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Feng Weimin

Biolumineszenz ist ein faszinierendes Phänomen, doch sein Ursprung war schon immer unklar. Eine kürzlich in den Proceedings of the Royal Society B veröffentlichte Studie hat dieses Rätsel gelüftet. Wissenschaftler des Smithsonian National Museum of Natural History in den USA wiesen darauf hin, dass die Entstehung leuchtender Organismen mindestens 540 Millionen Jahre zurückreicht, als die wirbellosen Meerestiere der Oktokorallen diese Fähigkeit entwickelten.

Lumineszenz entsteht durch Luciferase im Körper

Oktokorallen sind wirbellose Meerestiere und eine der ältesten bekannten Gruppen biolumineszierender Tiere. Sie verfügen über ein Enzym namens Luciferase, das eine chemische Reaktion katalysiert, die Licht erzeugt.

Es gibt viele Arten von Achtkorallen mit leuchtenden Eigenschaften, darunter Weichkorallen, Gorgonien, Seefedern usw. Wie Steinkorallen sind Achtkorallen winzige Kolonialpolypen, die normalerweise leuchten, wenn sie angestoßen oder auf andere Weise gestört werden. Die Studie zeigt: Je mehr biolumineszierende Arten es unter den heute lebenden Oktokorallen gibt, desto wahrscheinlicher ist es, dass ihre Vorfahren über diese Eigenschaft verfügten.

Allerdings ging man lange davon aus, dass das älteste bekannte Beispiel für Biolumineszenz von einem kleinen Meereskrebs namens Muschelkrebs stammt, der seinen Körper vor 267 Millionen Jahren zum Leuchten brachte.

Zu diesem Zweck untersuchten Wissenschaftler die genetischen Daten von fast 200 Arten von Oktokorallen und erstellten einen detaillierten Evolutionsbaum der Oktokorallen. In dieser Studie haben die Wissenschaftler dem Stammbaum auch Oktokorallenfossilien unterschiedlichen Alters und bekannten Alters hinzugefügt, um die Verwandtschaftsverhältnisse der Arten besser zu klären. Sie kartierten außerdem einen phylogenetischen Zweig mit lebenden Oktokorallenarten mit biolumineszierenden Eigenschaften. Anschließend führten die Wissenschaftler eine Reihe statistischer Analysen durch, um den ursprünglichen Zustand der Achtkorallen zu rekonstruieren. Das Endergebnis: Vor etwa 540 Millionen Jahren war der gemeinsame Vorfahr aller Oktokorallen wahrscheinlich ein biolumineszierender Organismus. Das ist 273 Millionen Jahre älter als der vorherige Krebs, der als der früheste Biolumineszenzkrebs gilt.

Lumineszenz könnte die „Sprache“ zwischen Organismen sein

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Biolumineszenz möglicherweise erstmals in der dunklen Tiefsee auftrat, fast zeitgleich mit der Entstehung komplexer Tiere. Die Tatsache, dass die biolumineszierenden Eigenschaften der Oktokorallen über Hunderte von Millionen Jahren erhalten geblieben sind, lässt darauf schließen, dass diese Eigenschaft der Art möglicherweise einen evolutionären Vorteil verschafft hat.

Tatsächlich ist Biolumineszenz eine Überlebensentscheidung. Als Wissenschaftler beispielsweise den Querschnitt des Leuchtorgans eines Oktopus unter dem Mikroskop betrachteten, entdeckten sie die Überreste des einzigartigen Muskelrings des Saugnapfs, der sich zu einem Leuchtorgan entwickelt hat. Aus diesem Grund locken Kraken Partner und Nahrung mit leuchtenden Saugnäpfen an, beenden damit ihr Leben am Meeresboden und ziehen ins offenere Meer, um zu überleben. Die Saugnäpfe, die ursprünglich zum Festhalten an Felsen und Schalentieren dienten, verloren ihre Funktion und degenerierten allmählich, doch die Mutationen in diesem Bereich wurden ausgewählt und blieben erhalten. Auf diesem Prinzip beruhte die Entwicklung der Saugnäpfe zu Leuchtorganen.

Licht ist eine „Sprache“, die zur Kommunikation verwendet wird. Einfach ausgedrückt ist Biolumineszenz und Lichtsignalisierung im Allgemeinen möglicherweise eine der ältesten Formen der Kommunikation zwischen Organismen. Somit wurde die „Lichtsprache“ im Laufe der Evolution als Lebensgrundlage vererbt.

Darüber hinaus ist Licht auch eine Form von Energie und die Überlebensstrategien von Lebewesen haben eine grundlegende Gemeinsamkeit: Sie wollen so viel Energie wie möglich sparen und gleichzeitig die normalen Lebensaktivitäten aufrechterhalten. Daher muss aktive Lumineszenz ein wichtiger Bestandteil des Überlebens leuchtender Organismen sein.

Biolumineszenz hat eine lange Geschichte. Hunderte Millionen Jahre der Evolution haben dazu geführt, dass immer mehr Organismen die Fähigkeit zur Lumineszenz besitzen. Dieses Phänomen kann nicht nur verschiedenen Organismen helfen, im Kampf ums Überleben die Oberhand zu gewinnen und Vorteile zu erlangen, sondern kommt auch dem Menschen in hohem Maße zugute. Es wird heute in großem Umfang in der Technik, Chemie, Medizin, Landwirtschaft und anderen Bereichen eingesetzt.

(Der Autor ist Forscher am Nanjing Institute of Geology and Paleontology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und ehrenamtlicher Kurator des Nanjing Paleontological Museum.)