Biolumineszenz – das Leuchten der Nacht

Biolumineszenz

Die Biolumineszenz (griechisch: ´bios´ = Leben; lateinisch: ´lumen´ = Licht) ist ein biologischer Vorgang in dem durch freiwerdende Energie Licht ensteht. Dieses Phänomen wird auch Chemilumineszenz genannt: hier wird durch eine chemische Reaktion elektromagnetische Strahlung im Bereich des ultravioletten und des, uns wahrnehmbaren Lichts, sichtbar. Bei höher organisierten Organismen findet der Prozess in speziellen Leuchtkörpern, bei eukaryotischen Einzellern in besonderen Organellen und bei Bakterien im Cytoplasma statt. In der Biolumineszenz wird in zwei Bereichen unterschieden: dem primären (das Tier leuchtet selbst) und dem sekundären Leuchten (das Leuchten entsteht durch symbiontische Bakterien).

 

Funktionen

Nicht jedes Lebewesen braucht unbedingt diese Fähigkeit und deshalb besitzt sie auch nicht jeder. Die, die es brauchen nützen es in verschiedenen Bereichen:

  • Anlockung von Beute oder Partnern
  • Kommunikation
  • Warn- oder Drohungen
  • Abschreckung oder Ablenkung
  • Tarnung

 

Vorkommen

In Ausnahme von höheren Pflanzen und Landwirbeltieren gibt es in allen Bereichen der Organismen biolumineszierende Arten.

  • Tiere (mehrere Stämme) – primäres Leuchten (bei Wirbeltieren nur sekundäres Leuchten)
  • Pilze (wenige Arten) – primäres Leuchten
  • Einzeller (einige) – primäres Leuchten
  • Bakterien (wenige) – primäres Leuchten
Tiere:

Die bekanntesten biolumineszierenden Tiere sind wahrscheinlich Glühwürmchen, zumindest bei uns. Die am weitest verbreiteten Leuchtwesen sind im Meer zu finden, besonders in der Tiefsee. Im Lumineszenzvergleich von Küstengewässern, wo ca. 5% der Organismen leuchten, sind die 90% der Tiefsee fast unfassbar. Ein Beispiel das dem/der einen oder anderen bekannt ist, ist der Fisch von Nemo, der mit der Lampe vor seinem offenen Maul Nahrung anlockt. (Angler- oder Laternenfisch: hier wird das Leuchten durch Bakterien erzeugt)

Pilze:

Im Reich der Pilze sind es nicht ganz so viele Leuchtkandidaten. Dort sind nur 71 von 100.000 untersuchten Arten biolumineszent.

Einzeller:

An manchen Küsten kann man nachts im Meer, (am besten ohne anderen Lichtquellen außer den Himmelskörpern) im Wasser kleine, leuchtende Pünktchen wahrnehmen. Diese Pünktchen sind beispielsweise einzellige Dinoflagellaten und gehören zu den Plankton. Die Einzeller reagieren auf Strömungsveränderungen mit der Aussendung von Licht. Jenes Phänomen wird auch als Meeresleuchten bezeichnet.

Bakterien:

Im Meer lassen sich neben den Plankton auch lumineszierende Bakterien finden. Sie müssen nicht unbedingt in Symbiose* mit anderen Lebewesen leben, es gibt auch freilebende Leuchtbakterien.  Die freilebenden Bakterien sind auch auf Lebensmitteln wie Fisch, Fleisch und Eiern zu finden. Wenn man einen toten, frischen Salzhering eine Zeit lang kühl aufbewahrt, kann man im Dunkeln sehen, dass er an manchen Stellen leuchtet.

*Als Symbiose wird das ’sym – zusammen’leben – bios‘ von zwei unterschiedlichen Lebensarten, zwecks gegenseitigem Nutzen bezeichnet.*

 

Genauere Erklärung der Lichtemission

Im Artikel erfährt man bisher nur dass, sie leuchten, warum sie leuchten und wo sie leuchten. Das habe ich noch alles ganz gut verstanden. Doch jetzt geht´s noch etwas tiefer in die Tiefsee der Naturwissenschaften. Die Erklärung wie sie leuchten:

Wie oben bereits erwähnt gibt es das primäre und das sekundäre Leuchten. Das Sekundäre kommt vor, wenn Tiere mit Leuchtbakterien in Symbiose gehen. Die Bakterien leben oft in speziellen Hauttaschen oder Körperteilen und werden von ihrem Wirten mit Sauerstoff und Nahrung versorgt. Als natürliche Gerechtigkeit bekommt der Wirt dafür ein Lichtlein, welches ihm Hilfe gestattet (z.B.: Tiefseeanglerfisch).

 

1. Methode:

Chemisch gesehen nützt die Natur die exergone (thermodynamisch günstige) Oxidation (chemische Reaktion bei der ein Atom, Ion oder Molekül Elektronen abgibt) von Luciferinen (unterschiedliche Naturstoffe) mit molekularem Sauerstoff (O2), katalysiert (Kinetikänderung einer chemischen Reaktion) durch Luciferase-Enzyme.

Anders ausgedrückt: Luciferne die durch katalytische Aktivität des entsprechenden Luciferase-Enzyms mit Sauerstoff reagieren. Dabei spalten sich Teilgruppen des Luciferins ab und es wird Energie in Form von Licht freigegeben. Auch ist die Rede von der Entstehung von Dioxetanen bzw. Dioxetanonen, welche durch die Abgabe von Kohlenstoffdioxid zerfallen und ihre gespeicherte Energie in Form von Licht freisetzen.

2. Methode:

Die Qualle Aequorea victoria verwendet Aequorin, welches ein Calcium-abhängiges, primäres Photoprotein ist. In Aequorin liegt ebenso ein Luciferin gebunden vor. Der Unterschied jedoch ist, dass es im Laufe der Reaktion nicht wie andere Luciferine chemisch umgewandelt wird. Nach der Emission (Ausstrahlung) des Lichts kehrt es wieder in seinen Ausgangszustand zurück und ist daher unbegrenzt wiederverwertbar. Die Qualle leuchtet Blau-Grün, weil sich Aequorin (auch als „blau-fluoreszierendes Protein“ bezeichnet) mit dem GFP („grün-fluoreszierendem Protein“) bindet.

3. Methode:

Die dritte und letzte Methode ist die Foxfire-Biolumineszenz (engl.: „falsches Feuer“), auch Leuchtendes Holz genannt. Als Foxfire wird jene Biolumineszenz bezeichnet, welche von bestimmten, auf verrottendem Holz wachsenden Pilzen, verursacht wird. Bei diesem Verfahren führt das Enzym SOD (Superoxiddismutase) zum Leuchten.

 

Biolumineszenz in der Anwendung

Nach diesem den-Kopf-zum-Rauchen-bringenden Thema geht es nun zur technischen Anwendung von Biolumineszenz. In der Molekularbiologie wurden lange Zeit Markierungen mit radioaktiven Substanzen durchgeführt. Diese wurden nun durch risikoarme Markierungsmethoden, zusammen mit Fluoreszenz-Markierungen, von der Biolumineszenz großteils ersetzt. In der Ökotoxikologie wird sie zum Nachweis von Toxinen (von Lebewesen ausgeschiedene Giftstoffen) verwendet.

Die Rede ist auch schon von selbstleuchtenden Monitoren. Stromsparend wäre dies auf jedenfall…

Eine ebenso stromsparende, saubere und bezahlbare Idee wurde von Bio-Ingenieuren in die Tat umgesetzt: Eine pflanzliche Lichtquelle als Alternative. Durch Genmanipulation sollte dieses Ziel erreicht werden. Der Plan war: marine Bakterien in das Chloroplastengenom einer Ziertabak-Pflanze zu integrieren. Marine Bakterien ernähren sich von organischem Material und produzieren im Rahmen ihres induzierten Stoffwechsels auf natürlichem Weg Licht.

 

Die Natur ist einfach zu genial. Ein riesen Chaos und trotzdem ein harmonisch funktionierender, lebender Organismus. Beispiel Licht: Die Sonne sorgt für Tageslicht und Wärme, die Reflexion des Sonnenlichts auf Mond und Sterne für die Nachtbeleuchtung, lumineszierende Lebewesen sorgen für psychedelische Farbgestaltung und das Feuer wirft ein warmes Licht in die Dunkelheit. Und dann kommt der Mensch mit seiner übertriebenen Dauerbeleuchtung und verwirrt durch Lichtverschmutzung den Biozyklus und verliert den Blick zum Kosmos. Aber wenn es nicht so sein sollte, wäre es nicht so. Also vertrauen…

Empfehlung:
  • Sucht nach Bildern und Videos im Internet, die Biolumineszenz ist wunderschön
  • Schaut die Filme „Avatar“ und „Life of Pi“
  • und hört euch „The Bioluminescence of the Night“ von Avatar an, wundervoll

 

Danke für´s Lesen, bin offen für Einwände und ahn friedlichen Abend noch! Peace

 

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

0