Viele Fluginsekten wandern saisonal und legen dabei teils gewaltige Strecken zurück. Insekten sind damit die kleinsten fliegenden Wandertiere der Erde, und doch können sie selbst bei ungünstigen Windverhältnissen vollkommen gerade Flugbahnen einhalten – das ergab eine neue Studie des Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie (MPI-AB) und der Universität Konstanz. In einem Flugzeug verfolgten die Forschenden mit Funksendern ausgestattete Nachtfalter über Strecken von bis zu 80 Kilometern – die bisher längste Strecke, über die ein Insekt in freier Wildbahn je durchgängig beobachtet werden konnte.

Durch die genaue Nachverfolgung der Nachtfalter während ihrer Wanderung lüftete die nun in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Pionierstudie das uralte Geheimnis, wie sich Insekten auf ihren Langstrecken-Wanderungen verhalten. Die Studie belegt, dass Totenkopfschwärmer ausgeklügelte Flugstrategien anwenden, um sich den herrschenden Windverhältnissen anzupassen und so ihre Flugrichtung über weite Strecken präzise einzuhalten. Die Ergebnisse lassen außerdem darauf schließen, dass Insekten in der Lage sind, auf ihren langen Reisen insgesamt sehr genau zu navigieren, indem sie sich durch einen inneren Kompass leiten lassen.

Methodisch eine große Herausforderung
Insekten gehören zu den zahlenmäßig am stärksten verbreiteten Wandertieren der Erde – mit Billionen von Individuen, die sich jährlich und teils über enorme Strecken auf Wanderschaft begeben. Zu ihnen gehören wohlbekannte Arten, wie der Totenkopfschwärmer, aber auch Arten von großer gesellschaftlicher und ökologischer Bedeutung, wie Heuschrecken, Mücken und Bienen. Doch obwohl die Zahl der migrierenden Insekten die der bekannteren Wandertiere – wie Zugvögel oder Fledermäuse – bei weitem übersteigt, ist ihr Wanderverhalten deutlich weniger erforscht.

Das Problem ist dabei größtenteils methodischer Natur. "Die Erforschung wandernder Insekten ist eine große Herausforderung", erläutert Dr. Myles Menz, Erstautor der aktuellen Studie, der die Untersuchungen am MPI-AB durchführte und jetzt als Dozent an der James Cook University in Australien tätig ist. "Sie sind normalerweise zu zahlreich, um sie zu markieren und wiederzufinden, und zu klein, um Ortungsgeräte zu tragen.“

Unser heutiges Wissen über die Wanderung von Insekten stammt zu großen Teilen aus Studien, bei denen die Insekten bzw. ihr Standort als einzelne Momentaufnahme erfasst wurden, z.B. per Radar oder durch direkte Beobachtung, weshalb weiterhin große Wissenslücken bestehen.

"Zu verstehen, was individuelle Insekten während ihrer Wanderung tun und wie sie dabei auf das Wetter reagieren, ist eine der großen Herausforderungen für die Forschung zum Wanderverhalten von Tieren."

Dr. Myles Menz

Streckenrekord in der Nachverfolgung
Die aktuelle Studie, bei der die Forschenden mit Funksendern versehene Insekten in einem Leichtflugzeug „auf Schritt und Tritt“ verfolgt haben, ist die erste, bei der die Wanderung freilebender, nachtaktiver Fluginsekten über einen längeren Zeitraum durchgängig beobachtet werden konnte. Entsprechend stellen die dabei erfassten Bewegungsdaten einen Rekord für die längste Strecke, über welche die kontinuierlichen Flugbahnen von Insekten im Feld nachverfolgt werden konnten, auf. Das Team aus Forschenden des MPI-AB und der Universität Konstanz sowie der Universität Exeter (Großbritannien) konzentrierte sich dabei auf den Totenkopfschwärmer – einen großen, nachtaktiven Falter, der auf seinen Wanderungen jedes Jahr bis zu 4000 Kilometer zwischen Europa und Afrika zurücklegt. Wie bei vielen Insekten üblich wird diese Strecke jedoch nicht von einzelnen Individuen, sondern generationsübergreifend zurückgelegt. Das bedeutet, dass kein Einzeltier die gesamte Route kennt.

© Christian Ziegler, Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie

Totenkopfschwärmer sind mit einem Gewicht von bis zu 3,5 Gramm für fliegende Insekten extrem groß und wurden mit winzigen Funksendern versehen, die nur 0,2 Gramm wiegen – weniger als 15% des Körpergewichts der Tiere.

Für seine Studie zog das Forschungsteam am MPI-AB in Konstanz die Raupen des Totenkopfschwärmers bis zum Erwachsenenstadium im Labor auf, um sicherzustellen, dass die Individuen naiv – also ohne Vorkenntnisse – waren. Im Erwachsenenstadium wurden die Tiere dann mit miniaturisierten Funksendern versehen, die lediglich 0,2 Gramm wogen – das entspricht weniger als 15 Prozent des Körpergewichts eines ausgewachsenen Totenkopfschwärmers. "Die Nahrung, die ein Falter jede Nacht aufnimmt, entspricht wahrscheinlich mehr als diesem Gewicht. Die Sender sind also für die Insekten sehr leicht", so Menz.

Nach Anbringung der Sender ließen die Forschenden die Falter frei und warteten auf deren Abflug. Dabei konzentrierten sie sich jeweils auf die Beobachtung eines einzelnen Tieres. Insgesamt verfolgte das Team so 14 Nachtfalter über Dauern von maximal vier Stunden und Strecken von bis zu 80 Kilometern – Distanzen, die für diese Tiere einzelne nächtliche Wanderflüge darstellen. Sie nutzten dafür an einer Cessna befestigte Antennen, um aus dem Flugzeug heraus alle fünf bis 15 Minuten den genauen Standort der Tiere zu ermitteln. Die Insekten wurden so in süd-südwestlicher Richtung von Konstanz bis in – und teils über – die Alpen verfolgt, was der Route der Totenkopfschwärmer in Richtung Mittelmeer und Nordwestafrika entspricht.

https://www.youtube.com/shorts/VtHu7XlZuR4

Nach der Besenderung wurden die Totenkopfschwärmer in Konstanz freigelassen und mit einem Leichtflugzeug über Strecken von bis zu 80 Kilometern in die Alpen verfolgt. Film von Myles Menz, Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie

Aufgrund ganz praktischer Einschränkungen, die sich beim Fliegen in einem Flugzeug ergeben, verfolgten die Forschenden die Nachtfalter jeweils so lange, bis die Insekten auf ihrer Route einen Zwischenstopp einlegten. "Wenn man sich in einem Flugzeug befindet, ist es nahezu unmöglich, darauf zu warten, dass die Insekten weiterwandern. Man müsste in dem Moment – der irgendwann inmitten der Nacht sein kann – ja bereits in der Luft sein", erläutert Prof. Dr. Martin Wikelski das Problem. Wikelski ist Ökologe am MPI-AB und der Universität Konstanz und steuerte das Flugzeug während der Messungen.

Nachtfalter als Navigationsexperten
Die Ergebnisse der aktuellen Studie konnten zeigen, dass die Nachtfalter während des Fluges über weite Strecken vollkommen gerade Flugbahnen einhielten. Das lag allerdings nicht daran, dass sie abwarteten, bis der Wind günstig im Rücken stand. Vielmehr setzten sie eine Reihe von Flugstrategien ein, um die vorherrschenden Winde zu kontern und so ihren Kurs die Nacht hindurch zu halten: Stand der Wind tatsächlich günstig, flogen sie hoch und langsam und ließen sich von der Luft tragen. Bei starkem Gegen- oder Seitenwind hingegen flogen sie niedrig und erhöhten ihre Geschwindigkeit, um die Kontrolle über den Kurs zu behalten.

„Jahrelang ging man davon aus, dass sich Insekten bei der Langstrecken-Wanderung hauptsächlich vom Wind treiben lassen. Wir konnten jedoch zeigen, dass Insekten echte Navigationsexperten sein können, die zum Beispiel den Vögeln ebenbürtig sind, und dass sie weit weniger anfällig für nachteilige Windbedingungen sind, als wir dachten.“

Dr. Myles Menz

Zur Forschungsmethodik führt er fort: „Durch den Beweis, dass es technisch möglich ist, einzelne Insekten während ihrer Wanderung durchgängig zu verfolgen und ihr Flugverhalten im Detail zu beobachten, hoffen wir, weitere ähnliche Studien anzuregen, um die vielen weiteren offenen Fragen in diesem Bereich zu beantworten."

Für die Autoren der Studie wird der nächste Schritt darin bestehen, der Frage nachzugehen, wie Totenkopfschwärmer die Richtung zu ihren Zielorten bestimmen, um diese geradlinig anzufliegen. „Ausgehend von früheren Laborarbeiten besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass die Insekten interne Kompasse verwenden, sowohl visuelle als auch magnetische, um ihre globalen Flugwege festzulegen“, sagt Menz.