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BiolumineszenzAls Biolumineszenz bezeichnet man in der Biologiedie Fähigkeit von Lebewesen, selbst oder mit Hilfe von SymbiontenLicht zu erzeugen. Der Name stammt von griechisch bíos »Leben« und lateinisch lumen »Licht«. Die Erzeugung des Lichtes findet bei höher organisierten Organismen oft in speziellen Leuchtorganenstatt, bei Einzellernin besonderen Organellenund bei Bakterienim Cytoplasma. Sie basiert auf chemischen Prozessen, bei denen freiwerdende Energiein Form von Licht abgegeben wird, es handelt sich also um eine spezielle Form der Chemilumineszenz.
Biologische FunktionBiolumineszenz ist eine spezielle Art der Lumineszenz. Sie erfüllt dabei verschiedene Funktionen:
Oft ist die Funktion der Biolumineszenz im Leben der leuchtenden Organismen nur unzureichend geklärt oder gar völlig unbekannt. VerbreitungBei fast allen Organismengruppen gibt es biolumineszierende Vertreter. Jedoch weisen insbesondere höhere Pflanzen und höhere Wirbeltiere mit Ausnahme der Fische - soweit bisher bekannt - keine lumineszierenden Vertreter auf. Insekten mit Biolumineszenz sind zum Beispiel Leuchtkäfer(Glühwürmchen; Lampyridae) und Leuchtschnellkäfer(Gattungen Cucujo und Pyrophorus). Es gibt auch leuchtende Collembolen(Springschwänze). Besonders verbreitet ist Lumineszenz unter Meeresbewohnern, sowohl in der Tiefsee (bis zu 90% der Tiefseeorganismen) als auch in Küstengewässern (etwa 5%). Verschiedene Kopffüßerwie der Vampirtintenfisch(Vampyroteuthis infernalis), die Wunderlampe(Lycoteuthis spec.) und andere Kalmare(Theutida), Leuchtkrebse(Krill, Euphausiacea), Leuchtquallen(Pelagia noctiluca, Aquorea victoria, Periphylla periphylla), Polychaetenwie Eusyllis blomstrandi im Helgoländer Felswatt (Helgoland), der im Sand verborgen lebende Chaetopterus variopedatus und der freischwimmende Tomopteris helgolandica. Korallenwie (Renilla reniformis), aus denen von Wampler das Green Fluorescent Protein GFPisoliert wurde, und verschiedene Tiefseefische. Zu den ca. 40 biolumineszenten Pilzarten weltweit zählen der Hallimasch(Armillariasp.), der Leuchtende Ölbaumpilz(Omphalotus olearius) und einige Arten der Gattungen Panellus, Pleurotusund Mycena. Es gibt auch einige im Meerwasser freilebende Leuchtbakterien, die auch auf Lebensmitteln wie Fisch, Fleisch und Eiern zu finden sind. Hierzu gehören zum Beispiel Vibrio fischeriund Photobacterium. Vibrio fischeri vermehrt sich auf toten Salzwasserfischen und lässt sich leicht beobachten, wenn man einen toten, frischen Salzhering einige Zeit kühl aufbewahrt, der dann im Dunklen stellenweise leuchtet. Außerdem gibt es symbiontisch lebende Leuchtbakterien, die in besonderen Organen von Meerestieren vorkommen; vor allem Angler- und Laternenfische leben in Symbiose mit Leuchtbakterien. Das so genannte Meeresleuchtenwird durch Planktonhervorgerufen, zum Beispiel von einzelligen Dinoflagellaten(Noctiluca), die auf Strömungsveränderungen mit der Aussendung von Licht reagieren. Meeresleuchten lässt sich an zahlreichen Küsten beobachten. SymbiosenSymbiosenvon Tieren mit Leuchtbakterienkommen vor. Hier werden die Bakterien von ihren Wirten mit Nahrung und Sauerstoff versorgt und leben oft in speziellen Hauttaschen oder Körperpartien. ChemieDurch exergoneOxidationvon Luciferinenmit elementarem Sauerstoff (O2), katalysiert durch Luciferasen, wird Energiein Form von Lichtfreigesetzt. Sowohl die Luciferine als auch die Luciferasen sind art- oder gruppenspezifisch, also für jede Organismengruppe kennzeichnend. Dabei sind die Luciferasen offensichtlich im Laufe der Evolutionaus anderen Enzymen, den Oxygenasen, hervor gegangen. Bei der Veränderung, meistens der Abspaltung von Teilgruppen an dem Luciferin, entsteht Energie, die als Lichtquantabgegeben wird. Eine etwas andere Art der Lichterzeugung, nämlich durch Photoproteine, verwendet die Qualle Aequorea victoria. Dieser Coelenterat(Hohltier) verwendet Aequorin, ein Ca2+-abhängiges primäres Photoprotein. Da es im Laufe der Reaktion nicht wie andere Luciferinechemisch umgewandelt wird, sondern nach der Emission des Lichts in seinen Ausgangszustand zurückgelangt, ist es unbegrenzt wiederverwertbar. Das grüne Leuchten dieser Quallen entsteht durch die Kombination von GFP(green fluorescent protein) mit dem Aequorin. AnwendungBiolumineszenz ist nicht nur für die Grundlagenforschung von Interesse. Seit einiger Zeit werden verschiedene technische Anwendungen von Biolumineszenz routinemäßig eingesetzt. So wird Biolumineszenz etwa als risikoarme Markierungsmethode in der Molekularbiologie angewendet, die zusammen mit Fluoreszenz-Markierungen die Methode der radioaktiven Markierungweitgehend ersetzt hat. Auch als Nachweismethode in der Ökotoxikologie wird Biolumineszenz zum Nachweis und der Quantifizierung von Toxinen verwendet. Die Verwendung von Dinoflagellaten in der Strömungsforschung zum Nachweis von Turbulenzen wird diskutiert. Einige Forscher kündigen bereits selbstleuchtende Monitoreauf Basis von Biolumineszenz an. Auch kuriose Anwendungen, wie z.B. ein in den USA im Tierhandel unter dem Namen "Glofish" erhältlicher, genetisch manipulierter Zebrabärbling(Danio rerio), selbst leuchtende Weihnachtsbäume u. ä. sind zu finden. Weblinks
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