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Lexikon der Biologie: Leuchtorganismen

Leuchtorganismen, Organismen jeglicher Art, Bakterien (Leuchtbakterien), Pilze (Leuchtpilze) sowie viele ein- und mehrzellige Tiere, die Stoffwechsel-Energie als sichtbares Licht nach außen abgeben können („kaltes Leuchten"). In der Mehrzahl verfügen solche Organismen im eigenen Stoffwechsel über Redoxsysteme (Redoxreaktionen), welche die Energie aus der Oxidation bestimmter Substrate, sog. Luciferine, durch entsprechende Enzyme (Luciferase) in Licht umwandeln (Biolumineszenz), so die Leuchtbakterien vornehmlich der Gattungen Photobacterium und Vibrio, verschiedene eukaryotische Einzeller, vor allem Flagellata (Geißeltierchen) und Dinoflagellata wie die in der Nordsee verbreitete Noctiluca, alle leuchtenden Pilze, unter den Nesseltieren viele Hydrozoa, Scyphozoa und Octocorallia, die meisten Rippenquallen, viele Ringelwürmer, einige Arten von Schnecken, etwa 40% aller bekannten Kopffüßer ( vgl. Abb. ), Krill und einige Muschelkrebse, einzelne Tausendfüßer, Insekten, zahlreiche Stachelhäuter (Seewalzen, Seesterne, Schlangensterne und Haarsterne) sowie manche Manteltiere, vor allem Salpen. Andere, generell mehrzellige Tiere, vornehmlich einige Kopffüßer und Fische (Tiefseeangler), verdanken ihr Leuchtvermögen symbiontischen Leuchtbakterien, die sie in speziellen Leuchtorganen beherbergen (Leuchtsymbiose). Bei mehrzelligen Pflanzen ist bis heute kein Beispiel für Leuchtvermögen bekannt. Bei Mehrzellern können die Leuchtzellen (Photocyten) einzeln oder in kleinen Gruppen diffus über die Körperoberfläche verteilt sein; meist sind sie aber auf kompliziert gebaute Leuchtorgane beschränkt, zuweilen Drüsen, deren Sekrete erst nach ihrer Freisetzung leuchten. – Der Großteil aller Leuchtorganismen lebt im Meer, überwiegend in der Tiefsee (Tiefseefauna), während es in Süßwasser und auf dem Festland nur verhältnismäßig wenige leuchtende Pilze (Hallimasch) und leuchtende Tiere gibt (Leuchtinsekten, einzelne Tausendfüßer, einige Regenwürmer der Gattung Megascolex [Megascolecidae], 2 Arten von Lungenschnecken). Leuchtvermögen tritt nie als typisches Merkmal ganzer Organismengruppen auf, sondern ist gewöhnlich nur auf einzelne Gattungen innerhalb verschiedenster Tierklassen beschränkt. So gibt es in der riesigen Gruppe der Spinnentiere eigenartigerweise nicht ein einziges Beispiel für Leuchtvermögen, obwohl dieses gerade unter den übrigen Gliederfüßern recht verbreitet ist. Solche Beobachtungen und auch die chemische Verschiedenheit der Luciferin-Luciferase-Systeme ( vgl. Infobox 1 ) weisen darauf hin, daß biologisches Leuchtvermögen in der Evolution vielfach unabhängig entstanden sein muß. Der biologische Nutzen dieser Emission sichtbaren Lichts ist namentlich bei Bakterien, Einzellern und Pilzen, aber auch vielen Tieren, wie etwa Nesseltieren, ungeklärt. Möglicherweise handelt es sich um einen erdgeschichtlich urtümlichen Weg zur Entgiftung von Sauerstoff. Dabei wird gerade bei den primitivsten Leuchtorganismen, Bakterien und Einzellern, die Lichtabgabe häufig erst durch äußere Reize ausgelöst. Bei mehrzelligen Tieren erfüllt das Leuchtvermögen demgegenüber vielfältige Funktionen im inner- und zwischenartlichen Signalaustausch (Kommunikation): bei der Partnerfindung, zum Beutefang und zur Abschreckung und Tarnung. Ihren verschiedenen Aufgabenbereichen entsprechend unterschiedlich sind Lichtfarbe, Anordnung und Bau der Leuchtorgane, manchmal sogar bei einer Art: die Wunderlampe Lycoteuthis diadema, ein pelagischer Kopffüßer der Tiefsee, besitzt allein 22 Leuchtorgane 10 unterschiedlicher Bautypen in 4 verschieden Farben. Sofern nicht durch Leuchtsymbionten verursacht, ist die Lichtemission nervös gesteuert, erfolgt in der Regel diskontinuierlich und kann nicht nur an- und abgeschaltet werden, sondern sich in periodischen Blinksignalen oder Folgen kurzer Lichtblitze äußern. Bei Leuchtkäfern, weltweit etwa 4000 Arten, dienen die Leuchtorgane generell dem Zueinanderfinden von Sexualpartnern. Die in Europa verbreiteten Gattungen Lampyris, Phausis und Phosphaenus (Familie Lampyridae) haben den Fettkörper der letzten Abdominalsegmente zu großen Leuchtorganen umgewandelt, der Chitinpanzer ist in dieser Region durchsichtig und der Fettkörper von einer Schicht reflektierender Zellen unterlagert. Die etwa 1000 Photocyten dieser Laterne sind dicht von freien Nervenendigungen und Tracheolen umsponnen. Noch weit komplexere Leuchtorgane besitzen Schnellkäfer der Gattungen Photinus (Nordamerika) und Pyrophorus (Cucujo [Abb.]) aus Südamerika, in der Regel vorn am Abdomen eine ventrale und am Thorax jederseits eine sehr helle dorsale „Positionslampe". Im Flug „brennt" nur die grünlich leuchtende ventrale Lampe, auf dem Erdboden die beiden gelb leuchtenden dorsalen Lichter, und zwar mit einer Helligkeit, daß man die Tiere als „Leselämpchen" benutzen kann. Weniger die Lichtfarbe als die Frequenz der Lichtsignale ist von Bedeutung: Bei der Leuchtkäfer-Art Photinus pyralis sendet das Männchen alle 6 Sekunden einen Blitz von 0,06 s Dauer aus. Nur wenn ein Weibchen exakt 2 s später mit einem Lichtsignal antwortet, wird es als Partner erkannt. Artspezifische Leuchtorgane der pelagischen Leuchtgarnelen (Euphausiacea) wie auch Reihen von Leuchtorganen an den Körperflanken der überwiegend in der Tiefsee lebenden Laternenfische dienen ebenso der Partnererkennung wie dem Schwarmzusammenhalt. – Primär auf den Beutefang ausgerichtet (als Köder oder Suchscheinwerfer) ist das Leuchtvermögen mancher Insekten und Tiefseefische. Die mit Leuchtorganen ausgestatteten räuberischen Larven zweier Pilzmücken-Arten, der in Europa heimischen Keroplatus testaceus (Leuchtorgan: der Fettkörper) und – aufsehenerregender noch – der höhlenlebenden neuseeländischen Pilzmücke Arachnocampa luminosa (Leuchtorgan: Malpighische Schläuche) locken durch ihr Licht Kleininsekten an, die dann an ausgehängten Schleimfäden kleben bleiben und mit diesen aufgefressen werden. Einige Kopffüßer, die Laternenträgerfische der Gattungen Anomalops und Photoblepharon sowie Tiefseefische der Gattungen Aristostomias und Malacosteus benutzen sehr hell strahlende Leuchtorgane unter den Augen als Suchscheinwerfer, in deren Strahl sie ihre Beute aufspüren. Bei den Laternenfischen wird das Licht zwar von symbiontischen Bakterien erzeugt. Die Fische können ihre Scheinwerfer dennoch ab- und aufblenden, indem sie die Leuchtorgane nach innen rotieren oder ein pigmentiertes Lid als „Jalousie" darüberziehen. Bei den beiden letztgenannten, im Dauerdunkel der Tiefsee lebenden Gattungen strahlen diese Scheinwerfer anders als zusätzliche blau leuchtende Leuchtorgane am Rumpf in hellem Rotlicht einer Wellenlänge von 700 nm, die für andere, in der Regel rotblinde Tiefseetiere nicht sichtbar ist. So bleiben die selbst nicht rotblinden Jäger für ihre Beute unsichtbar. – Schließlich kann Leuchtvermögen auch zur Warnung und Tarnung genutzt werden ( vgl. Infobox 2 ). Meeresleuchten.

P.E.



Leuchtorganismen

1 Lage der Leuchtorgane beim Kopffüßer Pterygioteuthis. 2 Lage der Leuchtorgane und Sexualdimorphismus beim Planktonkrebs (Ordnung Euphausiacea) Nematobrachion flexipes, a Weibchen, b Männchen. 3 Kopffüßer Euprymna morsei (Euprymna): a Männchen mit geöffnetem Mantel, b Querschnitt durch Region der Leuchtorgane. 4 Tiefseeangler Linophryne arborifera: a Weibchen mit Leuchtorganen; b Längsschnitt durch den 1. Rückenflossenstrahl von Linophryne arborifera mit Bakterien-Leuchtorgan im Detail. 5 Querschnitt durch das Leuchtorgan vom Bootsmannfisch (Porichthys; Froschfische).

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