2020, Bericht, Im Fokus, Licht, Sage & Schreibe Nr. 32

Das Licht des Lebens

Schillernde, sandkorngrosse «Glühwürmchen» schweben im Wasser der Nordsee oder vor Puerto Rico und lassen den Ozean in grünlich-blauem Licht leuchten. Klingt wie ein Märchen? – Ist aber Wirklichkeit.

Verantwortlich für diese geheimnisvollen Lichterscheinungen im Meer sind circa 2mm grosse Dinoflagellaten, gehörend zu der Phytoplanktongruppe, welche auf jede Bewegung von aussen reagieren und Licht erzeugen. Solche Lichterzeugung durch Lebewesen wird als Biolumineszenz bezeichnet. Auf dem Land lebende Wirbeltiere und höhere Pflanzen können kein Licht erzeugen, ganz im Gegensatz zu anderen Gruppen von Einzellern bis zu den Fischen.
Biolumineszenz, ihre Funktionsweise und ihr Nutzen, scheint ein leuchtendes Mysterium zu sein, kann jedoch erklärt werden.

Das Licht entsteht durch eine einfache chemische Reaktion zweier Substanzen: Ein Leuchtstoff (Luziferin) wird mithilfe eines Enzyms (Luziferase) oxidiert. Bei diesem Vorgang entsteht ein energiereicher Übergangszustand, woraus schliesslich Energie in Form von Licht resultiert.
Biolumineszenz diente wohl ursprünglich einzig dazu, Sauerstoffverbindungen unschädlich zu machen; die oben genannten Dinoflagellaten benutzen das Licht jedoch mittlerweile als Schutz. Sie beleuchten ihre Feinde, um auf diese Weise wiederum deren Feinde anzulocken und selbst nicht gefressen zu werden. Der Grossteil der «lichtbegabten» Lebewesen benutzt die Biolumineszenz allerdings für die Paarung und für die Nahrungssuche. Drei Beispiele:

Der Fächerflossen-Anglerfisch (Caulophryne jordani)
Der Fächerflossen-Anglerfisch lebt in der Tiefsee. Weibchen sind etwa 20 cm gross und 60-mal grösser als die männlichen Tiere. Die Weibchen sind von rundlicher Gestalt, wodurch sie ausgezeichnet an Ort und Stelle schweben können. Dieses nahezu bewegungslose Schwimmverhalten, aber auch die «Lichtangel», die am Kopf befestigt ist, hilft den Tieren bei der Jagd nach Nahrung: Biolumineszente Bakterien, welche die Fische aus dem Meer aufnehmen, sorgen dafür, dass die Angel leuchtet. So locken Fächerflossen-Anglerfische Futtertiere an, um sie dann mit einer ruckartigen Bewegung aus nächster Nähe zu verschlingen.
Video: Fächerflossen-Anglerfisch-Pärchen in 800 Metern Tiefe

Der Leuchtkäfer (Lampris noctiluca)
Der Leuchtkäfer, auch Glühwürmchen genannt, paart sich im Sommer. Im Gegensatz zum Männchen ist das Weibchen flügellos. In der Nacht beginnt die Partnersuche. Das Weibchen leuchtet grünlich, um das fliegende Männchen anzulocken. Allerdings hat es dabei nicht allzu viel Zeit, da seine Lebensphase nur bis zu 3 Wochen beträgt.

Die Leuchtqualle (Aequorea victoria)
Das grün fluoreszierende Protein GFP dient der Leuchtqualle zur Kommunikation und ist für die Molekularbiologie von grosser Bedeutung. Für die Entdeckung von GFP wurden der Japaner Osamu Shimomura und die beiden US-Amerikaner Martin Chalfie und Roger Tsien 2008 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet. Unter ultraviolettem Licht kann GFP einzelne Bestandteile einer Zelle zeigen und so Strukturen im scheinbaren Chaos sichtbar machen. Für die molekularbiologische Forschung und die Medizin ist dieses Wissen von unschätzbarem Wert.

Biolumineszenz: Licht, das nicht nur in der Tierwelt einen unersetzlichen Nutzen hat, sondern auch für Forscherinnen einen (Licht-)Blick in noch wenig Bekanntes ermöglicht. Licht, das in der Zellbiologie hilft, Leben besser zu verstehen, und Mediziner befähigt, besser zu handeln. Biolumineszenz ist und bleibt ein sonderbares, aber magisch schönes Phänomen der Natur.

Von Naima Schahab, G3L