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Melatonin taktet die innere Uhr, dank eines hohen Melatoninspiegels werden Menschen abends müde. Melatonin ist auch bei Tieren wichtig für den Biorhythmus. Künstliches Licht bei Nacht – Lichtverschmutzung – kann die Bildung von Melatonin bei Fischen schon bei sehr niedrigen Lichtintensitäten unterdrücken, fanden Forschende des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) heraus.
Melatonin prägt den Tag-Nacht-Rhythmus beim Menschen und bei Wirbeltieren. Organe, Gewebe und Zellen stellen abhängig von der Konzentration dieses Hormons ihre innere Uhr. Dadurch steuert Melatonin auch Prozesse wie Fortpflanzung und Wachstum. Über Lichtrezeptoren, beispielsweise auf der Netzhaut im Auge, nehmen Wirbeltiere und der Mensch Unterschiede in der Helligkeit ihrer Umgebung wahr. Wenn viel Licht auf die Rezeptoren trifft, wird die Bildung von Melatonin unterdrückt, bei Dunkelheit hingegen wird viel Melatonin gebildet. Künstliches Licht bei Nacht kann den Melatoninhaushalt stören.
Das Team vom IGB untersuchte die Melatoninbildung von Europäischen Flussbarschen. Tagsüber herrschte für alle Tiere Tageslicht, nachts variierte die Beleuchtung je nach Gruppe: Die Kontrollgruppe verbrachte die Nacht in vollkommener Dunkelheit, die anderen drei Gruppen waren Lichtintensitäten von 0,01, 0,1 und 1 Lux ausgesetzt. Nach 10 Tagen bestimmten die Forschenden die Melatoninkonzentrationen im Abstand von drei Stunden über 24 Stunden hinweg. Das Ergebnis: Schon die geringste Beleuchtungsintensität von 0,01 Lux verringerte die Melatoninbildung, bei den höheren Beleuchtungsintensitäten reduzierte sich Melatonin stufenweise immer stärker.
Dazu im Vergleich die Beleuchtungsstärken, die Lebewesen in der Nacht erfahren: In einer sternenklaren Nacht liegt die Beleuchtungsstärke bei weniger als 0,001 Lux. In einer Vollmondnacht erreicht sie ein Maximum von 0,3 Lux. Die Lichtglocke einer Stadt kann Beleuchtungsstärken bis zu 1 Lux und mehr, eine Straßenbeleuchtung sogar bis zu 150 Lux erreichen.
Schon die nächtliche Lichtglocke von Städten unterdrückt die Melatoninbildung:
„Das Erstaunliche ist, dass die Intensitäten der Lichtglocke einer Stadt ausreichen, um die Melatoninbildung bei Fischen zu unterdrücken“, sagt Erstautorin Franziska Kupprat vom IGB. Von dieser Art Lichtverschmutzung sind weltweit große Areale betroffen. Denn das Licht von künstlicher Beleuchtung strahlt in den Himmel und wird an Wolken und Partikeln reflektiert, wodurch eine große Lichtglocke entsteht, die über den eigentlichen Beleuchtungsradius der Lichtquelle hinausgeht.
Auf die Rhythmik der Melatoninbildung hatte die Beleuchtungsintensität keinen Einfluss. Bei allen Tieren stieg die Melatoninbildung im Laufe des Nachmittags an und erreichte ihren Maximalwert in der Nacht. „Frühere Studien haben gezeigt, dass höhere Intensitäten von nächtlicher Beleuchtung wie 10 und 100 Lux auch die Melatoninrhythmik der Flussbarsche beeinflussen, da das nachts gebildete Melatonin so stark reduziert wurde, dass kein Unterschied mehr zu den niedrigen Tageswerten messbar war“, erläutert Dr. Franz Hölker vom IGB.
Fische verschlafen einen Großteil ihres Lebens, man sieht es nur nicht, da sie keine Augenlider haben. Wie auch bei anderen Lebewesen dient ihnen der Schlaf zur Regeneration. Studienleiter Professor Werner Kloas vom IGB erläutert die Auswirkungen eines gestörten Melatoninhaushalts: „Ob Stadt-Fische durch Lichtverschmutzung unter einem Schlafdefizit leiden, können wir mit unseren bisherigen wissenschaftlichen Methoden nicht bewerten. Wir vermuten es allerdings, da Melatonin ein wichtiger Einflussfaktor für den Schlaf von Wirbeltieren ist, auch von Fischen. Sicher ist, dass andere Körperfunktionen wie die Immunabwehr, das Wachstum und die Fortpflanzung durch eine veränderte Melatoninbildung gestört werden können.“
Franziska Kupprat
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Doktorandin
Abteilung Ökophysiologie und Aquakultur
E-Mail: kupprat@igb-berlin.de
PD Dr. Franz Hölker
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Leiter der Forschungsgruppe Lichtverschmutzung und Ökophysiologie
Abteilung Ökohydrologie
E-Mail: hoelker@igb-berlin.de
Franziska Kupprat, Franz Hölker, Werner Kloas (2020). Can skyglow reduce nocturnal melatonin concentrations in Eurasian perch? Environmental Pollution, Volume 262 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114324
Flussbarsche reagieren empfindlich auf Lichtverschmutzung.
Michael Feierabend
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Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars, Students, Teachers and pupils, all interested persons
Biology, Environment / ecology, Nutrition / healthcare / nursing, Physics / astronomy, Zoology / agricultural and forest sciences
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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