Biolumineszenz - Wenn das Meer von innen leuchtet

0:00 Willkommen zu einer neuen Folge von Schlafreise durch die Natur, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen. Kennst du schon unsere anderen Podcastreihen wie Wissensreise durch die Länder der Erde oder durch die Geschichte heute nehmen wir dich mit an einen Ort, der so magisch ist, dass Menschen, die ihn zum ersten Mal erleben, verstummen, einen Ort, der keine Lampe braucht, kein Feuer, keine Technologie, denn das Licht kommt aus dem Leben selbst.

0:30 Aus dem Wasser, aus den Wellen, aus winzigen Lebewesen, die in der Dunkelheit leuchten, als hätten sie die Sterne geschluckt. Wir sprechen heute über eines der außergewöhnlichsten Phänomene der Natur, die Biolumineszenz, das Licht des Lebens, lass dich fallen, lass die Gedanken des Tages los, stell dir vor, du stehst nachts an einem dunklen Strand, kein Mond, keine Lichter.

0:58 Nur der Himmel voll Sterne über dir und das rauschendes Meeres vor dir. Und dann, wenn eine Welle bricht, geschieht etwas Unerwartetes. Das Wasser leuchtet blau, Türkis, ein kurzes kaltes Aufflackern, das mit der Welle entlang läuft und im Sand erlischt, du gehst ins Wasser und bei jedem Schritt, bei jeder Bewegung deiner Hände entstehen kleine Lichtblitze um dich herum, als würdest du durch flüssige Sterne waten.

1:27 Was du siehst, ist kein Trick, es ist Biologie, das ist Biolumineszenz. Biolumineszenz ist die Fähigkeit lebender Organismen, Licht zu erzeugen durch chemische Reaktionen im eigenen Körper, ohne Wärme, ohne externe Energiequelle, mit einer Effizienz, die jede menschengemachte Leuchtquelle in den Schatten stellt.

1:52 Das Wort selbst setzt sich zusammen aus dem griechischen Bios leben. Und dem lateinischen Lumen Licht, lebendiges Licht, Licht, das atmet. Biolumineszenz ist kein seltenes Randphänomen, sie ist weit verbreitet und hat sich in der Evolutionsgeschichte der Erde unabhängig voneinander mindestens 40 mal entwickelt in völlig verschiedenen Lebewesen, auf völlig verschiedenen Entwicklungslinien als eigenständige Lösung für ähnliche ökologische Probleme. Das nennt man konvergente Evolution, wenn dieselbe Eigenschaft mehrfach und unabhängig entsteht, ist das ein starkes Signal dafür, dass sie sie einen entscheidenden Überlebensvorteil bietet.

2:33 Biolumineszenz ist in Bakterien, Pilzen, Algen, Quallen, Tintenfischen, fischen, Leuchtkäfern und sogar in manchen Tausendfüßlern zu finden, mehr als 76% aller Meerestiere in den mittleren und tiefen Wasserschichten des Ozeans sind Biolumineszenz, das ist die Mehrheit des marinen Lebens. Wie funktioniert das?

2:54 Der grundlegende Mechanismus ist bei allen biolumineszenten Organismen ähnlich, auch wenn die chemischen Details variieren, es gibt immer 2 Schlüsselkomponenten, ein Substrat, das Luziferin genannt wird und ein Enzym, das Luziferase, wenn Sauerstoff vorhanden ist, oxidiert die Luziferase das Luziferin, eine chemische Reaktion, bei der Energie freigesetzt wird. Diese Energie wird direkt in Form von Licht abgegeben, nicht als Wärme.

3:23 Das ist der entscheidende Unterschied zur Glühbirne, bei der der größte Teil der Energie als Wärme verloren geht. Biolumineszenz ist nahezu hundertprozentig effizient, in der Lichtausbeute keine Technologie, die Menschen je entwickelt haben, kommt dieser Effizienz auch nur annähernd nahe der Name Luciferin und Luciferase leitet sich vom lateinischen Lucifer ab. Lichtträger der Begriff wurde nicht zufällig gewählt. Diese Moleküle tragen das Licht verschiedene Organismen nutzen dabei chemisch sehr unterschiedliche Luciferine, was zeigt, dass Biolumineszenz tatsächlich viele Male unabhängig erfunden wurde, das Luciferin eines Leuchtkäfers unterscheidet sich chemisch vollständig vom Luciferin einer Tiefseequalle, das sich wiederum

4:11 vom Luciferin einer meereslicht imitierenden Dinoflagelate unterscheidet. Bleiben wir zunächst beim Leuchten des Meeres, denn es ist das dramatischste und am häufigsten erlebte biolumineszente Phänomen auf der Erde. Wenn das Meer nachts leuchtet, ist der häufigste Verursacher eine Gruppe einzelliger Algen, die Dinoflagelaten diese winzigen Lebewesen meist weniger als einen halben Millimeter groß, treiben in unvorstellbar großen Mengen an der Meeresoberfläche, vor allem in warmen Küstengewässern. Die häufigste leuchtende Art ist Noctiluca Schintilanz, lateinisch für Nachtfunken.

4:49 Ein treffender Name. Noctiluca ist kein klassischer Photosynthesebetreiber, sondern ein mischanärer er kann Licht nutzen, frisst aber auch Bakterien, Algen und andere kleine Partikel. Unter dem Mikroskop sieht er aus wie eine winzige durchsichtige Kugel mit einem langen Fortsatz, das Leuchten der Dinoflagelaten wird durch Bewegung ausgelöst, durch Druck auf ihre Zellmembran.

5:13 Wenn eine Welle bricht, wenn ein Fisch schwimmt, wenn du mit der Hand durch das Wasser fährst, verformen sich die Zellen leicht. Dieser mechanische Reiz öffnet Ionenkanäle in der Zellmembran, verändert das elektrische Potential der Zelle und löst die Lichtreaktion aus. Jede einzelne Zelle leuchtet dabei für etwa 0,1 Sekunden, aber Millionen dieser Zellen, simultan angeregt, erzeugen das magische blaue Flackern in. Das Schwimmerinnen und Schwimmer weltweit verzaubert, hat Hotspots für dieses Phänomen sind die Bucht von Moskito auf Puerto Rico, bestimmte Strände auf den Malediven, die Küsten von Australien und Neuseeland und viele karibische Inseln. Doch Biolumineszenz hat sich nicht entwickelt, um Menschen zu beeindrucken, sie hat klare

6:03 biologische Funktionen und diese Funktionen sind so vielfältig wie die Lebewesen, die sie nutzen. Die erste und vielleicht bekannteste Funktion ist die Kommunikation der Leuchtkäfer. In Deutschland kennen wir ihn als Glühwürmchen, Lampyris Noctiluca ist das bekannteste Beispiel, Männchen fliegen in der Dämmerung und senden Art typische Lichtblitzmuster aus, eine Art Morsecode des Begehrens, Weibchen sitzen im Gras und Antworten mit eigenen Lichtblitzen jede der über 2000 bekannten Leuchtkäferarten hat dabei ihr eigenes, charakteristisches Blinkmuster.

6:41 Eine eigene Signatur, die sicherstellt, dass man nur Signale der eigenen Art beantwortet. Die Frauenfalter der Gattung Futuris sind dabei sogar zu einem tückischen Trickfähig sie imitieren die Blinkmuster anderer Arten, locken deren Männchen an und fressen sie Biolumineszenz, als falle die zweite Funktion ist Abwehr viele Marineorganismen nutzen ihr Leuchten, um Raubtiere zu erschrecken oder zu verwirren. Die Tintenfischart Vampiro Teutis Infernalis der Vampirkrake, ein lebendes Fossil aus den Tiefen des Ozeans, sprüht bei Bedrohung eine lumineszente Wolke aus, die Angreifer blendet und ablenkt, während er selbst in die Dunkelheit flieht.

7:27 Andere Tiefseetiere, wenn sie gefressen werden, leuchten im Magen des Räubers weiter, was wiederum Sekundärräuber anlockt, die den Erstfresser in Bedrängnis bringen. Ein genialer, wenn auch posthum wirkungsloser Verteidigungsmechanismus. Eine dritte Funktion ist das Locken von Beute. Der bekannteste Fall ist der Anglerfisch Lofi e Formes, ein Bewohner der Tiefsee, von dem die weiblichen Tiere einen langen, angelehnlichen Fortsatz über dem Maul tragen, den Elithium, an dessen Spitze ein leuchtender Köder sitzt, das Eska.

8:03 Im vollständigen Dunkel der Tiefsee, wo Nahrung knapp ist und Beute selten ist Licht das attraktivste Signal, das es gibt. Kleine Fische und Krebstiere werden vom Leuchten angezogen und schwimmen direkt in das weit geöffnete Maul des Anglerfisches. Dieses Prinzip ist so effektiv, dass es in der Tiefsee von mehreren vollständig unverwandten Fischgruppen unabhängig voneinander entwickelt wurde.

8:28 Eine vierte Funktion, die Jünger in der Forschung ist, aber immer mehr Evidenz gewinnt, ist die Tarnung durch Gegenlicht, das sogenannte Counter Illumination. Viele Tiefseetiere, die in mittleren Wassertiefen leben, erzeugen an ihrer Unterseite ein schwaches Biolumineszentes leuchten, das exakt die Helligkeit des von oben einfallenden Lichts emittiert, von unten betrachtet aus der Perspektive eines Räubers, der von tiefer kommt, werden sie so unsichtbar, sie haben keinen dunklen Schatten mehr, der sie verraten würde.

8:58 Die Präzision dieser Tarnung ist atemberaubend. Manchen Tintenfischarten gelingt es, die Polarisation, die Intensität und die Farbe des Lichts so exakt zu imitieren, dass sie selbst für hochentwickelte visuelle Systeme unsichtbar werden. Biolumineszenz hat auch die Geschichte der Menschheit beeinflusst.

9:15 Auf wegen, die heute kaum jemand kennt. Im Ersten Weltkrieg nutzten Soldaten an der Front Zermalene leuchtende Ostrakoden, winzige Marinekrebstiere. Als Lichtquelle, um im Schützengraben im Dunkeln Karten zu lesen, ohne eine Kerze zu entzünden, die Scharfschützen auf sich aufmerksam gemacht hätte.

9:34 Diese ostra Kurden Wargula Hilgendorfii von japanischen Fischern gesammelt und getrocknet, erzeugten beim Befeuchten mit Speichel noch Stunden nach der Trocknung Licht. In Japan wurden sie als Umihotaru Meerglühwürmchen bezeichnet und bereits in der hayan Periode im 10. Jahrhundert. Als romantisches Leuchten in Liebesgedichten besungen.

9:58 Die leuchtenden Ostrakoden sind winzig, kaum einen Millimeter groß, aber ihre chemische Maschine ist so robust, dass sie sogar Trocknung, Transport und Jahrzehnte der Lagerung übersteht. Auch in der Medizingeschichte taucht Biolumineszenz auf im amerikanischen Bürgerkrieg bemerkten Soldaten nach der Schlacht von Shiloh im Jahr 1862 die. Dass manche ihrer Wunden im Dunkeln schwach leuchteten. Jahrzehntelang galt das als Kriegslegende, dann im Jahr 2001 untersuchten 2 Jugendliche j.

10:29 Curtis und Bill Martin im Rahmen eines Schülerforschungsprojekts diese Berichte systematisch und stießen auf eine mögliche Erklärung biolumineszente Bakterien der Gattung Photo Haptus Luminescenz, die im Boden von Überschwemmungsgebieten vorkommen und über Erdwürmer in Wunden gelangen können. Diese Bakterien produzieren Substanzen mit antibiotischer Wirkung, was erklären könnte, warum die leuchtenden Wunden bessere Heilungsraten zeigten. Die Soldaten nannten das Phänomen liebevoll Angels Glow, das Leuchten der Engel, ein Phänomen, das aus der Dunkelheit des Krieges heraus auf eine biologische Überlebenshilfe hinwies, eine Tiergruppe, die in Sachen Biolumineszenz besonders heraussticht, sind die

11:13 siphonophoren, koloniale Meerestiere, die entfernt mit Quallen verwandt sind. Die Siphonophore Praia dubia ist mit bis zu 50 Metern Länge möglicherweise das längste Tier der Erde überhaupt. Das längste bekannte Lebewesen und fast vollständig biolumineszent. Sie besteht nicht aus einem einzigen Organismus, sondern aus tausenden von spezialisierten Einzeltieren, sogenannten Zoiden, die so eng miteinander verbunden sind, dass sie nur gemeinsam funktionieren können. Manche Zoide sind für die Fortbewegung zuständig, andere für die Nahrungsaufnahme, andere für die Reproduktion, wieder andere für das Leuchten.

11:51 Eine Siphonophore ist nicht ein Tier, sie ist eine lebende Kolonie, ein superorganismisches Wesen, das Biolumineszenz als gemeinsame Sprache nutzt, wenn ein Teil der Kolonie bedroht wird, sendet er Lichtsignale durch die gesamte Länge des Organismus, eine Art biolumineszentes Nervensystem. Kommen wir in die Tiefsee, denn dort, wo kein Sonnenlicht je Hingelangt, hat die Biolumineszenz ihre häufigste und vielfältigste Ausprägung gefunden.

12:21 Unterhalb von etwa 200 Metern Wassertiefe herrscht absolute Dunkelheit, kein einziges Photon des Sonnenlichts dringt noch durch, die Druckverhältnisse sind extrem in 1000 Metern Tiefe beträgt der Wasserdruck 100 Atmosphären, also das Hundertfache des Luftdrucks an der Erdoberfläche. Die Temperaturen liegen nahe dem Gefrierpunkt, Nahrung ist knapp und dennoch ist die Tiefsee die mit Abstand größte Lebenszone unseres Planeten. Sie macht über 95% des bewohnbaren Raumes der Erde aus voller Leben, und dieses Leben leuchtet in der Tiefsee ist Biolumineszenz keine Besonderheit, sondern die Regel, das Meeresleuchttierchen Euphausia Pacifica, besser bekannt als Krill.

13:07 Leuchtet an der Unterseite seines Körpers ein klassisches Counter Illumination System, die Laternenfische Myctophidae, eine der artenreichsten Fischfamilien der Tiefsee, tragen an Bauch und Flanken Reihen von Leuchtorganen, sogenannte Photophoren, die in artspezifischen Mustern angeordnet sind. Diese Muster dienen der Artkennung in der Dunkelheit eine visuelle Sprache des Lichts, die in einer Welt ohne Sonnenlicht entstanden ist.

13:35 Die Tintenfischgattung Histioteutis der Hummeltintenfisch hat eine der kuriosesten Lösungen entwickelt. Er hat 2 völlig verschiedene Augen, das eine Auge ist groß nach oben gerichtet und empfindlich für das schwache Restlicht von oben, es sucht nach Silhouetten von Beute oder Feinden, die sich gegen das Restlicht abzeichnen, das andere Auge ist kleiner nach unten gerichtet und auf die Wahrnehmung von biolumineszentem Licht spezialisiert. 2 Augen, 2 sehsysteme, 2 Welten in einem einzigen Tier besonders faszinierend ist das Leuchten mancher Quallen.

14:15 Die Kristallqualle Equorea Victoria, ein unscheinbares Tier aus dem Pazifik, produziert ein blau grünes Fluoreszenzlicht und das Protein, das dafür verantwortlich ist. Das Grün fluoreszente Protein, kurz GFP, hat die Biowissenschaften revolutioniert. Seit der Entdeckung und Isolierung von GFP durch Osamu Schimomura in den 1900 60er Jahren und der späteren Weiterentwicklung durch Martin Chalfy und Roger Cien alle 3 erhielten 2008 den Nobelpreis für Chemie, wird GFP.

14:54 Molekularer Leuchtmarker in der Zellbiologie eingesetzt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können damit spezifische Proteine oder Zellen in lebenden Organismen sichtbar machen. Ein Gen wird mit dem GFP gen verbunden und überall, wo das Protein produziert wird, leuchtet die Zelle grün. Dank einer Qualle können wir heute beobachten, wie Krebs sich ausbreitet.

15:17 Wie Nervenzellen sich verknüpfen wie embryonale Entwicklung im Echtzeitverlauf abläuft das Leuchten einer Meeresqualle hat die medizinische Forschung verändert. Und dann sind da die leuchtenden Pilze. Ja, auch Pilze können leuchten, weltweit sind rund 100 Pilzarten bekannt, die im Dunkeln biolumineszent leuchten, die meisten davon in tropischen Wäldern in Japan, Brasilien und auf den Azoren gibt es Wälder, in denen manche Baumstümpfe oder myzählgeflecht schwach grünlich glimmen.

15:48 Die Funktion des Pilzleuchtens ist noch nicht vollständig geklärt. Ein aktueller Erklärungsansatz ist, dass das Licht Insekten anlockt, die Sporen verbreiten eine Art Biolumineszentes Bestäubungsprinzip auch in faulenden hölzern kann manchmal ein Leuchten beobachtet werden, Foxfire nennen es die Angelsachsen, Holzschein im Deutschen das auf Biolumineszente Pilzmyzelien zurückgeht. Biolumineszenz ist auch für die Technologie ein immer wichtigeres Forschungsfeld.

16:15 Ingenieurinnen und Ingenieure studieren die Leuchtorgane von Tiefseefischen, um effizientere Lichtquellen zu entwickeln, Biotechnologinnen und Biotechnologen nutzen biolumineszente Bakterien als Biosensoren zur Erkennung von Schadstoffen in Gewässern oder von Krankheitserregern in medizinischen Proben. Luziferase Reaktionen werden in der Pharmakologie genutzt, um Enzymaktivitäten in Echtzeit zu messen. Das Leuchten der Natur wird zur Werkzeugkiste der Wissenschaft, und doch ist das Wichtigste nicht das, was wir aus der Biolumineszenz für uns gewinnen können. Das Wichtigste ist das, was sie uns zeigt, sie zeigt uns, dass das Leben Lösungen findet, die wir uns nicht vorstellen konnten.

16:58 Dass in jedem Winkel dieser Erde, in jedem Tiefseegraben, an jedem dunklen Küstenstreifen Lebewesen existieren, die ihre Umwelt auf wegen Nutzen, die wir gerade erst beginnen zu verstehen. Dass diese Vielfalt, die biologische, die chemische, die ökologische Vielfalt ein Schatz ist, der nicht wiederholbar ist, kein Labor der Welt, kann in absehbarer Zeit das erschaffen, was 500000000 Jahre Evolution geschaffen haben. Doch diese Vielfalt ist bedroht.

17:28 Die Ozeane erwärmen sich, versauern durch CO 2, werden durch Plastik, Dünger und Schadstoffe belastet. Die Küstengewässer, in denen Biolumineszenz am Sichtbarsten ist, sind gleichzeitig die am stärksten menschlich belasteten Meeresbereiche Lichtverschmutzung stört die Kommunikation von Leuchtkäfern und anderem lichtabhängigem Getier an Land, Überfischung dezimiert Tiefseepopulationen, bevor wir sie überhaupt vollständig beschrieben haben.

17:56 Manche Arten werden ausgestorben sein, bevor wir überhaupt wussten, dass sie existierten. Stell dir noch einmal den dunklen Strand vor, die Brechende Welle, das blaue Aufflackern im Wasser, das Leuchten entlang deiner Hände, wenn du sie durch das Meer bewegst. Dieses Licht ist älter als die Menschheit, es hat Jahrmillionen überdauert in den Tiefen der Ozeane, in den Nächten der Tropen, in den Wäldern, in den Lagunen.

18:23 Es ist ein Teil dieser Erde, den wir noch kaum kennen, der uns noch kaum etwas erzählt hat. Unsere er, unsere Erde ist reich reicher als wir je vollständig begreifen werden, jeder Quadratmeter Meeresgrund, jede Lichtung im tropischen Wald, jedes stille Gewässer an einer Küste birgt Geheimnisse, die wir noch nicht gelüftet haben, diese Erde zu schützen ist nicht nur eine ethische Pflicht, es ist eine wissenschaftliche Notwendigkeit, und es ist vielleicht das größte Abenteuer, das wir als Menschheit noch vor uns haben.

18:52 Danke, dass du heute dabei warst, bei der Schlafreise durch die Natur Schlaf gut und träum vom Stillen, tiefblauen Leuchten des Meeres in der Dunkelheit der Nacht.