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Wie und warum leuchten Glühwürmchen?

Glühwürmchen besitzen eine im Tierreich seltene Fähigkeit: Sie erzeugen durch eine chemische Reaktion Licht - so genannte Biolumineszenz. Das Leuchten dient den Tieren hauptsächlich als Kommunikationsmittel.
Fliegendes GlühwürmchenLaden...

Besonders häufig bekommt man das Phänomen in trockenen Sommernächten zu sehen: Plötzlich wimmelt es im Dunkeln vor kleinen Lichtpunkten. Es sind Glühwürmchen, die je nach Art entweder durchgehend leuchten oder in kurzen Zeitabständen aufblinken. Meist sind es die Weibchen, die damit paarungswillige Männchen anlocken. Da sie keine Flügel besitzen, klettern weibliche Glühwürmchen dazu auf Bäume oder Pflanzen, so dass sie von den fliegenden Männchen besser wahrgenommen werden. Bei einigen Arten leuchten auch die Männchen – wenn auch schwächer. Glühwürmchenlarven emittieren in der Regel ebenfalls Licht und schrecken damit ihre Fressfeinde ab.

Der Name Glühwürmchen ist eigentlich irreführend, denn es handelt sich bei den Tieren um Käfer. Außerdem glühen sie nicht im herkömmlichen Sinn, wie eine Glühbirne oder Feuerglut, sondern emittieren »kaltes« Licht ohne Infrarot- oder UV-Anteile. Ihr Leuchten entsteht nach dem gleichen Prinzip wie bei Leuchtdioden (LEDs) und beruht auf Lumineszenz, die durch eine chemische Reaktion erzeugt wird.

Glühwürmchen im Wald (langzeitbelichtet)Laden...
Glühwürmchen im Wald

Die Lumineszenz entsteht durch energetische Anregung von Elektronen, die aufgenommene Energie als Licht wieder abgeben. Bei Glühwürmchen geschieht dies durch ein Molekül namens Luciferin. Die notwendige Energie stammt aus der chemischen Reaktion von Luciferin mit Sauerstoff, für die neben dem Enzym Luciferase auch der Energieträger Adenosintriphosphat (ATP) und Magnesiumionen benötigt werden. Die freigesetzte Energie versetzt die Außenelektronen im Luciferin in einen höheren Energiezustand. Der angeregte Zustand ist allerdings sehr instabil, und die Elektronen fallen innerhalb von Sekundenbruchteilen wieder auf ihr altes Energieniveau zurück. Dabei strahlen sie überschüssige Energie in Form von Photonen (Licht) ab.

Bei der Luciferin-Sauerstoff-Reaktion im Glühwürmchen werden etwa 40 Prozent der aufgenommenen Energie in Licht verwandelt, das entspricht ungefähr der Lichtausbeute von handelsüblichen LEDs. Zum Vergleich: Bei einer Glühbirne sind es nur 5 Prozent, der Rest geht als Wärme verloren.

Naturwissenschaftler machen sich die Lichtreaktion der Glühwürmchen übrigens für Forschungszwecke zu Nutze. So verbinden sie zum Beispiel das Luciferase-Gen mit anderen Genen, deren Aktivität sie untersuchen wollen. Werden diese in der Zelle abgelesen, entsteht ein an Luciferase gekoppeltes Protein, das bei Zugabe von Luciferin und ATP eine Lichtreaktion erzeugt. Die Intensität des Lichts ist dabei direkt proportional zur Menge des Proteins. Dadurch kann man auf die Aktivität des Gens in der Zelle rückschließen.

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