Geheimnisvoll schimmert das Meer im Dunkel der Nacht, vor allem dort, wo ein Ruder die Oberfläche berührt. Dieses Phänomen beschreibt der griechische Naturphilosoph Anaximenes von Milet bereits vor 2.500 Jahren. Natürlich konnte er nicht wissen, dass dieses Meeresleuchten durch Kleinstlebewesen im Meer, den Dinoflagellaten ausgelöst wird. Der römische Naturforscher Plinius der Ältere macht im Jahre 50 n. Chr. schon wesentlich detailliertere Beobachtungen. Ihm fällt der leuchtende Schleim der Qualle Pulmo marinus auf. Fasziniert beschreibt er, wie ein Wanderstock den Weg wie eine Fackel erhellt, wenn man ihn mit dem Schleim einreibt. Auch das Leuchten von Glühwürmchen und Laternenfischen findet in seiner Naturalis historia Erwähnung.

Luciferase Reaktion © MMcD GmbH

Doch wie kommt diese Biolumineszenz überhaupt zustande? Im Altertum hielt man die gespenstischen Lichter zunächst für Geistererscheinungen, doch inzwischen haben Wissenschaftler herausgefunden, dass hinter dem Phänomen meist eine simple enzymatische Reaktion steckt. Ein Protein, das Luciferin, setzt in Gegenwart von Sauerstoff und ATP Energie in Form von Licht frei. Voraussetzung für die Reaktion ist das Enzym Luciferase. Es spaltet Teilgruppen vom Luciferin ab. Dabei entsteht Energie, die als Lichtquant abgegeben wird. Weil man zunächst hinter den unerklärlichen Lichterscheinungen das Böse vermutete, benannte

Reaktion des Aequorins © MMcD GmbH

man die Reaktionsteilnehmer passenderweise nach Lucifer, dem gefallenen Engel des Lichts.

Ist das Luciferin einmal gespalten, ist es verbraucht. In den meisten Fällen muss zum anhaltenden Leuchten daher neues „Leuchtprotein“ nachgeliefert werden – entweder über die Nahrung oder durch Synthese im Lebewesen selbst.

Protein-Recycling

	Aequorea victoria © Doug J. Eernisse, CSU Fullerton

Anders macht es die Qualle Aequorea victoria. Während das Luciferin nach der Reaktion sozusagen „unbrauchbar“ geworden ist, besitzt diese Qualle ein anderes Protein namens Aequorin, das nach der Reaktion wieder in seinen Ausgangszustand zurückversetzt wird. Es hat drei Bindestellen für Kalzium, die im „geladenen“ Zustand frei sind. Lagert sich Kalzium an, kommt es zur Lichtabgabe – das Protein wird „entladen“. Dabei entsteht jedoch nur blaues Licht. Warum leuchten die Quallen aber grün? Hierzu benötigen die Tiere einen weiteren Reaktionspartner, das grün fluoreszierende Protein (GFP). Dieses absorbiert das blaue Licht des Aequorins und strahlt grünes Licht ab. Das grüne Leuchten ist demnach eine Kombination aus diesem physikalischen Phänomen der Fluoreszenz und dem chemischen Phänomen der Biolumineszenz.

Forscher sehen die unterschiedlichen Reaktionswege, die zur Biolumineszenz führen als Beweis dafür, dass das Phänomen mehrmals unabhängig in der Evolution entstanden ist.