Hoe laden insecten de lucht op?
Onze atmosfeer is doordrongen van onzichtbare elektrische velden – gecreëerd door onweersbuien, wolken of zelfs vulkaanuitbarstingen en stofstormen. Maar, zoals wetenschappers nu hebben ontdekt, kunnen zwermen insecten de lucht ook elektrisch opladen. Volgens hun metingen komt er bijvoorbeeld een potentiaalgradiënt van 100 tot 1000 volt per meter voor in zwermen bijen. Grote sprinkhanenzwermen kunnen de lucht in dezelfde mate en over een groot gebied opladen als meteorologische gebeurtenissen. Hieruit blijkt volgens de onderzoekers dat dergelijke elektrische velden niet alleen kunnen ontstaan door puur fysieke invloeden, maar ook door biologische levensvormen en hun gedrag.
Als de lucht voor een onweersbui vaak geladen lijkt, is dat geen illusie: onweerswolken en andere weersverschijnselen creëren in feite statische elektrische velden in de atmosfeer. Ze vormen zich omdat regio’s met verschillende ladingen in wolken worden gecreëerd. Tijdens een onweersbui worden dergelijke potentiaalgradiënten meestal ontladen door bliksem. Bij vulkaanuitbarstingen of bij stofstormen kan de interactie van zwevende deeltjes ook leiden tot ladingsscheiding en elektrische lading. Soms getuigt flitsende bliksem hiervan. “Maar de atmosfeer van de aarde is altijd min of meer geëlektrificeerd, zelfs als het mooi weer is en op enige afstand van een onweersbui”, leggen Ellard Hunting van de Universiteit van Bristol en collega’s uit. Deze elektrische velden spelen een belangrijke rol in lucht- en atmosferische transportprocessen en kunnen ook de migratie van organismen beïnvloeden.
Honingbijen als vrachtvervoerders
“Tot nu toe hebben we altijd gekeken naar hoe verschillende organismen deze statische elektrische velden gebruiken die bijna overal in de omgeving voorkomen”, legt Hunting uit. Tot nu toe is de invloed van de natuurkunde op de biologie altijd onderzocht, maar niet andersom. Hunting en zijn team hebben daar nu verandering in gebracht. Ze wilden weten of insecten en vooral zwermen insecten hun lokale omgeving elektrisch konden beïnvloeden. De wetenschappers legden uit dat “verschillende soorten vliegende insecten al hebben aangetoond dat ze een elektrische lading kunnen dragen in het bereik van enkele picocoulombs tot nanocoulombs.” Om te zien hoe dit de potentiële gradiënt van lucht verandert, deden ze eerst metingen met verschillende honingbijzwermen. Om dit te doen, plaatsten ze een elektrische veldmeter en een opwaartse camera op de grond terwijl een zwerm bijen boven hen zweefde.
Uit de metingen bleek dat de potentiaalgradiënt in het luchtruim boven het meetinstrument significant veranderde tijdens de passage. “De potentiële gradiënt stijgt tot 100 eV per meter op het moment dat de zwerm het meest intens is”, zeggen Hunting en collega’s. Metingen met andere zwermen bijen hebben geleid tot waarden tot wel 1.000 volt per meter. Hoe hoger de dichtheid van de bijenzwerm, hoe sterker de elektrische velden die het produceert. “Deze meetgegevens geven aan dat de honingbijzwerm voldoende ladingen bevat om de potentiële atmosferische gradiënt evenredig met de zwermdichtheid te beïnvloeden”, aldus de onderzoekers. Dit geldt ook voor andere insecten zoals termieten, mieren, muggen of sprinkhanen.
In extreme sterkte meteorologische verschijnselen
Om de haalbare omvang van het elektrische effect van deze insectenzwermen te bepalen, ontwikkelde het team een speciaal model waarin ze de sterkte van elektrische velden konden berekenen op basis van zwermdichtheid en insectengrootte. Op basis van gepubliceerde waarden voor grote zwermen treksprinkhanen komen Hunting en collega’s met waarden die qua grootte vergelijkbaar zijn met meteorologische oorzaken. “Onze berekeningen laten zien dat migrerende sprinkhanenzwermen een ladingsdichtheid kunnen bereiken die de dichtheid van elektrische stormen en wolken kan overschrijden”, schreven de wetenschappers. Daarentegen hebben vlinders, die meestal alleen in zeer losse en veel minder dichte zwermen migreren, veel minder invloed op de atmosferische elektriciteit.
“Onze resultaten geven aan dat grote populaties insecten een voorheen niet-herkende bron van elektrische variabiliteit in de atmosfeer waren”, leggen Hunting en zijn team uit. Ze vermoeden ook dat andere organismen zoals bacteriën of vogels de lucht om hen heen ook elektrisch kunnen veranderen. “Deze ontdekking heeft belangrijke implicaties voor veel gebieden die zowel fysiek als biologisch relevant zijn”, aldus het team. Omdat deze door levende organismen opgewekte elektrische velden het transport van stof, pollen of aerosolen naar de atmosfeer kunnen beïnvloeden. “Er zijn veel onontgonnen verbanden tussen biologie en statische elektrische velden, variërend in de ruimtelijke schaal van bodemmicroben tot bestuiversinteracties met planten tot grote zwermen insecten”, zegt Hunting. Er is nog veel te onderzoeken in de dynamische interacties tussen atmosferische fysica en biologie.
Bron: Ellard Hunting (Universiteit van Bristol) et al., iScience, doi: 10.1016/j.isci.2022.105241
“Analist. Schepper. Zombiefanaat. Fervente reisjunkie. Popcultuurexpert. Alcoholfan.”