Tiefsee-Anglerfisch © Steven Haddock, Monterey Bay Aquarium Research Institute

Nicht alle Lebewesen haben die Fähigkeit zum Leuchten entwickelt. Viele sind auf symbiontische Bakterien angewiesen, die das Leuchten für sie übernehmen, beispielsweise der Angler- oder Laternenfisch. Die bekannteste Bakterienart, die die erforderlichen Biolumineszenz-Gene besitzt, ist Vibrio fischeri. Sie lebt in Symbiose mit Heringen und Tintenfischen. Dabei werden die Bakterien von ihren Wirten mit Nahrung und Sauerstoff versorgt und leben oft in speziellen Hauttaschen oder Organen. Im Gegenzug entsorgen die Bakterien giftige Stoffwechselprodukte, die bei Verdauungsprozessen anfallen.

Doch wie gelangen die Symbionten überhaupt in ihre Wirte? Einige Tintenfische kultivieren Bakterien in großen Organen an der Unterseite. Die Weibchen geben sie zusammen mit ihren Eiern ins Wasser ab, so dass sie die frisch geschlüpften Larven infizieren können. Diese besitzen spezielle Strukturen, um die Symbionten aus dem Wasser aufzunehmen. Wissenschaftler forschen noch an den molekularen Mechanismen, die es den Bakterien ermöglichen, sich an die besonderen Umweltbedingungen im Innern der Organe anzupassen.

Herausgefunden haben sie bereits, dass die Biolumineszenz bei Bakterien eine direkte Rolle in der Kommunikation zwischen den einzelnen Zellen spielt. Freilebende Individuen von Vibrio fischeri glühen zum Beispiel nicht. Erst wenn eine bestimmte Konzentration in den Leuchtorganen ihrer Symbiose-Partner erreicht ist, wird die Produktion der Luciferase durch eine Substanz ausgelöst, die die Bakterien abgeben. Als Folge dieses so genannten „Quorum Sensing“ beginnen die Zellen zu leuchten.

Die genetische Information für die Luciferase ist auf dem so genannten lux Operon untergebracht. Bereits Anfang der 80er Jahre des 20. Jahrhunderts hatten Wissenschaftler damit begonnen, die ersten Luciferase Gene zu klonieren. Insgesamt fanden sie sechs Strukturgene und zwei, die für die Regulation zuständig sind. luxR, das Genprodukt eines der beiden Regulatorgene, stellt dabei die Bindestelle für die Substanz dar, die die Bakterien abgeben.