Disruptive effects of brief radiofrequency noise exposure on migratory bat navigation.

Eine neue Studie der Universität Oldenburg, untersucht die Auswirkungen derselben Frequenzen, die bei Vögeln als störend erkannt wurden, auf die Navigation von Fledermäusen. Zuvor wurde nachgewiesen, dass sehr schwache Breitbandsignale im Bereich von 50 bis 85 MHz den lichtabhängigen Magnetkompass von Singvögeln (der Kryptochrome in der Netzhaut verwendet) stören. Dieser Frequenzbereich liegt zwar nicht im Bereich der Mobilfunkfrequenzen, ist jedoch vorhanden und in städtischen Gebieten (im Vergleich zu Wildnisgebieten) stärker verbreitet, was zum Teil auf Stromleitungen und UKW-Rundfunk zurückzuführen ist. Die orientierungsstörenden Effekte wurden deutlich unterhalb der aktuellen ICNIRP-Referenzwerte festgestellt. Während eindeutig nachgewiesen wurde, dass der magnetische Kompass in der Netzhaut von Vögeln auf dem Kryptochrom CRY4 beruht, ist der magnetische Sinn von Säugetieren weniger erforscht. Einige Studien an Nagetieren und anderen Säugetieren deuten auf die Nutzung von CRY2 hin. Daher ist es wichtig zu verstehen, ob und wie wildlebende Säugetiere auf elektromagnetische Strahlung reagieren, die gemäß den ICNIRP-Richtlinien als für den Menschen unbedenklich gilt. Die Auswirkungen künstlicher elektromagnetischer Felder auf Menschen und Tiere wurden bislang vor allem bei unmittelbarer Exposition untersucht, und es bleibt zu klären, ob die Exposition auch nach dem Abklingen noch Verhaltensnachwirkungen hervorrufen könnte. Fledermäuse sind ein ideales Säugetier-Vergleichsmodell für solche Forschungen, da sie hinsichtlich der zurückgelegten Entfernungen und der ökologischen Herausforderungen, denen sie gegenüberstehen, viele Gemeinsamkeiten mit kleinen, nachtaktiven Zugvögeln aufweisen.

Die Experimente wurden im Laufe von vier Herbstzugzeiten an der Ostseeküste durchgeführt (2021–2024). Insgesamt wurden 165 erwachsene Fledermäuse der Art Pipistrellus pygmaeus an der ornithologischen Station Pape in Lettland gefangen. Die Wissenschaftler wählten für die Exposition zwei Standorte mit Blick auf die Ostsee aus, wobei die beiden Standorte etwa 100 m voneinander entfernt waren. Um zu verhindern, dass die Fledermäuse vor oder nach der experimentellen Behandlung den Himmel beobachten konnten, wurden sie sorgfältig abgedeckt und in schwarze Leinensäcke gesteckt, sofern sie sich nicht in den Expositionskäfigen befanden. In den Jahren 2021 und 2022 erfolgte die Exposition gegenüber elektromagnetischem Rauschen während der Kalibrierungsphase bei Sonnenuntergang. In der Saison 2023 wurde die EMF-Exposition nach Sonnenuntergang durchgeführt. Alle Fledermäuse konnten somit den Sonnenuntergang vom selben Standort aus beobachten. In der Saison 2024 beschränkte sich die EMF-Exposition auf die Startphase. In allen vier Saisonen wurde dieselbe Ausrüstung zur EMF-Exposition verwendet. In den ersten drei Saisonen blieb der Aufbau identisch. Die Fledermäuse wurden in einer nichtmagnetischen Box platziert, die 1 Meter von der Sendeantenne (doppelt gewickelte Magnetschleife) entfernt war. Die Sendeantenne war an einen Signalgenerator angeschlossen, der so eingestellt war, dass er elektromagnetisches Rauschen (0,01–300 MHz, Feldstärke 1 nT bzw. 0,3 V/m) aussendete. In der vierten Saison wurde der Versuchsaufbau so modifiziert, dass die Fledermäuse dem EMF-Rauschen erst nach ihrer Freilassung aus der Orientierungsvorrichtung – einer kreisförmigen Arena  (umgebaute mongolische Jurte) – ausgesetzt waren. Nachdem die Fledermaus in die Jurte gesetzt worden war setzte der Versuchsleiter das Tier von außerhalb der Jurte frei. Der Versuch ermöglichte es, die Orientierung der Tiere anhand der Spuren zu erfassen, die sie auf einer 360°-dünnen Kreideschicht am Rand der runden Arena hinterlassen hatten, d. h. anhand der Fußabdrücke. Für alle Gruppen wurdern die mittleren Orientierungen mithilfe der Oriana-Software für zirkuläre Statistik analysiert. Der Rayleigh-Test wurde angewendet, um zu beurteilen, ob die Datensätze in einer der getesteten Gruppen von einer gleichmäßigen kreisförmigen Verteilung abwichen. Um den Gesamteffekt auf die Navigation der Fledermäuse zu bewerten, wurde eine Analyse der Datenstreuung über alle Jahre der Studie hinweg durchgeführt. Hypothese: Die Autoren erwarteten, dass Fledermäuse in den Gruppen „Sonnenuntergang“ und „Abflug“ einen beeinträchtigten Orientierungssinn aufweisen und später in der Nacht in zufällige Richtungen abfliegen würden. (Die gleiche Forschergruppe hat in vorherigen Studien mit derselben Fledermausart gezeigt, dass diese ihren Magnetkompass bei Sonnenuntergang anhand der Position der Sonne kalibrieren muss, damit die Magnetfeldnavigation funktioniert.) Umgekehrt sagten sie voraus, dass sich Fledermäuse der Gruppe „nach Sonnenuntergang“ in eine ähnliche Richtung orientieren würden wie die Kontrolltiere, da sie während der kritischen Phase bei Sonnenuntergang und beim späteren Abflug in der Nacht unveränderten Zugang zu Umweltreizen hatten.

Im ersten Jahr der Studie flogen die Fledermäuse der Kontrollgruppe in nördlicher Richtung ab; im zweiten, dritten und vierten Jahr betrug die mittlere Flugrichtung jeweils Südosten, Südwesten und Süden. In jeder der Kontrollgruppen der vier Migrationssaisons wurden signifikante Abweichungen von einem gleichmäßigen Muster festgestellt, nicht jedoch in den jeweiligen behandelten Gruppen. In beiden Saisonen flogen Fledermäuse, die den natürlichen Sonnenuntergang unter EMF-Exposition beobachteten, anschließend in zufällige Richtungen los (gleichmäßige kreisförmige Verteilung). Entgegen der Hypothese zeigten die Fledermäuse kein orientiertes Startverhalten, nachdem sie den Sonnenuntergang unter natürlichen geomagnetischen Feldbedingungen erlebt hatten, gefolgt von EMF-Exposition und Freilassung innerhalb von 2 bis 6 Stunden nach der Exposition. Ihre Flugrichtungen waren nicht von einer Gleichverteilung zu unterscheiden, im Gegensatz zur Kontrollgruppe, deren Verteilung einer symmetrischen, südlich-ausgerichteten Verteilung ähnelte. Über alle Jahre der Studie hinweg wurde ein deutlicher Unterschied zwischen den kombinierten Kontroll- und Behandlungsgruppen beobachtet.

Die hier beschriebenen Experimente zeigen, dass die Exposition gegenüber leistungsschwachem elektromagnetischem Rauschen die Orientierung von Fledermäusen noch mehrere Stunden nach der Expositionsphase stört. Dies hat weitreichende Konsequenzen und wirft zahlreiche Fragen auf. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein Nachwirkungseffekt von schwachem breitbandigem HF-Rauschen eine Rolle beim Bewegungsverhalten und bei der Navigationsentscheidung von Tieren spielen könnte. Die Tatsache, dass die Orientierung unabhängig davon gestört ist, ob die Exposition während der entscheidenden Kalibrierungsphase oder danach stattfand, deutet darauf hin, dass das Ergebnis auf einer Wechselwirkung zwischen der Wirkung auf den Magnetorezeptor und der anschließenden verhaltensbezogenen Interpretation dieser Wirkung beruht. Die genauen Mechanismen, wie eine kurze Exposition gegenüber elektromagnetischem Rauschen eine Störung des magnetischen Kompasses über mehrere Stunden hinweg hervorrufen kann, sind noch nicht geklärt. Nach einem einfachen, auf Kryptochrom basierenden Magnetkompass mit Radikalpaaren sollte dies eigentlich nicht möglich sein. Daher verdeutlicht diese Entdeckung eine Lücke zwischen den Vorhersagen der Quantenmechanik und dem Tierverhalten, zwischen Theorie und Experiment. Zumindest bei Fledermäusen sind die Auswirkungen der Exposition noch nahezu unerforscht, könnten jedoch bei einigen Phänomenen eine Rolle spielen, wie beispielsweise bei den sogenannten Invasionen von Zwergfledermäusen, die seit dem späten 20. Jahrhundert in europäischen Städten immer häufiger beobachtet werden. Als Einschränkung weisen die Autoren darauf hin, dass sie wandernde Fledermäuse in einem Flugraum ohne Orientierungshinweise getestet haben, d. h. ohne Zugang zu anderen Navigationshinweisen wie Sternen oder der natürlichen Geräuschkulisse. Daher könnte es sein, dass zusätzliche Orientierungshinweise in einer natürlichen Umgebung die durch Hochfrequenzstrahlung verursachte Desorientierung abmildern. Unabhängig vom konkreten Grund für den beobachteten Carryover-Effekt sind die potenziellen ökologischen Folgen der hier gezeigten Störung besorgniserregend, da sich die aktuellen Expositionsgrenzwerte ausschließlich auf Menschen beziehen, wodurch Wildtiere selbst innerhalb der Grenzen dieser Richtlinien gefährdet bleiben. (AT)

Anmerkungen der Redaktion:

Ein auf Kryptochrom basierender Magnetkompass ist in der Regel nur tagsüber (und bei trockenem Wetter) von Nutzen, da CRY durch das blaue Licht des Sonnenlichts aktiviert werden muss. Einige Insekten verfügen über einen Mechanismus, um diese Einschränkung zu umgehen, wobei die Details noch unbekannt sind [1]. Da sich das Erdmagnetfeld im Laufe geologischer Zeiträume oft katastrophal umgepolt hat, und da Sonneneruptionen und damit verbundene Phänomene das natürliche Erdmagnetfeld (und die Schumann-Resonanz) im Durchschnitt an einigen Tagen pro Jahr stark stören können, scheinen die meisten Tiere im Allgemeinen über zwei Arten von magnetischen Sensoren zu verfügen: solche auf Kryptochrom-Basis und solche auf Magnetit-Basis, sowie verschiedene andere (sensorische) Wege wie sie ihren Magnetkompass kalibrieren können, z.B. am Stand der Sonne oder der Sternkonstellationen am Nachthimmel. Diese neue Studie an Fledermäusen findet sehr ähnliche Befunde wie frühere Studien an Zugvögeln – dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass Fledermäuse auch Cryptochrom (jedoch CRY2, nich CRY4, was nur Vögel besitzen) für ihren Magnetkompass verwenden, wobei mehrere Arten bekannt sind (Schildkröten, Termiten [2], auch der Mensch [3, 4]) die sowohl einen Cryptochrom- als auch Magnetit-Kompass besitzen. Bedenklich ist, dass die Störung des Magnetsinns bei Zugvögeln, und wie hier, Fledermäusen, schon bei sehr geringen Feldstärken stattfindet – 1 nT, dh. 0,3 V/m bzw. etwa 240 μW/m² für Radiowellen im UKW-Band und langwelligere Niederfrequenzen. Bedenklich ist auch, dass die Störung für mehrere Stunden nach der EMF-Exposition bestehen bleibt. Es wäre sicherlich lohnenswert, den Magnetsinn von Fledermäusen und anderen Säugetieren gezielt zu untersuchen, da der Mensch auch dieser Tiergruppe angehört. (AT)

1. Netusil R, Tomanová K, Chodáková L, Chvalová D, Doleel D, Ritz T, and Vácha M. Cryptochrome-dependent magnetoreception in a heteropteran insect continues even after 24 h in darkness. J Exp Biol. 2021; 224:jeb243000. DOI: 10.1242/jeb.243000

2. Gao Y, Wen P, Cardé RT, Xu H, Huang Q. In addition to cryptochrome 2, magnetic particles with olfactory co-receptor are important for magnetic orientation in termites. Communications Biology. 2021 Sep 23;4(1):1121.

3. Chae KS, Kim SC, Kwon HJ, Kim Y. Human magnetic sense is mediated by a light and magnetic field resonance-dependent mechanism. Scientific reports. 2022 May 30;12(1):8997.

4. Wang CX, Hilburn IA, Wu DA, Mizuhara Y, Cousté CP, Abrahams JN, Bernstein SE, Matani A, Shimojo S, Kirschvink JL. Transduction of the geomagnetic field as evidenced from alpha-band activity in the human brain. eneuro. 2019 Mar 1;6(2).