Can you see me? Sexual signalling in an artificially lit world

Abstract

Habitat destruction, climate change, and pollution; our natural environments are increasingly affected by human activity in one form or another, with different anthropogenic disturbances constantly becoming both more common and increasing in their intensity. Such quick environmental changes make adaptation challenging for the affected organisms. When an organism encounters novel conditions that are different from those of its recent evolutionary past, it may lack the phenotypic or genetic variation to react in an appropriate way. Often a change in behaviour is the first reaction to an altered environment. As sexually selected behaviours often are closely tied to the current environmental conditions, reproductive success in altered environments thus depends on how well the organisms succeed in adjusting, and possibly genetically adapting, to the new conditions.

Artificial light at night (ALAN) changes both the spectral, spatial, and temporal distribution of ambient light in nocturnal environments. As ambient light commonly is used as an important environmental cue, ALAN is known to disturb a range of behaviours and signals in many organisms, with nocturnal species dependent on darkness likely to be especially vulnerable. An example of such a vulnerable group is fireflies and glow-worms, which use bioluminescent signals in their courtship. In this thesis, I investigate the effects of light pollution on mate attraction in the common glow-worm (Lampyris noctiluca), a charismatic beetle whose flightless females glow in the dark to attract flying males. This species has been proposed to be in decline due to various reasons, including light pollution.

I found that artificial light affects both males and females, with males being significantly less likely to find a mate under light pollution, and females both hiding more and glowing less compared to natural darkness. Furthermore, I found that both the intensity, colour and duration of light affects mate attraction success. These results indicate that ALAN disturbs mate attraction in the common glow-worm, and that this species lacks adaptive behavioural responses to light pollution. In the long term, these negative effects on mate attraction have the potential to not only affect reproduction, but also the population, negatively. Nevertheless, using less intense lights with longer wavelengths for shorter periods seem promising solutions for limiting the adverse effects of light pollution on sexual signalling in this species.

As animals might lack adaptive behavioural responses to rapid anthropogenic environmental changes, and genetic adaptation alone is unlikely to solve the negative consequences caused by light pollution, research dedicated to the subject is of utmost importance for the planning and application of appropriate mitigation measures.

Elinympäristöjen häviäminen, ilmastonmuutos ja erilaiset saasteet; ihmistoiminta vaikuttaa nykyään lähes kaikkiin luonnollisiin ympäristöihin tavalla tai toisella. Kun ympäristö muuttuu nopealla tahdilla, sopeutuminen uusiin olosuhteisiin osoittautuu usein siellä eläville eliöille haastavaksi. Vaihtoehdot ovat kuitenkin vähissä: sopeudu – tai häviä. Usein muutos käyttäytymisessä on ensimmäinen reaktio muuttuneeseen ympäristöön, sillä geneettinen sopeutuminen vaatii yleensä enemmän aikaa. Koska seksuaalivalinnan alainen käytös usein on tiiviisti sidottu vallitseviin olosuhteisiin, lisääntymismenestys muutetussa ympäristössä riippuu pitkälti siitä, miten hyvin eliöt onnistuvat mukautumaan uusiin olosuhteisiin.

Yöllinen keinovalo tuo valoa sinne, missä sitä ei luonnollisesti esiintyisi. Keinovalosta on ihmisille paljon hyötyä, mutta silloin kun sitä käytetään enemmän kuin olisi tarkoitus tai tarvetta, syntyy valosaastetta. Koska monet eliöt hyödyntävät valon luonnollisia vaihteluita toimintojensa ajoittamiseen, valosaaste voi häiritä muun muassa eläinten käyttäytymistä ja kommunikaatiota. Yöaktiiviset eläimet ovat erityisen herkkiä valosaasteelle. Esimerkkejä tällaisista, haavoittuvasta eläimistä ovat kiiltomadot ja tulikärpäset, jotka hyödyntävät bioluminesenssia, eli itse tuotettua loistetta, parinvalinnassaan.

Väitöskirjassani tutkin kenttä- ja laboratoriokokeiden avulla, miten valosaaste vaikuttaa kiiltomatojen loisteeseen ja kykyyn löytää toisensa. Kiiltomadot ovat kiehtovia kovakuoriaisia, joiden naaraat hohtavat vihreää valoa houkutellakseen luokseen lentäviä koiraita. Koska laji on riippuvainen pimeästä, valosaaste on kiiltomadoille mahdollinen uhka.

Sain selville, että valosaaste vähentää kiiltomatojen mahdollisuuksia löytää kumppania. Koiraiden on haastavaa löytää loistavia naaraita valojen alla, mutta pimeään siirtymisen sijaan naaraat piilottelevat enemmän ja loistavat vähemmän verrattuna luonnolliseen pimeyteen. Tämän lisäksi huomasin, että valon kesto, väri ja kirkkaus vaikuttivat vahvasti siihen, miten kiiltomadot reagoivat valoon.

Tutkimukseni tulokset viittaavat siihen, etteivät kiiltomadot pärjää valosaasteelle. Jos lisääntyminen vaikeutuu, tämä saattaa pidemmällä aikavälillä näkyä kiiltomatojen määrän vähenemisenä. Käyttämällä himmeämpiä valoja, pidempiä aallonpituuksia (keltaista ja punaista valoa) ja pitämällä valoja päällä vain silloin kun niitä aidosti tarvitaan, valosaasteen vaikutuksia voi vähentää huomattavasti. Tästä eivät hyödy pelkästään kiiltomadot, vaan myös muut pimeästä riippuvaiset lajit.

Krympande livsmiljöer, ett klimat i förändring och olika slags föroreningar; nästan alla våra naturliga miljöer påverkas idag av mänsklig aktivitet på ett sätt eller annat. När miljön förändras i snabb takt visar det sig ofta svårt för de drabbade organismerna att anpassa sig till de nya omständigheterna. Alternativen är få: anpassa dig – eller försvinn. Ofta är ett förändrat beteende den första reaktionen på en förändrad miljö, eftersom genetisk anpassning vanligen kräver mer tid. Då sexuellt selekterade beteenden ofta är starkt bundna till de rådande omständigheterna beror den reproduktiva framgången i en förändrad miljö i sin tur på hur väl organismerna lyckas anpassa sig till de nya förhållandena.

Nattligt artificiellt ljus introducerar ljus i miljöer där det inte naturligt skulle förekomma. Vi människor drar stor nytta av artificiellt ljus, men när vi lyser upp mer än vad vi avsett eller ens behöver föds ljusföroreningar. Eftersom många organismer utnyttjar sig av naturligt förekommande växlingar i ljusmängd för att tajma sin aktivitet, kan ljusföroreningar bland annat orsaka störningar i djurs beteende och kommunikation. Nattaktiva djur är speciellt känsliga för ljusföroreningar. Några exempel på sådana sårbara djur är lysmaskar och eldflugor, vilka utnyttjar sig av bioluminescens, d.v.s. ljus de själv producerar, för sin parning.

I min avhandling undersöker jag med hjälp av fält- och laboratorieexperiment hur ljusföroreningar påverkar den stora lysmaskens (Lampyris noctiluca) sken och förmåga att hitta en partner. Lysmaskarna är fascinerande skalbaggar vars honor lyser med ett grönt sken för att locka till sig flygande hanar. Eftersom arten är beroende av mörker utgör ljusföroreningar ett potentiellt hot mot lysmaskarna.

Jag upptäckte att artificiellt ljus minskar lysmaskarnas chanser att framgångsrikt finna en partner. Hanarna lockas inte av honor som lyser under lampor, men i stället för att förflytta sig till mörkare platser gömmer sig honorna mer och lyser mindre. Dessutom märkte jag att ljusets färg, intensitet och hur länge lamporna är påslagna inverkar starkt på hur lysmaskarna reagerar. Mina forskningsresultat indikerar således att det är osannolikt att lysmaskarna kan anpassa sig till ljusföroreningar, eftersom adaptiva beteenden verkar saknas. Ifall förökningen försvåras kan detta på längre sikt synas som ett minskat antal lysmaskar. Genom att använda mindre starka lampor, längre våglängder (gult och rött ljus) och stänga av lampor när de inte behövs, kan ljusföroreningarnas effekter minskas avsevärt. Detta gynnar inte bara lysmaskarna, utan också de övriga arter som är beroende av mörker.