10 fantastische Landtiere, die leuchten können

Ich habe bisher zehn Beiträge in meinem Blog veröffentlicht, die alle auf wissenschaftlichen Zeitschriftenartikeln basieren. Aber ich möchte auch ab und zu interessante und lustige wissenschaftliche Fakten veröffentlichen, deshalb habe ich diese tolle Liste zusammengestellt. Ich hoffe, Sie haben ein leuchtendes neues Jahr!

Unsere erste oder einzige Erfahrung mit leuchtenden Tieren ist wahrscheinlich, dass wir von der schillernden Lichtshow der Glühwürmchen angezogen werden. Die scheinbar magische Fähigkeit, sein eigenes Licht auszustrahlen – ein Phänomen, das Biolumineszenz genannt wird – wird tatsächlich durch eine chemische Reaktion im Inneren des Organismus erzeugt. An der Reaktion sind ein Enzym namens Luciferase, ein Molekül namens Luciferin und ein Sauerstoffmolekül beteiligt. Die Luciferase wirkt auf die Reaktion zwischen Luciferin und Sauerstoff ein und erzeugt eine neue Verbindung, die das Licht erzeugt, das wir sehen. Dieser Prozess erfordert Energie, aber die Biolumineszenz ist erstaunlich effizient: weniger als 20 Prozent des Lichts werden als Wärme verschwendet, weshalb sie oft als „kaltes Licht“ bezeichnet wird.

Während die Biolumineszenz bei Meeresorganismen weit verbreitet ist, ist sie an Land selten und hat sich erst Millionen von Jahren später entwickelt. Dennoch gibt es einige faszinierende Landlebewesen, die die Fähigkeit zur Lichterzeugung entwickelt haben – vor allem Insekten und Pilze. Das ausgestrahlte Licht kann in verschiedenen Farben leuchten. Die häufigsten Farben sowohl im Meer als auch an Land sind blau und grün, aber an Land kann man auch seltene Fälle von gelb und sogar rot sehen. Organismen leuchten aus verschiedenen Gründen, z. B. um Partner anzulocken, Raubtiere zu warnen und Nahrung zu finden. Einige leuchten nur zu bestimmten Zeiten und nur für ein paar Sekunden, während andere ständig leuchten. Hier sind einige der wenigen faszinierenden Landlebewesen, die leuchten können. Wie viele von ihnen hast du schon einmal gesehen?

1. Glitzernde Glühwürmchen: Eine tödliche Attraktion

Die biolumineszenten Glühwürmchen Arachnocampa luminosa, auch Trauermücken genannt, sind etwa so groß wie ein Streichholz und kommen nur in den dunklen und feuchten Gebieten Neuseelands vor, insbesondere in den Waitomo-Höhlen, die wegen ihres atemberaubenden Sternenspektakels zu einer beliebten Touristenattraktion geworden sind. Diese Glühwürmchen sind Larven, die aus Eiern schlüpfen und sich schließlich zu erwachsenen zweiflügligen Insekten entwickeln, die in der Regel nur wenige Tage lang leben und sich ausschließlich zur Paarung aufhalten. Während des Larvenstadiums, das mit bis zu 9 Monaten am längsten dauert, müssen die Larven unersättlich fressen, um bis zum Erwachsenenstadium durchzuhalten, in dem sie nicht fressen können, da sie keinen Mund haben.

Diese Höhlenbewohner haben eine ausgeklügelte Taktik entwickelt, um ihre Beute zu fangen: Sie konstruieren ihre eigenen „Angelschnüre“ aus Seide mit klebrigen Schleimtröpfchen, die sie von der Decke herabhängen lassen können; diese Schnüre können bis zu 20 Zoll lang sein. Wenn die Nacht hereinbricht, leuchten sie in einem strahlenden Blau, um ahnungslose Beutetiere wie Insekten anzulocken, die sich in dem klebrigen Netz der Schnüre verfangen und durch Chemikalien im Schleim gelähmt werden. Die Larven kriechen dann nach unten und fressen ihre Beute. Je hungriger sie sind, desto heller können sie leuchten. Überraschenderweise brauchen sie nur 15 Minuten für eine Schnur und können bis zu 25 Schnüre pro Nacht herstellen!

Sie sind extrem territorial und können bei hoher Dichte sogar auf Kannibalismus zurückgreifen, wenn sie einen Eindringling ihrer eigenen Art wittern. Ausgewachsene Weibchen leuchten, um Partner anzulocken, aber auch Männchen können leuchten, und wenn mehrere Männchen eintreffen, kämpfen sie gegeneinander, bis der Stärkste das Weibchen gewinnt. Das Weibchen verliert seine Fähigkeit zu leuchten, nachdem es Eier gelegt hat.

Wenn Sie das Glück haben, diese erstaunlichen Kreaturen zu sehen, bleiben Sie still und leuchten Sie nicht mit einer Taschenlampe auf sie, denn sie schalten ihr Licht aus.

2. Glänzende Schnecken

Die Schnecke, Quantula striata, mag wie jede andere Schnecke aussehen, aber sie ist die einzige bekannte Landschnecke, die Licht erzeugen kann, und sie kommt in Südostasien vor. Ihre Eier leuchten im Dunkeln, und nach dem Schlüpfen erzeugen sie mehrere Tage lang kurzzeitige gelb-grüne Lichtblitze hinter ihrem Maul, auch wenn das Licht nur schwach ist.

Die Gründe für das Leuchten und Blinken sind ein Rätsel, aber interessanterweise hören sie auf zu leuchten, wenn sie die Geschlechtsreife erreichen. Einige Forscher vermuten, dass sie durch das Blinken mit anderen Mitgliedern ihrer Art kommunizieren und sich versammeln können, obwohl sie nicht sicher sind, warum. Was für eine kreative Art, andere zu einem Treffen einzuladen!

3. leuchtender Pilz

Abgesehen von Insekten ist Biolumineszenz am häufigsten bei Pilzen anzutreffen; tatsächlich sind mindestens 50 Arten von Leuchtpilzen bekannt, wobei die australischen Arten leuchtender sind als die nordamerikanischen. Eine der coolsten Arten ist der Pilz Mycena lucentipes, eine von sechs biolumineszenten Pilzarten, die Wissenschaftler 2006 im atlantischen Wald von Brasilien entdeckt haben. Er leuchtet hellgrün und ist nachts ein wahrhaft faszinierender Anblick. Aber warum leuchten sie? Mykologen oder Pilzexperten wissen es nicht, aber sie haben spekuliert, dass sie damit Gliederfüßer anlocken, die bei der Verbreitung ihrer Sporen an andere Orte helfen. Andere Erklärungen besagen, dass ihr Leuchten Wanzen davon abhält, sie zu fressen, oder dass sie Raubtiere der Wanzen anlocken, damit diese die Pilze nicht fressen können – mit anderen Worten, sie laden vielleicht den Feind ihres Feindes ein, um sich selbst zu schützen.

Es gibt noch mehr Pilzarten da draußen, die darauf warten, entdeckt zu werden, also wenn Sie das nächste Mal im Wald spazieren gehen, gehen Sie nachts und schauen Sie sich genau um – wer weiß, vielleicht stolpern Sie sogar über einen neuen leuchtenden Pilz!

4. giftige, im Dunkeln leuchtende Tausendfüßler

Von den über 12.000 bekannten Tausendfüßlerarten sind nur eine Handvoll der Gattung Motyxia biolumineszent und alle kommen ausschließlich in den Bergregionen Kaliforniens vor. Den Tag verbringen sie unter der Erde, doch bei Einbruch der Dunkelheit kriechen diese blinden Krabbeltiere aus dem Boden, um sich an abgestorbenen Pflanzen zu laben, wobei ihr Exoskelett ein konstantes Leuchten abgibt. Ihr Leuchten ist für Fressfeinde bedrohlich: Wenn sie gestört oder bedroht werden, setzen sie aus winzigen Poren ihres Körpers giftiges Zyanid frei. In einem Experiment, mit dem dieser Gedanke überprüft werden sollte, setzten die Forscher nachts gefälschte, bemalte Tausendfüßler aus Ton neben echte, leuchtende Tiere und untersuchten sie am nächsten Morgen. Zu ihrer Überraschung wurden die gefälschten Tausendfüßler viermal häufiger von Nagetieren angegriffen als die echt leuchtenden.

Erstaunlicherweise haben diese Tausendfüßler einen anderen Mechanismus entwickelt, um zu leuchten, der keine Luciferase verwendet, sondern stattdessen ein Photoprotein, das aufleuchtet, wenn es durch kalziumreiche Verbindungen aktiviert wird. Dieser Mechanismus ähnelt der Art und Weise, wie die Qualle Aequorea Victoria mit Hilfe des grün fluoreszierenden Proteins leuchtet, das im Labor zu Forschungszwecken verwendet wird, z. B. um es an interessante Gene anzuhängen, um deren Lage in den Zellen zu untersuchen.

5. Strahlende Eisenbahnwürmer

Eisenbahnwürmer sind Larven und weibliche Larviformen, also erwachsene Tiere – etwa fünf Zentimeter lang – die Larven ähneln und zur gleichen Käfer-Überfamilie wie Glühwürmchen gehören. Sie gehören zu den wenigen Organismen, die das bemerkenswerte Kunststück fertig bringen, nicht nur eine, sondern zwei Farben in verschiedenen Teilen ihres Körpers auszustrahlen. Diese Würmer gehören zur Gattung Phrixothrix und sind in Südamerika beheimatet. Die Würmer sehen aus wie eine Miniatur-Eisenbahn, die nachts unterwegs ist: Der Kopf leuchtet in einem feurigen Rot, während der Körper grünes Licht durch elf Paare von Leuchtpunkten aussendet, die in Reihen angeordnet sind.

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass das Enzym Luciferase, das an der Reaktion beteiligt ist, die die atypische rote Farbe im Kopf erzeugt, das einzige Enzym ist, das dies in der Natur tun kann und sich in seiner Struktur leicht von anderen Luciferasen unterscheidet. Bereits in Studien aus den 1940er Jahren wurde berichtet, dass sie bei einer leichten Störung – wie etwa einem Schlag auf den Tisch oder einem Windstoß – ihr rotes Scheinwerferlicht einschalten, während sie bei stärkeren Störungen ihre beiden grünen Lichtreihen einschalten. Neuere Erkenntnisse deuten darauf hin, dass ihr Leuchten Raubtieren signalisiert, dass sie schrecklich schmecken.

6. Leuchtende Schnellkäfer

Viele Schnellkäfer aus der Familie der Elateridae (nahe Verwandte der Glühwürmchen), insbesondere die der Gattung Pyrophorus, sind biolumineszent und kommen in tropischen Gebieten der westlichen Hemisphäre vor. Sie werden auch als Schnappkäfer bezeichnet, und wie ihr Name schon sagt, machen sie klickende Geräusche, wenn sie sich in die Luft erheben – oft mehrere Zentimeter – um sich aufzurichten, wenn sie auf dem Kopf liegen. Wenn sie von Raubtieren bedroht werden, können sie auch schnell hoch in die Luft springen, um sich zu verteidigen.

Darüber hinaus erzeugen sie ein konstantes Licht in vielen verschiedenen Farben – von grün bis orange, je nach Art – in zwei Punkten vorne, die wie Scheinwerfer aussehen, und einem unter dem Hinterleib. Die Scheinwerfer leuchten so intensiv, dass man sie noch in über hundert Metern Entfernung erkennen kann. Die jamaikanische Art Pyrophorus plagiophthalamus ist insofern einzigartig, als sie in ihrem Körper zwei verschiedene Lichtfarben erzeugen kann; unter ihrem Körper strahlt sie ein gelbes Licht aus, und auf der Oberseite leuchten ihre Scheinwerfer grün. Sie sehen wirklich aus, als kämen sie von einem anderen Planeten. Wissenschaftler glauben, dass ihre oberen und unteren Lichter verschiedene Funktionen haben: Ihre Scheinwerfer sind ein Signal für Raubtiere, das ihre Giftigkeit anzeigt, während das Licht unter ihrem Bauch die Kommunikation zwischen Mitgliedern des anderen Geschlechts erleichtert.

7. Freaky Glowing Cockroach

Als ob Kakerlaken nicht schon gruselig genug wären, wie wäre es, wenn Sie nachts auf die leuchtende Kakerlake, Lucihormetica lucka, treffen würden, die vor Ihrem Haus herumwuselt? Die Chancen sind gering – es kann sogar sein, dass Sie nie in Ihrem Leben eine zu Gesicht bekommen, denn sie kommen nur in den Regenwäldern in der Nähe eines aktiven Vulkans in Ecuador vor, und das letzte bekannte Exemplar wurde 1939 gesammelt. Möglicherweise sind sie inzwischen sogar ausgestorben.

Aber leuchtende Schaben sind nicht neu: Seit ihrer ersten Entdeckung im Jahr 1999 wurden 13 Arten in Südamerika identifiziert. Die zwei augenähnlichen Flecken von L. lucka und ein weiterer Fleck auf dem Rücken leuchten und übertragen ihre Giftigkeit. Aber es stellt sich heraus, dass sie nicht wirklich giftig sind – sie täuschen es nur vor; sie ahmen geschickt die bereits erwähnten Schnellkäfer – ihre älteren Verwandten – nach, die leuchten, um auf ihre Giftigkeit hinzuweisen, aber diese Plötze, die ein gleichfarbiges Licht ausstrahlt, täuscht nur ihre Fressfeinde. Der Schein kann wirklich trügen! Die hellen Flecken sind mit Bakterien gefüllt, die auf ihrem Exoskelett leben.

8. Unheimliche Regenwürmer

Wir alle haben schon einmal Regenwürmer gesehen. Aber haben Sie schon einmal einen leuchtenden Regenwurm gesehen? Es gibt 33 Arten von leuchtenden Regenwürmern, die überall auf der Welt vorkommen, aber die meisten von ihnen sind im amerikanischen Süden zu finden. Sie strahlen Licht von Blau bis zum roten Ende des Spektrums aus.

Normalerweise scheiden Regenwürmer Schleim aus, den Wissenschaftler Coelemic Fluid nennen, um in ihren Höhlen leicht zu gleiten, aber ein paar seltene Arten scheiden eine einzigartige Art von Schleim aus – einen, der tatsächlich leuchten kann. Ja, Sie haben richtig gehört, ihr Schleim ist biolumineszent!

Es gibt zwei Arten mit unterschiedlich gefärbtem Schleim: eine aus Neuseeland und die andere aus Georgia in den USA. Der eigentümliche Regenwurm in Neuseeland, Octochaetus multiporus, sondert eine leuchtend orange-gelbe Schleimflüssigkeit aus seinem Maul, seinem Anus und seiner Unterseite ab, wenn er sich gestört oder bedroht fühlt. Es ist sogar so bizarr, dass die Flüssigkeit in den verschiedenen Lebensstadien in unterschiedlichen Farben zu leuchten scheint. Interessanterweise wurde der leuchtende Schleim von den Maori entdeckt, die O. multiporus als Angelköder nutzten. Der Regenwurm aus Georgien, Diplocardia longa, kommt in den Sandböden der Küstenebenen vor und spuckt einen leuchtend blauen Schleim aus, der vermutlich Raubtiere abschreckt. Vielleicht ist der farbige Schleim, der aus Monstern quillt, die wir in Kinderspielen sehen, gar nicht so weit hergeholt.

9. Beaming Bacteria: Freund oder Feind?

Photorhabdus luminescens sind insofern unglaublich einzigartig, als sie die einzigen Landbakterien sind, die zur Biolumineszenz fähig sind. Sie sind faszinierend, weil sie einerseits für Nematoden (Fadenwürmer) nützlich sind, andererseits aber auch für andere Insekten tödlich sind. Die Mikroben leben glücklich in den Eingeweiden von bodenbewohnenden Fadenwürmern in einer symbiotischen Allianz, von der beide profitieren: Sie geben den Würmern ein sanftes blaues Leuchten, vermutlich um Beute anzulocken, und im Gegenzug teilen sie einen Teil der Nährstoffe aus der Nahrung des Wurms.

Um die Sache noch komplizierter zu machen, sind diese Nematoden eigentlich Parasiten, die Jagd auf andere Bodeninsekten machen – wie die Larven von Käfern, Motten und Fliegen -, wo sie in deren Körper eindringen und sich dort einnisten. Dort angekommen, schleudern sie ihre heimtückischen mikrobiellen Partner in den Blutkreislauf des Wirts. Die Mikroben beginnen dann mit ihrer chemischen Kriegsführung; sie töten den Wirt, indem sie eine Flut von tödlichen insektiziden Proteinen in seine Zellen und Enzyme injizieren, die seinen Körper zersetzen und ihn innerhalb von zwei Tagen zu einer „Nährstoffsuppe“ reduzieren. P. luminescens verzehrt diese Suppe mit Freude und vermehrt sich exponentiell, so dass Millionen weitere Exemplare entstehen. Gleichzeitig setzen die Mikroben Antibiotika frei, die andere Bakterien daran hindern, in ihr Festmahl einzudringen. Der Wurm wiederum ernährt sich von den gedeihenden Bakterien und durchläuft mehrere Reproduktionsrunden im Kadaver, wobei er jedes Mal Hunderte von Eiern produziert, die ebenfalls die Bakterien verzehren. Wenn die Nährstoffvorräte zur Neige gehen, besiedeln die verbleibenden Bakterien die Eingeweide des frisch geschlüpften Wurmnachwuchses neu und brechen aus dem Kadaver aus, um sich auf die Suche nach ihrem nächsten Opfer zu machen. Manchmal, wenn die Nahrungsvorräte sehr gering sind, ernähren sich die geschlüpften Nachkommen stattdessen vom Darm ihrer Mutter und töten sie in einem grausamen Phänomen, das Matricida-Endotokia genannt wird.

Während P. luminescens für Insekten tödlich sind, sind sie für den Menschen harmlos. Tatsächlich erwies sich ihre Fähigkeit, Antibiotika zu produzieren, als Segen für verletzte Soldaten auf dem Schlachtfeld während des Bürgerkriegs im Jahr 1862 – einer Zeit vor der Einführung von Antibiotika. Offenbar überlebten einige verwundete Soldaten der Schlacht von Shiloh, insbesondere diejenigen, die im kalten Regen auf Hilfe warteten, besser und schneller als andere; es stellte sich heraus, dass ihre Wunden buchstäblich im Dunkeln leuchteten – ein Phänomen, das als „Engelsglut“ bekannt wurde. Heute geht man davon aus, dass ihre Wunden von P. luminescens aus dem schlammigen Boden besiedelt wurden, das sie vor einer Infektion durch andere tödliche Bakterien schützte. Nun, in einigen seltenen Fällen können einige bakterielle Infektionen auf Wunden tatsächlich hilfreich sein – vor allem solche, die leuchten!

Wissenschaftler untersuchen die Verwendung dieses tödlichen Paares als biologisches Insektizid auf Nutzpflanzen, um sie vor dem Befall durch Wanzen zu schützen.

10. Flamboyante Glühwürmchen – Das kostenlose Feuerwerk der Natur

Wir können unsere Liste nicht vervollständigen, ohne auf Glühwürmchen einzugehen – die beliebtesten und am meisten untersuchten biolumineszenten Landorganismen. Glühwürmchen sind eigentlich Käfer, deren Konversation aus Mustern von Lichtblitzen aus ihrem Bauch besteht, die für jede Art einzigartig sind und gelb, grün oder sogar rot sein können. Männliche Glühwürmchen zeigen spezifische Lichtblitze, die nur von potenziellen Partnerinnen verstanden werden, die darauf mit dem gleichen Blinksignal reagieren, das die Männchen erkennen und sich auf die Weibchen zubewegen können. Klingt nach einer charmanten Methode, um Partner anzulocken?

Nun, manche Glühwürmchen sind gar nicht so bezaubernd, zumindest nicht die weiblichen Glühwürmchen der Gattung Photuris. Sie setzen ihre Lichter als Trick ein: Sie imitieren die Signalblitz- und -verzögerungsmuster der weiblichen Photunis-Glühwürmchen, um Photunis-Männchen anzulocken, allerdings zu einem anderen Zweck als der Paarung – um sie zu verschlingen. Die naiven Männchen bewegen sich auf sie zu, in der Hoffnung, eine Partnerin zu finden, aber stattdessen finden sie den Tod. Warum also fressen sie sie? Photuris-Glühwürmchen fehlt ein Abwehrstoff namens Lucibufagine, der Raubtiere wie Spinnen davon abhält, sie zu fressen. Aber ihre Photunis-Verwandten produzieren es in großen Mengen, so dass sie es sich auf raffinierte Weise beschaffen, indem sie sie fressen.

Die Leuchtkäfer-Luciferase ist ein unverzichtbares Enzym in medizinischen und biologischen Labors, wo sie als Reportergen verwendet wird, indem man sie mit einem Gen von Interesse – wie z.B. denjenigen, die in Krankheiten involviert sind – verknüpft, um deren Expression in Zellen zu verfolgen. Das Luciferase-Gen wurde in bestimmte Gewebe von lebenden Organismen wie Mäusen eingebaut, um das Fortschreiten von Krebstumoren visuell zu überwachen. Tatsächlich haben Wissenschaftler Luciferase-Mutanten entwickelt, die helleres Licht in einer Reihe von Farben aussenden können, was sehr nützlich ist, um verschiedene Proteine in Organismen abzubilden.

Wissenschaftler hoffen, die Aktivität der Luciferase nutzen zu können, um energieeffizientere Lampen herzustellen, die eines Tages unsere Leuchtstoff- und LED-Lampen ersetzen könnten. Ein Team von Wissenschaftlern schuf leuchtende Nanostäbchen, indem es eine genetisch manipulierte Luciferase an Nanostäbchen anbrachte, die als Brennstoff dienten. Sie stellen sich vor, dass diese Glühwürmchen-Nanoröhrchen in LED-Lampen eingebaut werden und ohne Strom leuchten könnten.

Wenn sich das verlockend anhört, warten Sie, bis Sie von einer anderen, noch aufregenderen Möglichkeit hören: die Verwendung leuchtender Pflanzen zur Beleuchtung Ihres Hauses. Das Glowing Plant Project, das von einem Team von Wissenschaftlern im Rahmen eines DIY-Biohacking-Projekts ins Leben gerufen wurde, zielt darauf ab, natürliche, stromfreie Beleuchtung durch synthetische Luziferase in Pflanzen als nachhaltige Alternative zu unserem wachsenden Energiebedarf zu fördern. Bereits 1986 hat ein Forscherteam eine Tabakpflanze so verändert, dass sie Glühwürmchen-Luciferase exprimiert, aber sie mussten sie mit Luciferin gießen, damit sie leuchtet, und das Licht war schwach. Seitdem haben einige andere Forschergruppen erfolgreich leuchtende Pflanzen erzeugt.

Das jüngste Projekt war jedoch so populär, dass es sein ursprüngliches Finanzierungsziel von nur 65.000 $ auf Kickstarter übertraf und fast eine halbe Million einbrachte, und denjenigen, die 40 $ oder mehr spendeten, wurden leuchtende Arabidopsis-Pflanzensamen als Belohnung versprochen, obwohl viele Menschen gegen die Freigabe von unreguliertem gentechnisch verändertem Pflanzensamen sind. Angesichts der überwältigenden Resonanz plant das Team sogar die Entwicklung einer leuchtenden Rosenpflanze.

Die Anwendungsmöglichkeiten von Luciferase sind endlos, und wer weiß, vielleicht fahren Sie eines Tages sogar nachts durch Straßen, die von leuchtenden Bäumen erhellt werden. Die Zukunft sieht wirklich rosig aus!