Wie leuchten Leuchtkäfer?
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Das Flackern der Glühwürmchen in der Dämmerung bestätigt, dass der Sommer angebrochen ist. Als Kind haben Sie vielleicht diese sogenannten Blitzwanzen in Ihren hohlen Händen gefangen und durch Ihre Finger geschaut, um sie glühen zu sehen. Sie haben sich gefragt, wie diese faszinierenden Glühwürmchen Licht erzeugen.
Biolumineszenz bei Glühwürmchen
Glühwürmchen erzeugen Licht auf ähnliche Weise wie ein Leuchtstab. Das Licht entsteht durch eine chemische Reaktion oder Chemilumineszenz. Wenn in einem lebenden Organismus eine lichterzeugende chemische Reaktion auftritt, nennen Wissenschaftler diese Eigenschaft Biolumineszenz. Die meisten biolumineszierenden Organismen leben in Meeresumgebungen, aber Glühwürmchen gehören zu den terrestrischen Lebewesen, die in der Lage sind, Licht zu produzieren.
Wenn Sie sich ein Glühwürmchen für Erwachsene genau ansehen, werden Sie feststellen, dass die letzten zwei oder drei Abdomensegmente anders aussehen als die anderen. Diese Segmente bilden das Licht erzeugende Organ, eine effiziente Struktur, die Licht erzeugt, ohne Wärmeenergie zu verlieren. Wenn Sie nach ein paar Minuten schon einmal eine Glühbirne berührt haben, wissen Sie, dass sie heiß ist. Wenn das leichte Organ des Glühwürmchens vergleichbare Wärme abgeben würde, würde das Insekt ein knuspriges Ende finden.
Luciferase bringt sie zum Leuchten
Bei Glühwürmchen hängt die chemische Reaktion, durch die sie leuchten, von einem Enzym namens Luciferase ab. Lass dich nicht durch seinen Namen irreführen. Dieses Enzym ist keine Arbeit des Teufels. Luzifer kommt aus dem Latein lucis, Licht bedeutet, und ferre, was bedeutet zu tragen. Luciferase ist also buchstäblich das Enzym, das Licht bringt.
Die Biolumineszenz von Glühwürmchen erfordert die Anwesenheit von Kalzium, Adenosintriphosphat, dem chemischen Luciferan und dem Enzym Luciferase im Lichtorgan. Wenn Sauerstoff in diese Kombination chemischer Inhaltsstoffe eingebracht wird, löst dies eine Reaktion aus, die Licht erzeugt.
Wissenschaftler haben kürzlich entdeckt, dass Stickoxid eine Schlüsselrolle dabei spielt, dass Sauerstoff in das leichte Organ der Glühwürmchen eindringt und die Reaktion auslöst. In Abwesenheit von Stickstoffmonoxid binden sich Sauerstoffmoleküle an die Mitochondrien auf der Oberfläche der leichten Organzellen und können nicht in das Organ eindringen, um die Reaktion auszulösen. Es kann also kein Licht erzeugt werden. Wenn vorhanden, bindet Stickoxid stattdessen an die Mitochondrien und lässt den Sauerstoff in das Organ eindringen, verbindet sich mit den anderen Chemikalien und erzeugt Licht.
Die Biolumineszenz ist nicht nur ein Speziesmarker für die Anziehung der Partner, sondern auch ein Signal für die Raubtiere der Glühwürmchen wie Fledermäuse, dass sie bitter schmecken werden. In einer Studie veröffentlicht in der August 2018 Ausgabe der Zeitschrift Fortschritte in der Wissenschaft, Die Forscher fanden heraus, dass Fledermäuse weniger Glühwürmchen aßen, als die Glühwürmchen leuchteten.
Variationen im Ways Fireflies Flash
Lichterzeugende Glühwürmchen blitzen in einem Muster und einer Farbe, die für ihre Art einzigartig sind, und diese Blitzmuster können verwendet werden, um sie zu identifizieren. Um die Glühwürmchenarten in Ihrer Nähe erkennen zu können, müssen Sie die Länge, Anzahl und den Rhythmus ihrer Blitze, das Intervall zwischen ihren Blitzen, die Farbe des von ihnen erzeugten Lichts, ihre bevorzugten Flugmuster und die Nachtzeit kennen normalerweise blinken.
Die Geschwindigkeit des Blitzmusters eines Glühwürmchens wird durch die Freisetzung von ATP während der chemischen Reaktion gesteuert. Die Farbe (oder Frequenz) des erzeugten Lichts wird wahrscheinlich vom pH-Wert beeinflusst. Die Blitzrate eines Glühwürmchens hängt auch von der Temperatur ab. Niedrigere Temperaturen führen zu langsameren Blitzraten.
Selbst wenn Sie mit den Blitzmustern für Glühwürmchen in Ihrer Nähe vertraut sind, müssen Sie mögliche Nachahmer berücksichtigen, die versuchen, ihre Mitglühwürmchen zum Narren zu halten. Firefly-Weibchen sind dafür bekannt, dass sie die Blitzmuster anderer Arten nachahmen können. Mit diesem Trick locken sie ahnungslose Männchen näher heran, um eine einfache Mahlzeit zu erzielen. Um nicht übertroffen zu werden, können einige männliche Glühwürmchen auch die Blitzmuster anderer Arten kopieren.
Luciferase in der biomedizinischen Forschung
Luciferase ist ein wertvolles Enzym für die biomedizinische Forschung, insbesondere als Marker für die Genexpression. Forscher können buchstäblich ein Gen bei der Arbeit oder das Vorhandensein eines Bakteriums sehen, wenn die Luciferase markiert ist. Luciferase wurde in großem Umfang eingesetzt, um die Kontamination von Lebensmitteln durch Bakterien zu identifizieren.
Aufgrund ihres Werts als Forschungsinstrument ist Luciferase in den Labors sehr gefragt, und die kommerzielle Ernte lebender Glühwürmchen wirkte sich in einigen Gebieten negativ auf die Glühwürmchenpopulationen aus. Die Wissenschaftler klonierten jedoch erfolgreich das Luciferase-Gen einer Glühwürmchenart, Photinus pyralis, 1985 wurde die großtechnische Produktion von synthetischer Luciferase ermöglicht.
Leider extrahieren einige Chemieunternehmen immer noch Luziferase aus Glühwürmchen, anstatt die synthetische Version herzustellen und zu verkaufen. Dies hat in einigen Regionen den Köpfen der Glühwürmchen tatsächlich ein Kopfgeld auferlegt, und die Menschen werden ermutigt, sie zu Tausenden während des Höhepunkts ihrer sommerlichen Paarungszeit zu sammeln.
In einem einzigen Landkreis in Tennessee wollten die Menschen 2008 die Nachfrage eines Unternehmens nach gefangenen und gefrorenen Glühwürmchen befriedigen. Computermodelle eines Forscherteams legen nahe, dass diese Erntemenge für eine solche Glühwürmchenpopulation möglicherweise nicht nachhaltig ist. Mit der heutigen Verfügbarkeit von synthetischer Luciferase sind solche Ernten von Glühwürmchen für den Profit völlig unnötig.
Quellen
- Capinera, John L. Enzyklopädie der Entomologie. Springer, 2008.
- "Firefly Watch." Wissenschaftsmuseum, Boston.
- "Wie und warum leuchten Glühwürmchen?" Scientific American, 5. September 2005.
- "Glühwürmchen leuchten auf, um Kameraden anzuziehen, aber auch um Raubtiere abzuschrecken." Amerikanische Vereinigung zur Förderung der Wissenschaft, 21. August 2018.
- Lee, John. "Grundlegende Biolumineszenz." Institut für Biochemie und Molekularbiologie, University of Georgia.
- "Modellierung der Auswirkungen der Ernte auf die Persistenz der Glühwürmchenpopulation" Ökologische Modellierung, 2013.
