Wie wirkt sich Lichtverschmutzung auf Lebewesen aus?

Seit es auf unserem Planeten Leben gibt, ist es grundlegend geprägt durch den Wechsel von Tag und Nacht. Die Lichtintensität ist der Umweltparameter, der innerhalb von 24 Stunden am stärksten variiert. Dadurch ist Licht und die Abwesenheit von Licht auch der stärkste biologische Zeitgeber, d.h. ein Einfluss, der sich auf die im Organismus ablaufenden Rhythmen massiv auswirkt.

Ebenso wie der Mensch sind auch alle anderen Lebewesen an den natürlichen Tag-/Nacht-Rhythmus angepasst und alle körpereigenen Systeme unterliegen diesem grundlegenden Takt. Wir alle benötigen die Zeitgeber Licht und Dunkelheit zur zeitlichen Orientierung und zum Abgleich mit der Außenwelt. Künstliches Licht stört diesen Abgleich, was gravierende negative Konsequenzen für die Organismen, egal ob tag- oder nachtaktiv, haben kann.

Die nächtliche Dunkelheit ist notwendig, damit im Gehirn das Hormon Melatonin ausgeschüttet werden kann. Tagaktive Lebewesen, wie uns Menschen, macht Melatonin müde und leitet die Schlaf- und Erholungsphase ein. Eine Aufgabe von Melatonin ist also der gesunde Ablauf des Schlafzyklus, der für den Körper eine wichtige Phase der Regeneration ist.

Der Schlaf ist seinem eigenen Rhythmus unterworfen, während dem verschiedenste körpereigene Reparaturmechanismen ablaufen. Melatonin selbst hat eine enorme schützende Wirkung für den Körper, da es ein starkes Antioxidans ist und an verschiedenen Mechanismen der Immunabwehr beteiligt ist. Die Produktion von Melatonin wird durch Licht unterdrückt, so dass Kunstlicht, besonders bei hohen Lichtintensitäten und Licht mit hohen Blauanteilen, nachts enorme negative Auswirkungen auf die Gesundheit haben kann.

Einige Beispiele der Auswirkungen von nächtlicher Lichteinwirkung auf verschiedene Lebensformen sind nachfolgend aufgeführt.

Pflanzen

Pflanzen sind in der Lage, mithilfe von Sonnenlicht aus Kohlendioxid und Wasser Zuckerverbindungen herzustellen. Somit sind sie die sogenannten Primärproduzenten auf unserer Erde: Die Moleküle, die sie durch Sonnenenergie produzieren, stellen für alle Tiere die grundlegenden Bausteine ihres Stoffwechsels dar.

Aber auch Pflanzen sind nicht ausschließlich auf Licht, sondern auf den Wechsel von Licht und Dunkel angewiesen. Ähnlich den wildlebenden Tieren müssen sie sich auf bevorstehende Jahreszeitwechsel und den damit einhergehenden nötigen Anpassungen ihres Stoffwechsels vorbereiten können. Hierzu orientieren sie sich an den jeweiligen Tages- und Nachtlängen. Eine künstliche Verlängerung des Tages durch Beleuchtung kann für Pflanzen gravierende Folgen haben.

An Stadtbäumen in der Nähe von Straßenleuchten lässt sich beispielsweise ein verfrühter Laubaustritt und ein späterer Laubabwurf beobachten. Somit verlängert sich die Vegetationsperiode beträchtlich, was für den Baum einen erheblichen Mehraufwand an Energie bedeutet und langfristig zu Erschöpfungszuständen führen kann.

Bei Wiesenblumen, die nächtlicher Beleuchtung ausgesetzt sind, wurde laut einer wissenschaftlichen Studie eine Blühhemmung festgestellt. Die Pflanzen bilden weniger und später Blüten aus, was wiederum zu einer verminderten Samenbildung und dadurch zu einem Fortpflanzungsnachteil führt  (Bennie et al., 2015).

Es konnte außerdem gezeigt werden, dass sich die Struktur von Pflanzen bei Dauerbeleuchtung verändern kann. Dies hat wiederum Auswirkungen auf die Insekten, deren Larven sie als Futterpflanzen dienen: Sie wachsen langsamer und weisen bei der Verpuppung ein geringeres Gewicht auf, was dazu führt, dass diese Tiere im Adultstadium weniger gesund und widerstandsfähig sind (Grenis und Murphy, 2019). Lichtverschmutzung macht aus sozusagen aus Nahrungspflanzen "Junk Food".

Umgekehrt ist zudem der Schwund nachtaktiver Insekten (s.u.) aufgrund von Lichtverschmutzung ein Problem für viele Pflanzenarten, die auf die Bestäubung durch diese angewiesen sind.

Tiere

Die Effekte der nächtlichen Beleuchtung auf die Tierwelt sind mannigfaltig. Lichtverschmutzung greift in ökologische Netzwerke, wie Räuber-Beute-Beziehungen, Wirt-Parasit-Beziehungen, Konkurrenznetze und räumliche Verteilungsmuster ein. Lichtverschmutzung ist eine der Ursachen für das Artensterben und hat trotz des inzwischen beträchtlichen Wissensstandes in dieser Hinsicht wahrscheinlich noch weitreichendere Auswirkungen auf die Fauna, als wir bislang wissen.

Nachfolgend sind einige der bisher erforschten Zusammenhänge exemplarisch ausgeführt.

Beispiel: nachtaktive Insekten

Nachtaktive Insekten können sich am Schwachlicht der Sterne orientieren. Durch etwa neun Millionen Straßenlaternen und unzählige private Beleuchtungskörper in Deutschland werden Milliarden von nachtaktiven Insekten ihrem Lebensraum entzogen und können nicht mehr der Nahrungs- oder Partnersuche nachgehen. Aufgrund der massiven Desorientierung sterben die Tiere bei Schwirrflügen um die Leuchtkörper oder sie verbrauchen zu viel Energie, die ihnen dann für eine erfolgreiche Fortpflanzung oder die nächtliche Bestäubungsleistung fehlt. Dreiviertel aller Blütenpflanzen sind aber auf die Bestäubung durch nachtaktive Insekten angewiesen.

Besonders Lampen mit hohen Blau- und UV-Anteilen ziehen verstärkt Insekten an. Nicht nur der Lichtstrahl einer Lampe, sondern auch undichte Lampengehäuse, in die die Tiere hinein- aber nicht mehr herausgelangen können, stellen eine Gefahr dar. Da viele andere Tiere auf Insekten als Nahrungsgrundlage angewiesen sind, zieht dieser Schwund aber auch ein Artensterben bei diesen Tiergruppen nach sich.

Auf einige nachtaktive Insekten hat ein starker Lichtreiz eine hemmende Wirkung, die dazu führt, dass die Tiere ruhig sitzen bleiben und auf den Eintritt der Dunkelheit warten, der aber unter einer Straßenlampe nie kommt. Zudem sind auch tagaktive Insekten durch die Lichtverschmutzung in ihren Verhaltensmustern beeinträchtigt. Sie sind dadurch länger aktiv, was dazu führen kann, dass sich ihre Lebenszeit aufgrund des erhöhten Energiebedarfs verkürzt.

Beispiel: Zugvögel

Kunstlicht stellt für Vögel auf der Reise in die Winter- und Sommerquartiere eine tödliche Gefahr dar. Die meisten tagaktiven Vogelarten reisen nachts, weil sie den Tag brauchen, um Nahrung zu suchen und sich für den Weiterflug zu stärken. Neben dem Erdmagnetfeld und Landmarken ist der Sternenhimmel ihr hauptsächlicher Wegweiser. Immer häufiger werden sie durch künstlich beleuchtete Strukturen irritiert und von ihrer Flugbahn abgelenkt. In Küstennähe wurden vermehrt orientierungslose Zugvögel beobachtet, die mehrere Stunden Leuchttürme und Bohrinseln umkreisten. Da die Tiere auf den langen Routen mit ihrer Energie haushalten müssen, kann eine solche Ablenkung zum Tod durch Erschöpfung führen. Außerdem finden sich häufig Schlagopfer an Funk- und Leuchttürmen sowie an beleuchteten Hochhäusern.

Auch das Gesangs- und Paarungsverhalten der Vögel wird durch Kunstlicht beeinflusst. So beginnen Amsel-Männchen in den Städten ihre Balzgesänge immer früher in den Morgenstunden. Normalerweise haben „Frühaufsteher“ bei der Paarung die besten Chancen, da sie als Partner Qualität versprechen. Wenn aber ein „Irrläufer“ zu einem begehrenswerten Liebhaber wird, gerät die natürliche Selektion durcheinander.

Auch die Zahl der Vögel ist in den letzten Jahren in alarmierendem Maße zurückgegangen. Neben Pestizideinsatz, Insektenschwund, Habitatsverlust und dem Vogelfang im Mittelmeerraum ist Lichtverschmutzung ein weiterer Faktor, der zum Vogelsterben beiträgt.

Beispiel: Fledermäuse

Alle 25 der in Deutschland heimischen Fledermausarten finden sich derzeit auf der roten Liste der bedrohten Arten. Als nachtaktive Tiergruppe sind sie sowohl direkt als auch indirekt (durch den Insektenschwund) von der Lichtverschmutzung betroffen. Zwar profitieren manche Fledermäuse von der Anlockung von Insekten im Bereich der Straßenlaternen, der Großteil der Fledermausarten jedoch meidet das Licht. Durch den späteren Ausflug aus den Quartieren, den viele Fledermausarten bei künstlicher Beleuchtung zeigen, verringert sich die Dauer, die ihnen zur Nahrungssuche zu Verfügung steht.

Aufgrund von fehlenden natürlichen Strukturen (beispielsweise gibt es weniger Totholz und damit weniger Baumhöhlen als früher) haben viele Fledermäuse ihre Wochenstuben z.B. in Kirchtürme verlegt, die wir Menschen nachts gern ausgiebig beleuchten. Es wurde festgestellt, dass sich bei einigen Arten die Entwicklung der Jungtiere unter dem Einfluss von künstlicher Beleuchtung verzögert. Das kann dazu führen, dass die Jungtiere in der Zeit bis zur nächsten Winterschlafphase noch nicht ausgewachsen sind und der Pflege bedürfen.

Ähnlich wie Zugvögel wandern auch einige Fledermausarten im Winter in wärmere Regionen. Auf der Reise in ihre Winterquartiere können sie leicht durch künstliches Licht abgelenkt werden, was wiederum für die Tiere die oben beschriebenen Probleme mit sich bringt.

Beispiel: Gewässergebundene Organismen

Die Folgen der Lichtverschmutzung für Flora und Fauna sind nicht nur auf die Lebensräume Land und Luft beschränkt. Die Uferbereiche vieler Seen, Flüsse und Kanäle und natürlich auch die Küsten der Meere und Ozeane sind durch künstliche Lichtquellen, beispielsweise Ufer- und Hafenbeleuchtung, beleuchtete Brücken, Lichtglocken naher Städte, geprägt.

Auch bei den saisonalen Fischwanderungen kommt es zu Ablenkungen durch Kunstlicht. Beleuchtete Brücken können beispielsweise wie eine Barriere auf migrierende Fische wirken. Vertikale Wanderungen von Kleinstorganismen, die sich normalerweise am Sonnenstand orientieren, werden durch Licht in der Nacht beeinflusst. Auch frisch geschlüpfte Meeresschildkröten sind durch den Einfluss von künstlichen Lichtquellen bedroht, da sie oftmals das Wasser nicht mehr finden können. Übermäßiger Lichteinfluss hat außerdem Auswirkungen auf den Hormonhaushalt von Fischen. So wurde nachgewiesen, dass Kunstlicht deren sexuelle Reifung beeinflusst.

Der Mensch

Noch vor hundert Jahren schliefen die Menschen in unseren Breitengraden im Durchschnitt wesentlich mehr als heute. Der moderne Mensch möchte sich seine Aktivitätszeiten jedoch nicht mehr von der Natur diktieren lassen. Daher werden nicht nur die Innenräume von Gebäuden, sondern auch Garten- und Parkflächen, Straßenzüge und öffentliche Plätze des Nachts immer mehr beleuchtet, um uns ein verlängertes Wach- und Aktivsein zu ermöglichen. Doch die konstante Beleuchtung fordert auch von uns Menschen ihren Tribut, der mitunter sehr hoch sein kann.

Wird der Tag-Nacht-Rhythmus des Menschen durch künstliches Licht gestört, sinkt die körperliche und geistige Leistungsfähigkeit. Es können Schlafstörungen, Depressionen und Burn-Out-Erscheinungen auftreten. Langfristig steigt infolge der verringerten Melatoninausschüttung das Risiko für Diabetes, Fettleibigkeit und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. In der jüngsten wissenschaftlichen Forschung wurde ein Zusammenhang zwischen Melatoninmangel und verschiedenen neurodegenerativen Krankheiten, wie Alzheimer und Parkinson, hergestellt und wird weiterhin untersucht.

Zudem konnte gezeigt werden, dass in Gebieten mit besonders hoher Lichtverschmutzung bestimmte Tumorerkrankungen, nämlich Brust- und Prostatakrebs, signifikant vermehrt auftreten (Kloog et al., 2008 und 2009). Dies ist auch vor dem Hintergrund bemerkenswert, als dass dies die beiden häufigsten Krebsarten in den Industrieländern sind. Diese Länder sind wiederum in der Regel auch die Länder, die am meisten Lichtverschmutzung produzieren.

Durch die Einführung der LED-Technik und den vermehrten Einsatz von Smartphones und Tablet-Computern stehen die Menschen diesbezüglich vor neuen Herausforderungen. Zum Einen ist es dadurch möglich, mit relativ wenig Strom enorm viel Licht zu produzieren, das meist hohe Blauanteile aufweist. Zum Anderen kann man dank mobiler Endgeräte heute bis kurz vor dem Schlafengehen auf einen Bildschirm sehen, was die Melatoninausschüttung deutlich senken kann.