Insekten und Infrarot

[
von Oyang Teng

Der Insektenkundler Philip S. Callahan hat sein gesamtes Lebenswerk einem Forschungsgebiet gewidmet, das er selbst „umgekehrte Bionik“ nannte: Er untersuchte die Eigenschaften menschlicher Erfindungen, um die in der Natur für ähnliche Zwecke benutzten Einrichtungen zu verstehen. Aufgrund seiner Erfahrungen als Radiotechniker der U.S. Air Force während des Zweiten Weltkriegs, als er sich mit Antennenelektronik und abgestimmten Schwingungskreisen beschäftigte, kam er zu der Erkenntnis, daß die Sensillen von Insekten (jene winzigen, mikrometerkleinen Strukturen an Körper und Antennen von Insekten) ebenfalls funktionsfähige elektromagnetische Antennen sind, die es Insekten ermöglichen, sich mit Hilfe von Infrarotfrequenzen – und nicht mit chemischen „Duftstoffen“ als solchen – „in der Natur zurechtzufinden“.

Nach Callahans Darstellung bietet der Infrarotbereich – mit seinen 17 Oktaven die größte Region des elektromagnetischen Spektrums – fruchtbare Ansätze, um zu untersuchen, wie die Biosphäre funktioniert:

„Was das gesamte Universum angeht, so ist natürlich alle Strahlung natürlich, weil sie von der Sonne und den Sternen kommt. Was unsere Lebensumwelt angeht, so besteht jedoch die Strahlung, die für unsere Körper natürlich ist, aus dem riesigen Meer sichtbaren Lichts und Infrarotstrahlung, in dem wir unser Leben beginnen, leben und beenden, und das uns Tag und Nacht umgibt. Das natürliche Nachtlicht ist für unsere Körper und für alle Lebewesen genauso wichtig wie das Tageslicht, denn wie sich aus dem Spektrum irdischer Strahlung ablesen läßt, ist die Nacht – genauso wie der Tag – überwiegend eine Infrarotumgebung.“^[1]

Das Infrarotlicht (= „unterhalb von rot“) war 1800 von dem Astronomen Friedrich Wilhelm Herschel bei Brechungsexperimenten entdeckt worden, wodurch erstmals die Existenz „unsichtbaren Lichts“ nachgewiesen wurde. Jeder Gegenstand über dem absoluten Nullpunkt (0° K) gibt Infrarotstrahlung ab. So kann zum Beispiel das Spitzer-Weltraumteleskop der NASA Infrarotsignale entfernter Himmelskörper auffangen, indem es durch dazwischen liegende Staubwolken hindurchschaut, die zwar das sichtbare Licht abschirmen, aber für bestimmte Infrarotbänder durchlässig sind.

Eine Besonderheit unserer unsichtbaren irdischen Umwelt besteht darin, daß Gasmoleküle in der Atmosphäre durch infrarote, sichtbare und ultraviolette Strahlung stimuliert werden. Diese in unserer Umwelt allgegenwärtige Strahlung

„regt sie zum Schwingen in vielen unbekannten Farbfrequenzen an – nicht den sichtbaren Farben von rot oder blau oder grün, sondern in ,Infrarotfarben’ viel längerer Wellenlängen. Hätten wir Infrarot-Augen, würden wir diesen Farben Namen geben – diesem Schein wunderschöner, psychedelischer Infrarotfrequenzen, die von Antennen genauso leicht empfangen werden können wie sichtbares Licht durch die Zapfen und Stäbchen unserer Augen.“^[2]

Diese schwachen Fluoreszenzen sind ein entscheidender Bestandteil der Kommunikation und Navigation von Insekten, eine Entdeckung, die Callahan mit Hilfe von Laborexperimenten gelang, bei denen er Pheromone und andere organische Gase mit schwachem UV-Licht bestrahlte und die Reaktion von Nachtfaltern (die ebenfalls im UV-Spektrum sehen können) beobachtete. Weitblickend bemerkte er hierzu:

„Genau solche unbekannten Naturgeheimnisse wie diese wird erst die Weltraumforschung für uns enthüllen. Der Insektenkundler und der Weltraumwissenschaftler müssen eine neue und feste Partnerschaft bilden, um zusammen die Geheimnisse der Natur zu studieren.“

In der Luft fliegende Moleküle können eigentümliche und zarte elektromagnetische „Infrarotfarben“ in Form kohärenter, schwacher laserähnlicher Strahlung abgeben.

„Das Wort Laser bezieht sich auf Licht, weil Laser im sichtbaren Bereich die vom Menschen am häufigsten gebrauchten sind. Es ist jedoch viel einfacher, Moleküle zu lasen, die Absorptionsbänder im Infrarotbereich des Spektrums haben, und Tatsache ist, daß es viel mehr Möglichkeiten gibt, Infrarotstrahlung als sichtbares Licht zum Lasen anzuregen. Das trifft zu, weil es einfacher ist, energieschwächere als energiereichere Wellenlängen zu stimulieren. Röntgen- und UV-Laser erfordern extrem energiestarke Pumpquellen, wohingegen Infrarotlaser lediglich Pumpstrahlung im sichtbaren oder nahen UV-Bereich brauchen… Lockstoffe sind in meinen Augen eine Welt von flüchtig-schwebendem Dunst, der in vielen, vielen unterschiedlichen Infrarotfarben leuchtet und von einem Geruchsorgan wie der Insektenantenne verstärkt und gesammelt werden kann. Die Antennen-Sensillen sind wie ein Resonanzsystem auf diese Infrarotfrequenzen abgestimmt. Entsprechend habe ich den Begriff ,maserähnliche Frequenzen’ für die Duftstoff-Infrarotfarben geprägt, die wir erst Anfang der 70er Jahre feststellen konnte.“^[3]

Wie nehmen aber Insekten diese Frequenzen wahr? Schwingende Gasmoleküle, seien es Pheromone oder andere organische Duftstoffe, verbreiten sich in der Atmosphäre und sammeln sich auf oder nahe den Insektenantennen (die aufgrund ihres wachsartigen Überzugs eine statische elektrische Ladung haben) an, wo sie ihre spezifischen Infrarotfrequenzen an den Sensilla-Antennen/Wellenleitern entlangsenden. Die Frequenz des abgegebenen Infrarot verändert sich in Abhängigkeit zur Konzentration und Temperatur des Gases (es kühlt sich mit zunehmender Ausbreitung ab), wobei Informationen über Richtung und Entfernung zur emittierenden Quelle weitergegeben werden, sei diese Quelle eine Pflanze, ein Stück Aas oder ein potentieller Gattungspartner. Offenbar können Insekten außerdem die ankommenden Frequenzen durch das Schlagen ihrer Flügel und begleitendes Zittern ihrer Antennen modulieren, und ihr ständiges Reiben der Füße und Antennen dient dazu, die Empfangsqualität von Infrarotfrequenzen zu verbessern, indem so Schmutzteilchen und Wassertröpfchen entfernt werden.

Callahans Entdeckungen haben erhebliche Bedeutung für die Schädlingsbekämpfung in der Landwirtschaft, besonders in kritischen Gegenden wie Afrika. Aber genauso ließe sich dadurch unser Verständnis über die grundlegende Natur der elektromagnetischen Strahlung selbst erweitern. Es gibt zwar eine enge Analogie zwischen Antennen, die der Mensch für die elektronische Kommunikation benutzt, und den Antennen in der Welt der Insekten, aber der direkte Vergleich hat seine Grenzen, da Lebewesen keine einfachen Schwingkreise sind. Die weitere Erforschung der Wechselwirkung zwischen Infrarot- und anderer Strahlung i mit spezifisch biologischen Prozessen dürfte unser Verständnis solcher Strahlungsphänomene revolutionieren, da wir diese derzeit nur mit Hilfe von Messungen mit „toten“ Instrumenten definieren. Callahans Entdeckungen lassen bereits eine teilweise Versöhnung zwischen „chemischen“ und „elektromagnetischen“ Effekten erkennen, denn deren Unterscheidung dürfte – wie im Falle von Duftstoffen – nicht so scharf sein, wie gewöhnlich angenommen.

Weiterer Verweis:

Phillip S. Callahan, “Insects and the Battle of the Beams,” Fusion, September-October 1985, S. 27-37. Auf deutsch: „Insekten und die ,Schlacht der Strahlen’” in Fusion 1/1986.