Leistungsfähigkeit geringer. „Auch schwaches Blaulicht wie von Computern, Laptops, oder Tablets stört massiv. Viele Kinder dürfen sich ja auch abends noch eine Geschichte auf dem Laptop ansehen, oder man schaut auf dem Fernseher im Schlafzimmer. All das sendet Blaulicht aus.“

Der Mensch kann, zumindest für sich, daran etwas ändern. Tiere sind den sich ändernden Lichtverhältnissen allerdings schutzlos ausgeliefert. „In Anpassung an die Lichtverhältnisse auf der Erde gibt es tagaktive, nachtaktive oder dämmerungsaktive Tiere. Und die nacht- und dämmerungsaktiven Tiere werden dann aktiv, wenn das Licht unter ein bestimmtes Niveau sinkt, was, wenn diese künstliche Lichtverschmutzung da ist, nicht passiert. Und das kann dann Konsequenzen haben.“

Die fehlende Dunkelheit in der Nacht

Viele Tiere, also Säugetiere, Vögel, Insekten, Fische, aber tatsächlich auch solche, von denen man es nicht glaubt, nämlich Bodenorganismen, werden vom Licht beeinflusst, also von fehlender Dunkelheit in der Nacht. Gela Preisfeld macht es am Beispiel der Insekten deutlich. „Insekten müssen sich orientieren. In der Nacht langt in der Regel das Mondlicht. Wenn das nicht da ist, dann reicht das Sternenlicht. Unnatürliches Licht ist aber heller, und das ist das Problem. D.h., die Insekten orientieren sich an einer Straßenlampe und sie fliegen normalerweise im rechten Winkel zur Lichtquelle. Wenn aber so ein Lichtkegel da ist, dann führt es dazu, dass sie rundherum kreisen. Die Blauanteile sind dabei am gefährlichsten, weil sie darauf extrem reagieren und ihre Orientierung verlieren.“

Eine moderne Straßenbeleuchtung, wie man sie aus vielen Städten kennt – © Pixabay

Untersuchungen aus dem Jahr 2000 zeigen, dass in Deutschland an einer einzigen Straßenlampe in jeder Sommernacht durchschnittlich 150 Insekten zugrunde gehen. Wird das auf die ca. 6,8 Millionen Straßenlaternen auf deutschen Straßen hochgerechnet, ergibt dies jede Nacht über eine Milliarde tote Insekten. Darin sind andere Lichtquellen, wie z. B. in Industriegebieten noch gar nicht mitgerechnet. Sterben die Tiere nicht direkt vor Ort, verlieren sie jedoch ihren Tag- und Nachtrhythmus, ihre Fortpflanzungsrate sinkt und das Sterberisiko steigt.

„Tagaktiven Insekten suggeriert das Licht, dass noch Tag sei, und sie finden keine Ruhe“, beschreibt sie die weitere Entwicklung. „Ihr Stoffwechsel ist noch hochgefahren, sie brauchen mehr Nahrung, die sie nachts nicht finden. Das führt zur Abnahme ihrer Fitness und Abwehrbereitschaft, evtl. gekoppelt mit gestörter Eiablage, weil sie gar nicht wirklich sehen können, wo sie die Eier ablegen oder auch überhaupt keine Partner finden. Als Nebeneffekt durch diese Desorientierung werden seltener nachtblühende Pflanzen bestäubt und das beeinflusst wiederum die Pflanzen.“

Korallen beispielsweise produzierten ihre Nachkommen in Abhängigkeit vom Mond, der aber heute oft nicht das hellste Licht ausstrahle. Für wandernde Fische seien hell erleuchtete Brücken ein Hindernis und sie bekämen so ein falsches Signal. „Vögel, ein kaum zu überhörendes Beispiel, fangen oft nachts an zu singen, weil es nicht dunkel genug ist. Sie sind aktiv und verwechseln das Kunstlicht mit dem Dämmerungslicht, verlängern den Tag und benötigen dann mehr Nahrung, genau wie bei den Insekten. Sie werden dann oftmals auch angeregt, zu früh zu legen, weil ihnen der Tag länger vorkommt, so wie es im Frühjahr, bzw. Frühsommer wäre. Aber dann ist es noch zu kalt für die Gelege, es gibt noch nicht genug Nahrung für die Jungtiere und die Jungen sterben.“

Viele weitere Tierarten sind betroffen. Meeresschildkröten finden bei beleuchteten Stränden nicht den Weg ins rettende Wasser und auch die Orientierung von Zugvögeln ist gefährdet. Da gibt es auch schon einen Begriff zu, das sogenannte Towerkill-Phänomen. Dazu Gela Preisfeld: „Zugvögel fliegen meistens nachts und orientieren sich am Sternenhimmel. Kommen sie nun in die Nähe von Städten, wo große Lichtglocken sind, werden sie über weite Strecken von ihrem Weg abgelenkt, sie fliegen in die Städte. Und wenn dort hohe, erleuchtete Gebäude stehen, dann fliegen sie dagegen und sterben beim Aufprall, also Towerkill.“

Weniger Licht in der Nacht – Straßenbeleuchtung nach unten ausrichten

Das simple Dimmen des Lichtes könnte schon viele Tiere retten, doch es sei eben viel komplizierter, konstatiert die Wissenschaftlerin. Man rede zwar von Nachhaltigkeit, aber ob man das auch umsetzen wolle, wenn es einem nicht direkten Profit verspreche, sei noch eine andere Sache. „Flächendeckendes Dimmen würde einen komplexen Abwägungsprozess zwischen Umweltschutz und Nachhaltigkeit erfordern, aber auch Sicherheit und Verkehrssicherheit sowie natürlich die Kosten sind zu berücksichtigen. Förderrichtlinien konzentrieren sich in der Regel auf Energieeffizienz und nicht auf Umwelt- oder Tierschutz. Sie setzen keine ökologischen Lichtfarben ein, sondern das, was am günstigsten ist.“

Zwar wäre weniger Blauanteil generell schon gut, doch auch die Bürgerinnen und Bürger hätten oft etwas dagegen, denn man empfinde nächtliches Licht auch als Sicherheitsfaktor. Zudem seien unsere Straßenlaternen in der Regel auch zum Dimmen bereits zu alt, so dass technische Hürden mit enormen Kosten verbunden wären. Auf z. B. der kanarischen Insel La Palma habe man die Beleuchtung der Straßenlaternen vor vielen Jahrzehnten wegen des dort liegenden Forschungsteleskops nach unten ausgerichtet. „Bei uns strahlen viele Dinge immer noch in den Himmel, und das könnte doch schon mal helfen“, schlägt sie als kleine Maßnahme vor.

Reparatursysteme der Pflanzen werden durch künstliches Licht gestört

Nächtliche Beleuchtung stört auch den Wachstumszyklus unserer Pflanzen. Natürliches Licht sei ein wichtiger Informationsträger, erklärt die Fachfrau. „Pflanzen, Algen, Cyanobakterien, all die, die eine oxidative Photosynthese durchführen können, sind auf das normale Licht angewiesen, denn sie nutzen diese Lichtinformation auch zur Blüh- und Blattentwicklung. Neben dem 24-Stunden-Rhythmus gibt es noch einen monatlichen Rhythmus und auch einen Jahresrhythmus. Diese normalen Veränderungen in der Lichtqualität und Quantität geben den Organismen Jahreszeiten an und diese reagieren dann darauf mit Fortpflanzung oder Blattabwurf.“

Hell erleuchtete Hochhäuser, fast taghelle Straßen, bekannt aus den Metropolen – © Pixabay

Auf künstliches Nachtlicht reagieren Pflanzen jedoch mit verzögertem Blattabwurf. Deutlich merke man das in den Städten, wo die Blätter länger an den Bäumen haften als im Umfeld, was aber mit einer erhöhten Gefahr bei Frost einhergehe, und dies schwäche den Baum. Konkret heiße das: „Die Pflanzen regieren mit verminderter Blütenbildung und mit einer verminderten Fortpflanzungsrate, auch, weil die Insekten sie nicht mehr bestäuben. Der interne Stoffwechsel ist gestört, sie atmen nachts stärker, produzieren mehr CO₂ als normal, speichern weniger Energie und produzieren weniger Biomasse. Das hat dann auch Konsequenzen auf die Lebensgemeinschaft und das Ökosystem. Dazu kommt noch, dass die Reparatursysteme der Pflanzen in der nächtlichen Ruhephase angeschaltet werden. Bleibt Dunkelheit aus, wird auch die Regeneration gestört.“

Scotobiologie (Dunkelheitsbiologie) – ein neues Forschungsgebiet

Bei Menschen stellt man bei erhöhtem künstlichen Lichteinsatz oft einen gestörten Schlaf-Wach-Rhythmus fest. Israelische Forscher sahen gar einen Zusammenhang zu Brustkrebserkrankungen bei Menschen, die sich nachts nicht genug vor Lichteinstrahlung schützen konnten. Aber auch da tut sich was, denn mittlerweile gibt es sogar ein Fachgebiet in der Biologie, welches sich mit Dunkelheit auf Lebewesen beschäftigt, die sogenannte relativ junge Disziplin der Scotobiologie, zu deutsch: Dunkelheitsbiologie. „Das ist ein spannendes Feld“, beginnt Preisfeld, „die Scotobiologie erforscht die essentielle Bedeutung wirklicher Dunkelheit, natürlicher Dunkelheit für Lebewesen und fragt: Was passiert, wenn es dunkel ist und was passiert, wenn es nicht dunkel ist? Sie untersucht also auch die negativen Auswirkungen von künstlichem Licht in der Nacht auf Biosysteme, Biorhythmen, sowie den Hormonhaushalt und entwickelt auch Schutzmaßnahmen.“

Es gebe in der Tat Hinweise darauf, dass das Krebsrisiko bei Menschen ansteige, denn auch unser Körper werde durch künstliches Licht in seiner Regeneration gestört. „Wenn der Melatoninlevel gesenkt wird, dann weiß man, dass es u.a. zu Herz-Kreislauferkrankungen kommen kann, zu Depressionen, einem erhöhten Risiko von Fettleibigkeit und gestörter Fruchtbarkeit. Auch gastrointestinale Erkrankungen können passieren. Licht, bzw. fehlende Dunkelheit in der nächtlichen Regenerationsphase hat große physiologische Konsequenzen.“

Keine elektronischen Geräte 1–2 Stunden vor dem Schlafen

Die Auswirkungen der Lichtverschmutzung auf Mensch und Tier sind beachtlich. Doch wir können auch selber etwas dagegen tun. „Individuell für uns können wir natürlich versuchen, solche Geräte wie Laptop oder Fernseher von unserem Schlafraum fernzuhalten und auch ein oder zwei Stunden, bevor wir beabsichtigen zu schlafen, solche Geräte nicht mehr zu nutzen“, rät die Biologin. „Ganz besonders für Kinder ist das wichtig, damit die auch zu ihrer Ruhephase kommen, denn Kinder sind ja noch stärker im Lernprozess als Erwachsene, obwohl auch die lebenslang lernen. Das Gelernte wird nachts beim Schlafen konsolidiert, da passiert der Lerneffekt.“

Zudem könne man im eigenen Garten ökologisch angepasste Beleuchtungssysteme nutzen, die viele Tiere retten würden. „Ich habe mal recherchiert was der Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland (BUND) empfiehlt“, sagt Gela Preisfeld abschließend.  „Insektenverträglichere Leuchtmittel nutzen, keine kurzwelligen Blaulichtanteile bei der Außenbeleuchtung einsetzen und dann auch mit einem Timer versehen, denn, wenn wir ins Bett gehen, schaut keiner mehr in den Garten vom Zimmer aus. Die Gehäuse, die diese Leuchtstoffe enthalten, sollten unnötigen Austritt von Licht vermeiden, also ganz besonders nach oben hin, für Insekten nicht zugänglich und niedrig angebracht sein, damit die Tiere nicht verbrennen. Grundsätzlich sollte man auch in Naturschutzgebieten, oder wo man weiß, dass dort eine hohe Artenvielfalt lebt, Dunkelzonen um ein Gebiet herum einrichten, um möglichst wenig künstliches Licht zu produzieren.“

Uwe Blass

Prof. Dr. Gela Preisfeld – © privat

Über Professorin Dr. Gela Preisfeld

Professorin Dr. Gela Preisfeld studierte, promovierte und habilitierte an der Universität in Bielefeld. Nach kurzen Forschungsaufenthalten in Australien und einer Vertretung an der Goethe-Universität Frankfurt/Main nahm sie 2006 den Ruf auf den Lehrstuhl Biologie und ihre Didaktik, Zoologie an der Bergischen Universität an.