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Licht an

Leuchtkraft dank Bakterien

Geduldig wartet der Anglerfisch auf dem Grunde des Meeres. In diese Tiefe dringt kein Sonnenlicht hinab – es ist dunkel. Dunkel bis auf die leuchtende Kugel, die sich vor dem Maul des Fisches leicht in der Strömung bewegt. Das Leuchten dieser Kugel, die sich auf einem Körperanhang des Anglerfisches befindet, dient dem Räuber als Köder. Sobald ein neugieriger Fisch den Fehler macht, dem leuchtenden Gebilde zu nahe zu kommen, schnappt das Maul des Anglerfisches blitzschnell zu.

Die Biolumineszenz von Feuerwalzen ist auf eine Symbiose mit Bakterien zurückzuführen. © Nick Hobgood / CC-by-sa-3.0

Diese kräftesparende Jagd verdankt das Tier einem in der Tiefsee weit verbreiteten Phänomen: der Biolumineszenz. Die Lumineszenz wird vielseitig eingesetzt, nicht nur zum Beutefang. Bei einigen Quallen dienen schillernde Streifen als Signal für die Paarung oder -durch plötzliches Aufblinken – als Schutz vor Räubern.

Laternenfische nutzen das Lumineszenz-Licht als eine Art Taschenlampe, möglicherweise zur Nahrungssuche. Andere Tiere, deren Biolumineszenz-Organe an der Unterseite liegen, schützen sich auf diese Weise vor Räubern, da sie so von unten nicht gegen das hellere Oberlicht als dunkler Schatten erkannt werden können.Aber Lumineszenz findet man nicht nur in der Tiefsee, sondern auch an Land. Auch Pilze können leuchten, um Insekten zur Verbreitung ihrer Sporen anzulocken und Leuchtkäfer (Glühwürmchen) nutzen das Leuchten zur Partnersuche.

Tiefseebewohner nutzen häufig Lumineszenz

Der Mechanismus der Lichterzeugung ist bei allen Tieren gleich. Chemische Energie wird mit hoher Quantenausbeute in Lichtenergie verwandelt. In der Regel oxidiert das Enzym Luciferase dabei eine Substanz (Luciferin). Bei dieser Reaktion werden Lichtquanten unter Verbrauch von ATP freigesetzt.

Unter den Tiefseebewohnern nutzen über zwei Drittel die Lumineszenz. Einige besitzen körpereigene photogene Zellen. Diese Art der Lichterzeugung wird primäres Leuchten genannt. Die meisten von ihnen nutzen jedoch das sekundäre Leuchten. Die körpereigenen Zellen sind nicht zur Lichterzeugung befähigt, diese Aufgabe übernehmen symbiotische Bakterien.

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Der Korallenfisch Photoblepharon zum Beispiel beherbergt in seinen unter den Augen gelegenen Leuchtorganen Bakterien, die außerhalb des Organes nicht überleben könnten. Als Gegenleistung für das erzeugte Licht werden sie mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt. Anders als bei primärem Leuchten, wo die Leuchtaktivität ein- und ausgestellt werden kann, kann der Korallenfisch den Bakterien nicht befehlen, das Licht bei drohender Gefahr zu löschen. Er kann es aber verdecken, indem er eine Hautfalte über das leuchtende Organ zieht.

Lumineszenz in der Medizin

Auch in der Forschung hat man die vielseitige Nutzbarkeit der Lumineszenz bereits entdeckt. Eine neue Technik, in der das Phänomen der Lumineszenz genutzt wird, soll den Tuberkulose-Test revolutionieren. Bisher dauerte es drei Monate, bis die Kulturen von tuberkulose-auslösenden Bakterien so weit gewachsen waren, dass ein Antibiotikum gefunden werden konnte, gegen das der Stamm nicht resistent ist. Wird aber ein Gen in die DNA der entnommenen Bakterien insertiert, welches die Information für die Bildung des Enzyms Luziferase codiert, so eröffnen sich neue Möglichkeiten.

Schon eine zwei Tage gewachsene Kultur enthält genug Zellen, um mit empfindlichen Luminometern Lichtbildung festzustellen, sobald Luciferin als Substrat der Kultur zugegeben wird. Nun können verschiedene Antibiotika getestet werden. Stoppt die Lichterzeugung, so war der Stamm nicht resistent. Eines Tages werden auf diese Weise vielleicht die drei Millionen Menschen gerettet werden können, die heute noch jährlich an Tuberkulose sterben.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der Biolumineszenz liegt im Bereich der Umweltanalytik. So kann etwa die Wassergüte mithilfe leuchtender Symbiosebakterien ermittelt werden. Bei großen Schadstoffmengen wird weniger Licht produziert. Noch sind die Möglichkeiten, uns die Fähigkeiten der Tiefseebewohner und ihrer Symbionten zunutze zu machen, bei weitem nicht ausgeschöpft…

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Stand: 22.04.2000

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Symbiosen
Eine Hand wäscht die andere

Miteinander - Gegeneinander
Interaktionen verschiedener Arten

Wichtiger als man denkt
Symbiotische Beziehungen sind mehr als Lehrbuchbeispiele

Raus aus der Ursuppe
Endosymbiose stand am Anfang höheren Lebens

Biene Maja und Co.
Auch bei der Bestäubung profitieren beide Partner

Höher als das Empire State Building
Riffwachstum mithilfe von Symbionten

Evolution
Kein Fortschritt ohne Symbiose

Ameisen als Gärtner
Pilzkulturen unter der Erde

Algen als Sklaven von Pilzen?
Flechten - immer als erste da

Freispruch für die Termiten
Eine Symbiose mit drei Partnern

Ein ungleiches Paar
Die Grundel als Alarmanlage

Mitfahrgelegenheit gegen Schutz
Eine Abmachung zwischen Einsiedlerkrebsen und Anemonen

Wie eine Festung verteidigt
Von Ameisen die auf Akazien leben

Bakterien überall
Ohne Bakterien geht es nicht

Pflanzenfressen will gelernt sein
Was Kühe und Koalas gemeinsam haben

Wie im Paradies
Bakterien als Symbionten des Menschen

Licht an
Leuchtkraft dank Bakterien

Nahrungsergänzung bei Leguminosen
Stickstoff-Fixierung in den Wurzelknöllchen

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