Biolumineszenz und Biofluoreszenz

Die Natur funktioniert auf wunderbare und geheimnisvolle Weise. Im Laufe der Jahrhunderte hat die Evolution Pflanzen und Tiere (ganz zu schweigen vom Menschen) mit ausgeklügelten und vielfältigen Schutzmechanismen ausgestattet. Zu diesen evolutionären Mechanismen gehört die Fähigkeit einiger Pflanzen und Tiere, im Dunkeln zu leuchten. Aber wie machen sie das - und warum?

Wie die Flammen eines Feuers üben Pflanzen und Tiere, die im Dunkeln leuchten, eine gewisse Faszination aus. Doch abgesehen von der Schönheit der Biolumineszenz sind bei der Entstehung dieser natürlichen Nachtlichter auch komplexe organische Prozesse im Spiel. Biolumineszenz wird durch die Kombination von zwei chemischen Stoffen - Luciferin und Luciferase - verursacht.

Diese Verbindungen reagieren mit Sauerstoff und erzeugen dabei Lichtphotonen. Die Biofluoreszenz wird jedoch durch einen anderen Prozess verursacht. Sie entsteht, wenn Tiere Licht absorbieren und es dann mit einer niedrigeren Frequenz oder in einer anderen Farbe aussenden.

Außerdem gibt es bestimmte Gründe, warum einige Pflanzen und Tiere im Dunkeln leuchten. Die Forschung zeigt, dass die natürliche Biolumineszenz verschiedenen Zwecken dienen kann, vom Anlocken von Partnern oder Beutetieren bis hin zur Kommunikation. Es gibt sogar Hinweise darauf, dass Biolumineszenz bei bestimmten Tieren als natürlicher Sonnenschutz wirkt.

Pilze

Biolumineszenz ist nicht auf das Tierreich beschränkt. Wissenschaftler haben etwa 80 biolumineszierende Pilzarten von weltweit etwa 100.000 identifiziert. Sie sind jedoch erst vor kurzem zu einem endgültigen Schluss gekommen, warum bestimmte Pilze oder Pilzarten nachts leuchten. Eine Studie aus dem Jahr 2015 zeigte jedoch, dass Biolumineszenz bei der Bestäubung helfen kann.

In einer Enklave des brasilianischen Amazonas-Regenwaldes gedeiht ein biolumineszenter Pilz namens Neonothopanus gardneri. Um herauszufinden, warum dieser Pilz nachts leuchtet, hat ein Team von Wissenschaftlern ihn stundenlang beobachtet. Sie sammelten auch Daten über gefälschte Acrylpilze, die mit fluoreszierender Farbe beschichtet waren, sowie über nicht-biolumineszente Pilze. N. gardneri und die falschen Pilze zogen weit mehr Insekten an als die "dunklen Kontrollfallen". Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Pilze ihr nächtliches Leuchten nutzen, um Insekten anzulocken, die bei der Verbreitung ihrer Sporen helfen.

Skorpione

Die Wissenschaftler wissen genau, warum manche Tiere im Dunkeln leuchten. Warum bestimmte Skorpionarten nachts leuchten, wissen sie jedoch nicht. Es ist nicht Biolumineszenz, die diese Spinnentiere zum Leuchten bringt, sondern Biofluoreszenz. Sie absorbieren das Sonnenlicht und wandeln es dann um, indem sie es mit einer niedrigen Frequenz abstrahlen, die unter UV-Licht ein lebhaftes grünlich-gelbes Licht ergibt.

Eine Theorie besagt, dass diese Lichtemission in heißen Umgebungen als natürlicher Sonnenschutz wirkt - moderne Forschungen legen jedoch etwas anderes nahe. Studien zeigen, dass viele Skorpione nachts eine geringe Lumineszenz aufweisen, die Insekten anlockt - insbesondere Wüstenmotten. Diese Falter sind nachtaktiv und werden von fluoreszierenden Blumen, den so genannten Enothera, angezogen. Wenn die Motte landet, bemerkt der Skorpion die Vibrationen und greift an.

Der Tiefsee-Anglerfisch

Viele der biolumineszenten Tiere der Welt sind Meeresarten, die in einem bestimmten Bereich des Meeres leben. Die so genannte disphotische Zone ist eine "Dämmerungszone" zwischen 200 und 1.000 Metern unter der Meeresoberfläche. Wissenschaftler schätzen, dass etwa 90 % der Tiere, die in dieser Zone leben, im Dunkeln leuchten können. Der Tiefsee-Anglerfisch ist eine der bekanntesten dieser Arten.

Diese prähistorisch anmutenden Tiere leben in den lichtlosen Tiefen des Atlantiks und des Arktischen Ozeans. Sie leben bis zu 1,5 Kilometer unter der Meeresoberfläche, wo Biolumineszenz ein lebenserhaltender Vorteil sein kann. Der Seeteufel hat einen riesigen runden Kopf und ein klaffendes Maul, das mit stacheligen, völlig durchsichtigen Zähnen besetzt ist. Seinen Namen hat er von seiner seltsam geformten Rückenflosse. Dieses lange, dünne Anhängsel ragt über dem Maul hervor und wirkt wie eine leuchtende Angel, mit der er seine Beute in die Nähe eines tödlichen Angriffs lockt.

Glühwürmchen

Glühwürmchen sind wohl die bekanntesten Pflanzen und Tiere, die im Dunkeln leuchten. Sie sind weltweit für ihre farbenfrohen nächtlichen Lichter bekannt. Außerdem glauben Wissenschaftler, dass Glühwürmchen die effizientesten Lichtproduzenten der Erde sind. Eine Glühbirne erzeugt etwa 90 % der Wärme- und nur 10 % der Lichtenergie. Glühwürmchen hingegen wandeln fast 100 % ihrer Energie in Licht um.

Ausgewachsene Glühwürmchen nutzen ihre Lichtblitze, um potenzielle Partner anzulocken, und nicht, um zu essen. Verschiedene Arten haben unterschiedliche Lichtblitzmuster, die es ihnen ermöglichen, Artgenossen zu erkennen. In ähnlicher Weise nutzen sie die Biolumineszenz, um zwischen Männchen und Weibchen zu unterscheiden. Forschungen haben ergeben, dass die Weibchen von mindestens zwei Glühwürmchenarten sich eher von Männchen angezogen fühlen, die eine höhere Blitzrate und -intensität aufweisen. Es könnte jedoch noch einen anderen Grund geben, warum Glühwürmchen leuchten - um Fressfeinde abzuwehren. Sie produzieren chemische Abwehrstoffe, die in hohen Dosen giftig sein können, sie aber auch sehr ungenießbar machen.

Virginia-Opossums, Flughörnchen und Schnabeltiere

Nur bei wenigen Säugetieren haben Wissenschaftler Biofluoreszenz beobachtet. Eines davon ist das Virginia-Opossum, die einzige Opossumart, die nördlich von Mexiko vorkommt. Es wird etwa so groß wie eine Hauskatze und hat - allem Anschein nach - ein grau-weißes Fell. Dieses nachtaktive Beuteltier ist in ganz Nordamerika verbreitet und wird von vielen als Schädling betrachtet.

Forscher haben jedoch etwas Bemerkenswertes über das Virginia-Opossum herausgefunden: Es leuchtet unter UV-Licht in einem tiefen, leuchtenden Rosa. Im Jahr 2019 haben Forscher ein ähnliches Phänomen beim Flughörnchen entdeckt. Diese großäugigen Nagetiere färben sich unter UV-Licht rosa wie Zuckerwatte. Erst kürzlich haben Studien gezeigt, dass das Schnabeltier unter UV-Licht grünlich-blau leuchtet

Wie und warum diese Säugetiere biofluoreszierend sind, ist noch nicht genau geklärt; das Phänomen könnte jedoch mit der Tarnung zusammenhängen. Fliegende Eichhörnchen zum Beispiel leuchten, um mit den fluoreszierenden Flechten in den Wäldern, in denen sie leben, zu verschmelzen. Auch Schnabeltiere nutzen die Biofluoreszenz, um sich in der Dämmerung zu tarnen, wenn sie für Raubtiere besonders anfällig sind.

Wir sind gerade erst dabei, die Geheimnisse hinter der Magie der Biolumineszenz und Biofluoreszenz zu entdecken. Es wird jedoch immer deutlicher, dass die Gründe und Prozesse, die dahinter stehen, komplexer sind als nur ein Anblick der Schönheit. Pflanzen und Tiere leuchten im Dunkeln, um wichtige evolutionäre Aufgaben zu erfüllen. Ihre natürlichen Nachtlichter stehen oft in Verbindung mit dem Wohlergehen und Überleben der Art und des umgebenden Ökosystems verbunden.