Monarchfalter-Wanderung unter Druck

Die mehrgenerationale Wanderung des Monarchfalters (Danaus plexippus) zwischen Kanada und Zentralmexiko gilt als eines der eindrücklichsten Beispiele umweltgesteuerten Verhaltens im Tierreich. Ein aktuelles Fachreview von Kayla Goforth, Vinaya Shetty, Michael Giannuzzi und Christine Merlin (Texas A&M University, Current Opinion in Neurobiology, 2026) fasst den Wissensstand zu drei neurobiologischen Schnittstellen zusammen, über die Umweltreize diese Wanderung steuern: die innere Uhr, die Bluthirnschranke und den Magnetkompass. Für jede Schnittstelle benennen die Autor:innen einen möglichen anthropogenen Störfaktor, Kunstlicht, Klimaerwärmung und hochfrequente elektromagnetische Felder. Die Autor:innen ordnen bestehende Befunde ein und leiten daraus prüfbare Hypothesen ab, wobei sie selbst betonen, dass diese drei Hypothesen sehr unterschiedlich gut abgesichert sind.

Der Wanderungszyklus: eine mehrgenerationale Reise

Monarchfalter aus dem östlichen Nordamerika fliegen im Herbst als einzelne Generation mehrere tausend Kilometer von Kanada und den nördlichen USA in die Überwinterungsgebiete in Zentralmexiko. Diese Herbstgeneration zeichnet sich durch reproduktive Diapause, verlängerte Lebensdauer und eine robuste Südorientierung anhand von Sonnen- und Magnetkompass aus. Nach der Überwinterung werden dieselben Falter reproduktionsfähig, kurzlebiger und fliegen nach Norden; die Rückwanderung in die nördlichen Verbreitungsgebiete erstreckt sich über mehrere Nachfolgegenerationen. Diese saisonalen Merkmale sind nicht genetisch fixiert, sondern werden durch Umweltsignale wie Photoperiode, Temperatur und Erdmagnetfeld über neuronale und endokrine Signalwege ausgelöst.

Drei neurobiologische Schnittstellen zwischen Umwelt und Verhalten

Als Schnittstelle bezeichnen die Autor:innen jenen Punkt, an dem ein Umweltreiz über ein biologisches System in eine physiologische oder Verhaltensänderung übersetzt wird. Drei solche Schnittstellen stehen im Zentrum des Reviews: die zirkadiane Uhr, die Bluthirnschranke und der Magnetkompass. Jede liefert einen naheliegenden Angriffspunkt für eine spezifische Form menschengemachter Umweltveränderung: Kunstlicht in der Nacht, Klimaerwärmung und hochfrequente elektromagnetische Störfelder.

Innere Uhr und Kunstlicht

Die zirkadiane Uhr wandelt Tageslicht und Photoperiode in tägliche und saisonale Reaktionen um. Bei Monarchfaltern stört die Ausschaltung von Kern-Uhrengenen nachweislich die photoperiodische Regulation der Fortpflanzung und die kurztagsinduzierte Diapause. Ein kürzlich beschriebener, uhrengesteuerter Vitamin-A-Signalweg im Gehirn vermittelt dabei die Erkennung der Photoperiode; ob das dabei gebildete Retinal als Sehfarbstoff wirkt oder, wie bei Säugetieren gezeigt, als Retinsäure-Ligand für nukleäre Rezeptoren die saisonale Physiologie transkriptionell reguliert, ist offen.

Die zirkadiane Uhr steuert zudem den zeitkompensierten Sonnenkompass: Uhren in den Antennen liefern die Zeitkompensation, die es dem Falter erlaubt, den Sonnenstand über den Tagesverlauf korrekt einzuordnen. Eine Dämpfung dieser Antennenuhr führt nachweislich zu fehlerhafter Orientierung.

Weil die Uhr zur Synchronisation auf Licht angewiesen ist, gilt künstliches Licht in der Nacht (ALAN, Artificial Light at Night), ein Merkmal besonders urbaner Umgebungen, als potenzielle Störquelle. Bei Vögeln ist ein negativer Effekt von ALAN auf Aktivität, Fressverhalten, zirkadiane Rhythmik und Zugverhalten in mehreren Studien belegt. Für Monarchfalter selbst existiert bislang eine einzige direkte Untersuchung: Parlin et al. (2022) liessen Falter nachts unter künstlicher Beleuchtung fliegen und beobachteten eine Reaktion, die derjenigen auf die Sonne tagsüber entspricht. Die ökologische Relevanz bleibt jedoch unklar: Monarchfalter migrieren unter natürlichen Bedingungen nicht nachts, und weil die Orientierung während der Lichtexposition selbst gemessen wurde, lässt sich eine akute Verhaltensreaktion nicht von einer echten Phasenverschiebung der inneren Uhr unterscheiden. Die Autor:innen fordern deshalb Folgeexperimente, die prüfen, ob ökologisch realistische ALAN-Exposition die Uhrenphase tatsächlich verschiebt und dadurch nachfolgendes Tagesverhalten beeinflusst.

Sollte ALAN den Vitamin-A-Signalweg im Gehirn desynchronisieren, könnte dies die Diapause-Induktion im Herbst destabilisieren, ein möglicher Beitrag zur Zunahme ganzjährig ansässiger, nicht wandernder Monarchpopulationen. Dieser Trend dürfte durch die wachsende Verwendung nicht heimischer, tropischer Seidenpflanzen in Gärten, die Falter ganzjährig zur Eiablage anlocken, zusätzlich verstärkt werden.

Bluthirnschranke und Klimaerwärmung

Der Wechsel von der herbstlichen Südorientierung zur nördlichen Rückwanderung im Frühling wird durch anhaltende Kälteexposition in den Überwinterungsgebieten ausgelöst. Bereits eine rund 26-tägige künstliche Kälteexposition genügt, um Herbstfalter zur Umkehr der Flugrichtung zu bewegen; unter warmen, herbstähnlichen Bedingungen gehaltene Falter behalten dagegen ihre Südorientierung bei (Guerra & Reppert, 2013).

Wie diese Kälteexposition zellulär in eine Verhaltensänderung übersetzt wird, war lange unklar. Ein aktueller, noch nicht in einer referierten Fachzeitschrift erschienener Preprint (Lugena et al., 2026, bioRxiv) beschreibt eine kältebedingte, saisonale Umbauung der Bluthirnschranke: verminderte Integrin-vermittelte Adhäsion, erhöhter Umsatz der extrazellulären Matrix und in der Folge eine erhöhte Durchlässigkeit. Diese Beobachtung deckt sich mit einer früheren genomischen Untersuchung, die eine Untereinheit von Kollagen Typ IV, einen zentralen Bestandteil der extrazellulären Matrix, als eines von drei Hauptkandidatengenen für das Wanderverhalten identifiziert hatte (Zhan et al., 2014).

Daraus leiten die Autor:innen die Hypothese ab, dass eine durchlässigere Bluthirnschranke zirkulierenden Botenstoffen den Zugang zu den kompassrelevanten Hirnschaltkreisen (Central Complex) erlaubt und so die Neukalibrierung des Sonnenkompasses ermöglicht. Ein direkter kausaler Nachweis zwischen Kälte, erhöhter Durchlässigkeit und tatsächlicher Umkehr der Flugrichtung steht jedoch noch aus; die Autor:innen selbst bezeichnen den Zusammenhang als «denkbar», nicht als belegt.

Für die Klimadebatte bleibt der Mechanismus unabhängig von dieser offenen Kausalfrage relevant: Weil der Kälte-Auslöser eine anhaltende, ausreichend tiefe Temperatur in den Überwinterungsgebieten voraussetzt, könnte eine Klimaerwärmung die Umkehr der Flugrichtung und damit die Rückwanderung im Frühling verzögern oder verhindern, unabhängig davon, ob die Bluthirnschranke dabei tatsächlich die vermutete Rolle spielt.

Magnetkompass und Hochfrequenzfelder

Monarchfalter orientieren sich primär am zeitkompensierten Sonnenkompass, verfügen jedoch zusätzlich über einen Magnetkompass, der als Rückfallebene bei bedecktem Himmel dienen oder den Sonnenkompass verfeinern könnte. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind, wie bei anderen Tierarten auch, nicht vollständig geklärt. Als wahrscheinlichster Mechanismus gilt die chemische Magnetorezeption: lichtinduzierte Elektronentransfers in Cryptochrom erzeugen Radikalpaare, deren Spinzustände auf das Erdmagnetfeld reagieren (Radikalpaar-Mechanismus). Wan et al. (2021) zeigten, dass das UVA- und blaulichtempfindliche Cryptochrom 1 (CRY1) für die magnetische Reaktion der Monarchfalter notwendig ist und in Augen wie Antennen exprimiert wird, den beiden Organen, die für diese Reaktion erforderlich sind.

Falls dieser Radikalpaar-Mechanismus zutrifft, könnte der Magnetkompass empfindlich auf oszillierende Magnetfelder im Hochfrequenzbereich reagieren, wie sie von drahtloser Kommunikationstechnik, Elektronik und Stromnetzinfrastruktur ausgehen. Bei mehreren magnetisch sensitiven Tierarten mit lichtabhängigem Magnetkompass ist eine Störung durch solche Hochfrequenzfelder tatsächlich dokumentiert, am bekanntesten bei einem wandernden Singvogel, dem Rotkehlchen (Engels et al., 2014, Nature). Granger et al. (2022) zeigten zudem, dass die natürliche Hochfrequenz-Rauschkulisse der Umwelt, unter anderem durch Sonnenaktivität und atmosphärische Blitzentladungen, Feldstärken erreichen kann, die im Laborexperiment nachweislich die Magnetorientierung stören.

Für Monarchfalter selbst existiert keine solche direkte Untersuchung. Die Bedenken der Autor:innen: Anthropogene Hochfrequenz-Feldstärke nimmt mit der Distanz zu bodennahen Quellen rasch ab, Monarchfalter fliegen bei ihrer Wanderung in grosser Höhe, und eine mögliche Redundanz zwischen Magnet- und Sonnenkompass könnte einen allfälligen Effekt zusätzlich abfedern. Zugleich erwägen sie die Möglichkeit eines indirekten Kopplungsmechanismus: Sollte sich der Magnetkompass am Sonnenkompass kalibrieren, könnte eine ALAN-bedingte Störung des Sonnenkompasses die Kalibrierung des Magnetkompasses ebenfalls indirekt beeinträchtigen. Von den drei diskutierten Schnittstellen ist dies damit jene mit der geringsten experimentellen Absicherung; die Autor:innen fordern deshalb ausdrücklich direkte Verhaltensexperimente zur Wirkung von Hochfrequenzfeldern auf die Magnetorientierung der Monarchfalter.

Wie gut ist das belegt?

Die drei Schnittstellen unterscheiden sich deutlich im Grad ihrer experimentellen Absicherung, ein Punkt, den die Autor:innen im Fazit hervorheben: Die Rolle der zirkadianen Uhr in der Wanderung ist wesentlich besser erforscht als die Mechanismen rund um die Bluthirnschranke oder die Magnetorientierung.

Einordnung: Bedeutung für die NIS-Debatte

Für die Schweizer NIS-Diskussion liefert das Review vor allem Kontext, keinen neuen Befund zu menschlicher Exposition. Die geltenden Grenzwerte der NIS-Verordnung (NISV) sind auf den Schutz des Menschen ausgelegt, nicht auf Wildtiere; eine allfällige Störung der Magnetorientierung bei Insekten oder Vögeln wird davon nicht erfasst. Das IBH hat mit der Studie von Lindecke et al. (2026, Science) zur Desorientierung wandernder Zwergfledermäuse durch Hochfrequenz-Rauschfelder bereits über einen vergleichbaren, deutlich besser experimentell abgesicherten Fall berichtet: Dort liess sich eine Störung der Zugorientierung unter kontrollierten Breitband-HF-Feldern unterhalb der ICNIRP-Referenzwerte direkt nachweisen, samt einem mehrstündigen Carryover-Effekt.

Das vorliegende Schmetterlings-Review bewegt sich auf einer anderen Ebene: Es formuliert eine plausible, aber unbewiesene Hypothese, für die keine artspezifischen Daten vorliegen.

Fazit

Das Review liefert ein nützliches Ordnungsraster für künftige Forschung, keine neuen experimentellen Befunde. Von den drei diskutierten Schnittstellen ist die zirkadiane Uhr am besten erforscht, die Bluthirnschranken-Hypothese stützt sich auf einen einzelnen, noch nicht referierten Preprint, und die Verbindung zwischen Hochfrequenzfeldern und Magnetkompass bleibt für Monarchfalter eine weiter zu prüfende Hypothese. Für die weitere Einordnung des ohnehin bereits bedrohten Wanderverhaltens (Habitatverlust, Klimawandel) sind gezielte Folgeexperimente wünschenswert, insbesondere direkte HF-Expositionsversuche an frei fliegenden oder in Orientierungskäfigen getesteten Faltern.