Wer jetzt im Sommer abends spazieren geht, hat sie vielleicht bereits gesehen: die Glühwürmchen. Hast du dich schon mal gefragt, warum Glühwürmchen eigentlich glühen?
Was bringt die kleinen Insekten zum Leuchten? Die Antwort ist Biolumineszenz!
Wie das genau funktioniert und wer in der Tierwelt noch eine „Leuchte“ ist, erfährst du in diesem Text.
Biolumineszenz ist eine Art der Chemilumineszenz – ein Prozess, bei dem durch eine chemische Reaktion Licht erzeugt wird. In einem lebenden Organismus wird dieser Prozess Biolumineszenz genannt (nicht zu verwechseln mit Biofluoreszenz). Das ist die Fähigkeit, Licht in einer bestimmten Wellenlänge aufzunehmen und es in einer anderen Wellenlänge – also in einer anderen Farbe – wieder abzustrahlen. Für das menschliche Auge sind die abgestrahlten Farben leider nicht sichtbar, da unser Auge nur bestimmte Wellenlängen sehen kann.
Mehr zu dem Thema Farben findest du hier im Blogbeitrag über Licht
Im Gegensatz dazu können wir Biolumineszenz sehen. Die Biologen unterscheiden zwischen primärem und sekundärem Leuchten. Beim primären Leuchten, erzeugen die Organismen selbst die chemischen Prozesse, die für das Leuchten verantwortlich sind. Ein Beispiel hierfür ist das Glühwürmchen. Beim sekundären Leuchten erzeugen Mikroorganismen das Licht. Das ist beispielsweise beim Anglerfisch so, bei dem Bakterien das Licht erzeugen. In der Natur kommt Biolumineszenz bei vielen Tieren vor. Dazu zählen Pilze, Bakterien, Insekten, Hundertfüßer, Krebstiere und Fische. Leuchtende Hunde, wie der berühmte Hund von Baskerville, zählen leider nicht zu den biolumineszenten Organismen.
In vielen Fällen ist den Biologen nicht klar, warum eine bestimmte Tierart leuchtet.
Bei einigen Organismen unter Wasser hilft Biolumineszenz bei der Partnersuche, beim Anlocken von Beutetieren oder auch zu der Abschreckung von Fressfeinden. An Land dient diese Fähigkeit in erster Linie zur Erkennung von Artgenossen und zur Kommunikation zwischen Sexualpartnern, möglicherweise auch zum Anlocken von Beutetieren.
Wie ist es nun bei den Glühwürmchen?
Zunächst einmal heißen sie bei den Biologen Leuchtkäfer.
Glühwürmchen ist ihr Name im Volksmund. Leuchtkäfer leuchten zur Paarungszeit im Sommer (Juni/Juli). Durch die Leuchtsignale können sich Männchen und Weibchen in der Dunkelheit besser finden. Von den weltweit ca. 2.000 Arten leben drei in Deutschland. Das sind: Lampyris noctiluca, auch Leuchtkäfer genannt – er ist das eigentliche Glühwürmchen, Lamprohiza splendidula, auch Johanniswürmchen genannt bzw. kleiner Leuchtkäfer und Phosphaenus hemipterus – der Kurzflügel-Leuchtkäfer. Bei allen drei Arten können die weiblichen Tiere nicht fliegen. Bei der ersten Art, dem Glühwürmchen, leuchten allerdings die Männchen nicht.
Ein fliegender Leuchtkäfer ist also mit einiger Sicherheit ein Johanniswürmchen.
Was genau passiert nun im Körper eines Leuchtkäfers?
Kurz gesagt: eine chemische Reaktion zweier biologischer Substanzen.
Das lichtgebende Substrat Luciferin reagiert mit dem Enzym Luciferase.
Luciferase ist der Katalysator, der die Oxidation in Gang setzt. Das Luciferin nimmt Sauerstoff auf und wird dadurch in einen energiereicheren Zustand versetzt. Die überschüssige Energie wird als Lichtteilchen wieder abgestrahlt. Bisher wussten die Forscher, dass für die Reaktion Sauerstoff notwendig ist. Erst im Jahr 2015 fanden Bruce Branchini und sein Team vom Connecticut College jedoch heraus, dass diese Reaktion nur beim Vorhandensein von einem Sauerstoffradikal namens Superoxid-Anion stattfinden kann. Das ist eine Form von molekularem Sauerstoff, die ein zusätzliches Elektron enthält. Dieses Elektron gibt den Anstoß für die Reaktion.
Vergleichen wir ein Glühwürmchen und eine Glühlampe gewinnt Ersteres eindeutig den ersten Preis für Effizienz. Beim Leuchtkäfer beträgt die Lichtausbeute fast 100 Prozent. Lediglich zwei Prozent der gewonnen Energie werden als Wärme abgegeben. Ein leuchtendes Glühwürmchen ist also nicht heiß, wenn du es anfässt. Deswegen sprechen Biologen hier vom sogenannten „kalten Licht“. Eine Glühlampe hingegen glüht, weil sie erhitzt wird. Die Lichtausbeute beträgt gerade mal fünf Prozent. Der Rest geht als Wärme verloren.
Jede Leuchtkäfer-Art hat ihre eigenen Blinksignale. So wird vermieden, dass sich verschiedene Arten miteinander paaren. Die Larven der Glühwürmchen schlüpfen Ende August. Dann beginnt die Jagd auf Gehäuseschnecken – ihre Hauptnahrungsquelle. Die kalte Jahreszeit überwintern die Larven. Nach fünf Häutungen sind sie ausgewachsen und verpuppen sich Anfang Juni. Nach 1-2 Wochen Puppenruhe schlüpfen die erwachsenen Käfer. In diesem Stadium können sie keine Nahrung mehr zu sich nehmen. Also machen sie sich auf Partnersuche und der Kreislauf geht von Neuem los…
Funfact: Es gibt sogar eine eigene Gesellschaft, die sich mit Biolumineszenz befasst: die International Society of Bioluminescence and Chemiluminescence. Einen spannen TED Talk-Beitrag zum Thema Biolumineszenz gibt es von Edith Widder hier.