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Biolumineszẹnz,

 

Bezeichnung für die Erzeugung von sichtbarem Licht durch Lebewesen bei sehr geringer Wärmeerzeugung (»kaltes Licht«; Chemolumineszenz). Im Pflanzenreich kommt Biolumineszenz v. a. bei Pilzen (z. B. Hallimasch), im Tierreich v. a. bei marinen Organismen vor. Einige Bakterien, so genannte Leuchtbakterien, bewirken das Leuchten von frischem Fleisch oder Fisch. Im Tierreich wird unterschieden zwischen primärer, d. h. vom Organismus selbst hervorgerufener Biolumineszenz und sekundärer Biolumineszenz, die mithilfe symbiontischer Bakterien erzeugt wird.

 

Primäre Biolumineszenz kann sowohl intrazellulär als auch extrazellulär erzeugt werden. Intrazelluläres Leuchten findet sich z. B. bei einigen Flagellaten, Hohltieren, Anneliden, Insekten (z. B. einige Pilzmücken, die Leuchtkäfergattung Lampyris, bekannt als »Glühwürmchen«), Kopffüßern und Fischen. Reflektorische Schichten (z. B. Uratkristalle bei Leuchtkäfern), Linsen oder Pigmentschichten können den Leuchteffekt verstärken. Die Leuchtdauer beträgt 0,1 bis einige Sekunden, das Leuchten kann vielfach durch Berührungs- oder Lichtreize hervorgerufen werden, scheint zudem aber unter nervaler Kontrolle zu stehen. Bei einigen Organismen (z. B. dem Flagellaten Noctiluca) unterliegt die Biolumineszenz endogener Rhythmik.

 

Beim extrazellulären Leuchten findet die Reaktion nach Abgabe des Leuchtstoffes aus speziellen Drüsenzellen außerhalb des Körpers statt (so bei einigen Muscheln, Kopffüßern, niederen Krebsen, Tiefseegarnelen, Knochenfischen u. a.). Hier dauert das Leuchten einige Sekunden bis Minuten.

 

Sekundäre Biolumineszenz kommt bei Cephalopoden und vielen Fischen (v. a. lumineszierenden Küstenfischen, aber auch Tiefseefischen, z. B. Anglerfischen) vor. Die die Bakterien enthaltenden Leuchtorgane (maximal vier pro Tier) sind entweder drüsenartige oder sack- oder röhrenförmige Strukturen, die immer über eine Öffnung (Porus, Darm) mit der Außenwelt verbunden sind.

 

Der biochemische Mechanismus der Biolumineszenz ist im Wesentlichen überall gleich: In der Regel sind ein Luciferin als Substrat und eine Luciferase als das die Oxidation des Substrats katalysierende Enzym beteiligt. V. a. die Luciferine, aber auch die Luciferasen können bei verschiedenen Organismen sehr unterschiedlich sein. Die Reaktionsfolge kann relativ einfach sein, wie z. B. bei dem Muschelkrebschen Cypridina, bei dem neben Luciferin (L beziehungsweise L · H₂) und Luciferase nur noch Sauerstoff und Wasser an der Reaktion beteiligt sind:

 

wobei L* die angeregte Form des oxidierten Luciferins und h ν Lichtquanten des emittierten Lichtes sind (ν dessen Frequenz, h plancksches Wirkungsquantum). Die Reaktionsfolge kann aber auch recht kompliziert sein durch die Notwendigkeit weiterer Substanzen (z. B. ATP, Mg²⁺, Ca²⁺). Von Tieren ausgestrahltes Licht enthält nur Wellenlängen des sichtbaren Bereichs, meist weißes, blaues oder blaugrünes Licht. Die biologische Bedeutung der Biolumineszenz ist oft nicht bekannt. Leuchteffekte können dem Zusammenfinden der Geschlechter dienen, z. B. beim Leuchtkäfer, als Köder beim Nahrungserwerb, z. B. bei den Anglerfischen, oder auch dem Schutz vor Feinden, z. B. bei Tiefseefischen durch bauchwärts gelegene Leuchtorgane, die die Silhouette gegen die helle Wasseroberfläche auflösen.