Kleinvieh macht auch Licht

Edison hat vor 130 Jahren die Glühlampe
erfunden, die Natur vor Jahrmillionen das
Glühwürmchen und andere Leuchtwesen
entwickelt. Ihre Lichtquellen sind unseren deutlich überlegen.

Manche Tiere und Pilze haben die Fähigkeit
Licht zu erzeugen. Entweder schaffen sie
das mit ihren Leuchtorganen oder sie benutzen
dafür die Symbiose mit Bakterien. Die Fachleute
nennen das Phänomen „Biolumineszenz“: lebendiges
Licht. Der Biochemiker Peter Macheroux forscht
an der Technischen Universität im österreichischen
Graz intensiv auf diesem Gebiet. „Biolumineszenz ist
die Umkehrung der Fotosynthese“, erklärt er. Pflanzen
gewinnen aus der Energie des warmen Sonnenlichts
chemische Energie, Tiere und Pilze wandeln
chemische Energie in Lichtenergie um, erzeugen statt
Wärme kaltes Licht.

Lucifers Leuchtkraft

Den komplexen Vorgang kann man sich so vorstellen:
Die Leuchtwesen arbeiten wie ein kleines Chemielabor,
in dem zwei Substanzen miteinander reagieren.
Das Leuchtmittel heißt Luciferin: Es entsteht, wenn das
Enzym Luciferase mit Sauerstoff reagiert. Die dabei
frei werdende Energie
wird dann als Licht abgegeben.

Mit Teufelswerk hat das nichts zu tun, das Wort Lucifer
kommt aus dem Lateinischen und heißt nichts
anderes als „Lichtträger“. Peter Macheroux erzählt
begeistert: „Die Lichtausbeute von Biolumineszenz
beträgt fast 100 Prozent der eingesetzten Energie, der
Mensch bringt es bei der Glühbirne auf fünf Prozent.“

Wunderlampen und Nachtlaternchen

Biolumineszenz ist besonders unter Meeresbewohnern
verbreitet. Die illuminierten Seesterne, Quallen,
Muscheln, Krebse und Fische tragen häufig klangvolle
Namen. Da gibt es etwa die Wunderlampe, ein
rund acht Zentimeter großer Kalmar aus der Familie
der Tintenfische, der in der Tiefsee des Südatlantiks
sein Farbenspiel entfaltet. Um Partner anzulocken,
Rivalen zu bedrohen oder die Farben der Korallen
anzunehmen, um sich unsichtbar zu machen – und
das in Sekundenschnelle. Der Laternenfisch leuchtet
den Meeresboden nach Nahrung ab. Dem Anglerfisch
dient ein Leuchtorgan überm Maul als Köder.
Winzige Algen mit Namen Nachtlaternchen inszenieren
in der Karibik ein blau-grünes Meeresleuchten,
wenn Wellen sie in Schwingung bringen.

Und an Land? Peter Macheroux: „Da leuchten einige
Pilzarten wie etwa der Hallimasch. Er animiert damit
Insekten, seine Sporen zu verbreiten.“ Und natürlich
das legendäre Glühwürmchen, eigentlich ein Leuchtkäfer:
In den Sommernächten knipsen die Weibchen
stundenlang ihr Hinterteil an, um Männchen anzulocken.
Forscher aus Belgien, Frankreich und Kanada
haben kürzlich die zerklüftete Struktur eines leuchtenden
Glühwürmchenpanzers nachgebaut, weil der
so auffällig viel Licht durchlässt.

Überraschendes
Ergebnis:
Wenn man diese Struktur auf LED-Lampen
übertragen könnte, würden diese eine um bis zu
55 Prozent größere Lichtleistung
bringen. Koreanische
Forscher entdeckten im Außenskelett
einer anderen Leuchtkäferart eine Antireflexionsschicht, die mehr Licht aus
dem Leuchtorgan holt. Die Wissenschaftler ahmten
diese Nanostrukturen mit Linsen nach und erhöhten
den Wirkungsgrad von LED um drei Prozent.

Ein Vorbild für die Wissenschaft?

Peter Macheroux betreibt Grundlagenforschung mit
Leuchtbakterien um Biolumineszenz besser zu verstehen.
Auch praktische Anwendungen sind in Sicht.
Das Enzym Luciferase wird als so genanntes Reporter-Gen verwendet. Mit seiner leuchtenden
Hilfe können
Eigenschaften und Effekte anderer Gene sichtbar gemacht
werden. In der Medizin könnten ungefährliche
Biomarker zur Krebserkennung die bisherigen radioaktiven
Tumormarker ersetzen. Mit Leuchtbakterien
lassen sich Kontaminationen im Wasser, im Boden
und in der Luft nachweisen, denn dann sterben sie
ab. Leuchten sie weiter ist alles in Ordnung.

Andere Anwendungen liegen in der Zukunft: Grazer
Architekturstudenten erstellten mit Unterstützung von
Peter Macheroux eine Projektskizze, wie Salzwasserleuchtbakterien
die Fassade eines achtstöckigen Gebäudes
zum Flimmern bringen. Und vielleicht können
eines Tages Bakterien auch superflache Bildschirme
und Lampen erleuchten.