De duistere kant van licht

Een zomernacht bij een Duits woudmeer. Er is iets onnatuurlijks aan de gang. Voorbij het donkere water dat tegen de oever klotst, schijnt een zachte gloed van ringen licht die boven het wateroppervlak zweven. Niet ver daarvandaan bewegen rode toortslichten – het minst disruptieve deel van het zichtbare spectrum. Ze verraden de aanwezigheid van wetenschappers bij de oever. Ze zijn aan het nagaan wat er gebeurt als ze de wezens in het meer de duisternis van de nacht ontnemen.

Dit experiment in de buurt van Berlijn is het meest ambitieuze van diverse projecten. Op donkere plaatsen van het Europese platteland werd de voorbije jaren de invloed van lichtvervuiling op ecosystemen onderzocht. Wetenschappers maken zich daarover steeds meer zorgen. Nogal wat studies hebben aangetoond dat kunstlicht schade toebrengt aan individuele soorten, maar de impact ervan op hele ecosystemen is minder duidelijk. Ook in hoeverre kunstlicht een invloed heeft op de diensten die deze ecosystemen verlenen, zoals gewassen bestuiven, weten we niet goed.

Met verscheidene veldstudies hopen onderzoekers daar nu een antwoord op te bieden. Ze doen dat door te monitoren hoe gemeenschappen van planten en dieren reageren op direct licht en op het meer diffuse en onnatuurlijke licht van de nachthemel. Dat onnatuurlijke licht, dat naar onze planeet wordt teruggekaatst door aerosolen en wolken, staat bekend als skyglow.

Voor ecologen is het niet simpel om de hoeveelheid licht accuraat te meten en na te gaan hoe meerdere soorten daarop reageren. Eerdere resultaten suggereren wel dat nachtlicht in ecosystemen tot diepgaande en langdurige stress leidt. Die resultaten gaan op voor alles van kusten over landbouwgrond tot urbane waterwegen.
De onwetendheid over skyglow is een belangrijke blinde vlek, zegt Steve Long. Hij is als bioloog verbonden aan de Amerikaanse University of Illinois en is redacteur voor het vakblad Global Change Biology. ‘We weten nu al veel over de impact van CO2. Maar hoe ver strekt de impact van lichtvervuiling? We zijn aan het gokken met onze toekomst door wat we het milieu aandoen.’

Minder insecten, kleinere oogst

Voor de grote meerderheid van organismen, of het nu gaat om mensen, kakkerlakken of een dot plankton, is de cyclus van licht en donker een invloedrijke gedragsregelaar. Hij speelt een rol bij hofmakerij, voortplanting, migratie en zoveel meer. ‘Sinds haar ontstaan is onze planeet dramatisch veranderd, maar er zijn altijd verlichte dagen en donkere nachten geweest’, zegt Christopher Kyba, als fysicus verbonden aan het Duitse Onderzoekscentrum voor Geowetenschappen in Potsdam. ‘Als je daaraan morrelt, moet je beseffen dat je heel wat in de war kunt sturen.’

De snelheid waarmee we ingrijpen in die cyclus neemt toe. Ruimtebeelden van de twee voorbije decennia laten duidelijk zien hoezeer de nacht aan het wijken is. Experts schatten dat nu meer dan een tiende van het landoppervlak van onze planeet ’s nachts door kunstlicht wordt beschenen. Als we daar ook de skyglow bijtellen, dan komen we al aan 23 procent.

Van 2012 tot 2016 nam de hoeveelheid artificieel buitenlicht jaarlijks met 2 procent toe. Een verrassende oorzaak hiervan is dat we vaker ledlichten gebruiken. Die zijn steeds populairder geworden, omdat ze energie-efficiënter zijn dan andere lampen. Ze stralen een breed spectrum wit licht uit. Binnen dat spectrum zitten de meeste frequenties die voor de natuurlijke wereld van belang zijn.

Deze trend heeft vergaande gevolgen voor een aantal soorten. We weten bijvoorbeeld dat hij migrerende vogels en zeeschildpadden desoriënteert. Wetenschappers ontdekten verder dat de verdwijnende duisternis het gedrag van krekels, motten en vleermuizen verstoort, en zelfs de verspreiding van ziekten onder vogels in de hand werkt.

De dodelijkste effecten treffen misschien nog insecten – in veel ecosystemen vitale voedselbronnen en bestuivers. Een schatting van het effect van straatverlichting in Duitsland geeft aan dat het licht niet minder dan 60 miljard insecten kan doden in een enkele zomer. Sommige insecten vliegen recht naar de lampen en verbranden, andere bezwijken na er uren rond te hebben gecirkeld.

De gevolgen voor planten zijn minder onderzocht, maar de studies die er al zijn, suggereren dat licht ook daar schade berokkent. Voor een Britse studie bekeken wetenschappers over een periode van dertien jaar het moment waarop bomen ontbotten. Ze vergeleken die gegevens met satellietbeelden van nachtlicht. Na correctie voor stedelijke verwarming, zagen ze dat kunstlicht bomen meer dan een week eerder dan normaal laat ontbotten. Dat effect is vergelijkbaar met wat wordt voorspeld bij een globale temperatuurverhoging van 2°C.

In Illinois liet een onderzoek naar bedrijven die sojabonen telen, zien dat het licht van nabijgelegen wegen en van langsrijdende auto’s het rijpen van de gewassen tot zeven weken vertraagde en dat de oogst ervan aanzienlijk verkleinde.

Rood licht

Momenteel komen de resultaten binnen van een aantal ambitieuze experimenten. Een van de grootste daarvan is een Nederlands veldexperiment. Op acht locaties in natuurreservaten en op donkere plaatsen werden rijen straatverlichting geplaatst. De lampen hebben verschillende kleuren: groen, rood en wit. Ter controle plaatsten de onderzoekers een rij gedoofde lampen.

Al zes jaar lang monitoren de wetenschappers en vrijwilligers de activiteit van kleine zoogdieren met cameravallen. Daarnaast gebruiken ze automatische detectors om de echolocatiegeluiden van vleermuizen te registreren en beroepen ze zich op nestkastjes om de timing en het succes van broedvogels te volgen. Botanici bestuderen de vegetatie onder de lampen.

Het onderzoeksteam vond intussen al fysiologisch bewijs van de schadelijke effecten die lichtvervuiling heeft op de gezondheid van wilde dieren. Zangvogels die in de buurt van het witte licht bleven, waren ‘s nachts rusteloos, sliepen minder en vertoonden metabolische veranderingen die op een zwakkere gezondheid kunnen wijzen.

De wetenschappers keken ook naar de manier waarop licht vleermuizen beïnvloedt. Die leken niet allemaal op dezelfde wijze op het kunstlicht te reageren. Sommige soorten, zoals de gewone dwergvleermuis (Pipistrellus pipistrellus), krijgen een feestelijk buffet van insecten die rond de lampen cirkelen. Andere, lichtschuwe vleermuizen verliezen habitat en zijn op sommige plaatsen zelfs verdwenen. Uit de studie blijkt dat rood licht geen enkele soort vleermuizen schaadt. Wit licht door rood licht vervangen zou dus een oplossing kunnen vormen.

De resultaten zijn nuttig voor lokale overheden. Dat zegt Kamiel Spoelstra, als bioloog verbonden aan het Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW) in Wageningen. Spoelstra leidt het onderzoek. De bevindingen van zijn team zijn opgenomen in de Nederlandse regelgeving voor verlichting in de openlucht. Zo zijn er plaatsen waar, om de lokale populaties vleermuizen te ondersteunen, van wit naar rood licht is overgeschakeld. Spoelstra ziet die trend zich doorzetten naar andere locaties.

Cascade-effect

Gekleurd licht schijnt nu ook boven graslanden in het zuidwesten van Engeland. Daar onderzoekt het project Ecolight zogenaamde cascade-effecten, waarbij de invloed van licht op één soort schadelijke gevolgen kan hebben voor een heel ecosysteem.

De verlichte kubussen van Ecolight zou je verkeerdelijk kunnen zien als een artistieke installatie. Een onderzoeksteam onder leiding van Kevin Gaston, expert biodiversiteit en conservering aan de University of Exeter, beëindigde net een studie naar 54 artificiële stukjes grasland. In sommige van de kubussen leefden kevers, slakken, bladluizen en achttien plantsoorten vijf jaar lang volkomen geïsoleerd van de buitenwereld.

Het leven in andere kubussen was eenvoudiger. Die bevatten alleen planten en herbivoren, of alleen maar planten. ‘s Nachts werden sommige verlicht door wit licht, andere door oranje licht, en nog andere werden gewoon door de blote hemel beschenen.

De effecten van licht op graslanden zijn belangrijk, bijvoorbeeld omdat gras langs de kant van wegen voor wilde dieren een schuilplaats en een corridor vormt. De wetenschappers ontdekten dat oranje licht, en in mindere mate wit licht, het bloeien van klaver (Lotus pedunculatus) onderdrukt.

De onderzoekers merkten ook een cascade-effect in de met oranje licht beschenen kubussen. In de maand augustus, wanneer bladluizen van het eten van scheuten overschakelen naar het eten van bloemhoofdjes, zagen de onderzoekers hun aantallen duidelijk afnemen. Waarschijnlijk is dat zo doordat hun voedsel minder overvloedig aanwezig was. Kevin Gaston: ‘Ik denk dat dit een eerste experimenteel bewijs is van een sterk bottom-up-effect van de blootstelling aan artificieel licht.’ In zijn laatste, niet-gepubliceerde werk, toont het team nog meer gevolgen aan. De cascade reikt helemaal tot aan de predators in de systemen.

Een ander uitgebreid experiment, in het Naturpark Westhavelland in Duitsland – een van de donkerste plaatsen van het land – toont aan dat deze cascade-effecten op naburige ecosystemen kunnen overgaan. ‘Straatverlichting naast watergreppels lokt waterinsecten uit de greppel’, zegt Franz Hölker, ecohydroloog aan het Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei in Berlijn. De insecten vliegen naar de lampen, raken daar uitgeput en worden een makkelijke prooi voor nabije roofdieren. Daardoor mist het achterland, dat anders regelmatig bezoek krijgt van de insecten, een belangrijke voedselbron.

Kleinschalige, goed gecontroleerde onderzoeken zoals deze hebben een belangrijke alarmfunctie. ‘Je zou hopen dat ze beleidsmakers ernstig doen nadenken over de impact van kunstlicht’, zegt Travis Longcore. Hij is als biogeograaf verbonden aan de University of Southern California.

Artificieel licht kan ook een impact hebben op de voordelen die ecosystemen ons te bieden hebben. Vorig jaar verscheen in Nature een studie over nachtinsecten in Zwitserland. Het onderzoek beschreef hoe ze planten niet langer bestoven in nachtelijke verlichte weiden.

Een team onder leiding van Eva Knop (Universität Bern, Institut für Ökologie und Evolution) ontdekte dat onder kunstlicht bijna twee derde minder insecten de planten bezochten. De bestuiving kon overdag die drastische afname niet compenseren. De planten brachten 13 procent minder vruchten voort. Knops team verwacht dat deze veranderingen gevolgen kunnen hebben voor de bestuivers die overdag actief zijn. Zij lopen gevaar doordat ze minder voedsel beschikbaar hebben. ‘Dit is een bijzonder belangrijk onderzoek,’ zegt Hölker. ‘Het demonstreert duidelijk dat nachtelijk kunstlicht een ware bedreiging is voor het bestuiven.’

Glimmende cirkels

Het grootste deel van onze planeet blijft gevrijwaard van direct artificieel licht, maar skyglow is veel meer verspreid. Het kan zo zwak zijn dat een mens het niet kan waarnemen, maar wetenschappers stellen wel dat het nog altijd 30 procent van de gewervelde en 60 procent van de ongewervelde nachtdieren kan bedreigen. Die dieren zijn bijzonder gevoelig voor licht.

Volgens Kevin Glaston heeft skyglow bijna zeker een impact op de biodiversiteit, omdat het niveau ervan aanzienlijk boven de grenzen ligt voor het triggeren van biologische reacties. ‘En toch is het momenteel nogal moeilijk om een studie uit te voeren die daar zwart op wit uitsluitsel over geeft.’

Hier komen we terug bij het experiment bij het woudmeer. Glimmende cirkels licht zweven boven cilinders die in het Stechlin-meer (in de Duitse deelstaat Brandenburg) verzonken zijn. Het licht imiteert skyglow. De experimentele opstelling is het werk van Andreas Jechow van Leibniz. Hij zocht een manier om zwak, gelijkmatig licht te creëren zonder daglicht te blokkeren of de toegang voor wetenschappers te verhinderen.

Jechow en zijn team vonden de oplossing in fotonische apparatuur. Mark Gessner, leider van het project The Lakelab en co-leider van zijn artificiële-lichtproject ILES (Illuminating Lake Ecosystems) zegt: ‘We waren ons als biologen te weinig bewust van hoe complex licht wel niet is als fysisch fenomeen. In het verleden zijn zelfs experimenten mislukt omdat de onderzoekers geen rekening hielden met het verschuivende licht van de maan.’

Het idee achter ILES was verder te gaan op de resultaten van een bekend onderzoek naar zoöplankton. Dat leeft overdag in diep, donker water en migreert
‘s nachts naar ondieper water om er zich met algen te voeden. Deze beweging wordt beschouwd als de grootste migratie van biomassa ter wereld.

In de jaren 1990 vond een onderzoek plaats in meren in de buurt van Boston. Het toonde aan dat skyglow de opwaartse verplaatsing van zoöplankton met zo’n twee meter doet afnemen en dat het aantal organismen dat zich verplaatst met 10 tot 20 procent afneemt. Deze gedragsverandering kan aan de basis liggen van een aantal fundamentele processen in meren, zoals bijvoorbeeld algenbloei.

De 24 cilinders van ILES – elk met een diameter van 9 meter – zien er vanaf het oppervlak uit als een viskwekerij. De onderzoekers verlichtten ze met verschillende niveaus van skyglow en maten met videocamera’s de verdeling van het minuscule plankton. Ze zagen dat skyglow geen groot effect had op de beweging van algen. ‘Dat kan te maken hebben met een gewijzigd migratiepatroon, maar daar ben ik nog niet zeker van’, zegt Gessner. ‘Als er al een effect is, dan lijkt het niet zo groot te zijn als we hadden verwacht.’

Het verrassende resultaat is typerend voor dit soort studies. Gessner wijst erop dat hun onderzoek nog maar een seizoen loopt. ‘Misschien moeten we ons geen zorgen maken, of misschien moeten we ons maar een beetje zorgen maken. We weten niet wat het effect van skyglow is op het leven in meren.‘

Schitterende toekomst

Er kunnen nog heel wat verbeteringen gebeuren. Zelfs de mate van blootstelling aan kunstlicht meten, blijkt nog lastig. In het veld kan het moeilijk zijn om te meten hoeveel licht een organisme ontvangt. Zo kan een vogel zich terugtrekken in de schaduw van een nabije boom om het licht te mijden. Daarom trachtten sommige onderzoekers om lichtmetertjes op vogels aan te brengen. Ze hoopten een beter idee te krijgen van de dosering.

Intussen komen meer onderzoeksresultaten binnen. Een ding blijft ecologen daarbij frustreren én inspireren: de remedie ligt binnen handbereik. Travis Longcore verzamelt momenteel gepubliceerde gegevens over de manier waarop verschillende soorten, zoals stormvogels en zeeschildpadden, op verschillende delen van het lichtspectrum reageren. Hij matcht de resultaten met de spectra die door verschillende types verlichting worden uitgestraald. Met die kennis wil hij advies verlenen bij beslissingen over verlichting – bijvoorbeeld over welk type lamp je best gebruikt op een brug en welk type in een kustplaats.

Ingenieurs en ecologen weten dat weloverwogen verlichting zijn taak perfect kan volbrengen zonder licht naar de hemel te verstrooien. Ledlichten kan je zo afstellen dat ze alleen bepaalde delen van het spectrum uitstralen. Je kunt ze ook van een afstand dimmen of uitschakelen. ‘Mijn visie is dat binnen dertig jaar de straten keurig verlicht zullen zijn – beter dan vandaag –, maar dat we daar maar een tiende van de huidige hoeveelheid licht voor nodig zullen hebben’, zegt Christopher Kyba. Dat zou goed nieuws zijn voor de ecosystemen, zegt Hölker, want duisternis is een van de belangrijkste krachten om de natuur vorm te geven. ‘De helft van onze planeet is altijd in duisternis gehuld. De nacht is de helft van het hele verhaal.’

© Nature Publishing Group