Kennen Sie diese kleinen, im Dunkeln leuchtenden Sterne, die die Decken von Kinderzimmern schmücken? Ja, ich hatte keine Sterne. Stattdessen hatte ich kleine leuchtende Delfine, Seesterne und Haie, die nachts an meiner Decke „schwammen“. Wie sich herausstellte, war mein Zimmer nicht der einzige Ort, an dem einige dieser Fisch Leuchten im Dunkeln.
Einleitung
Ein Forscherteam, darunter der Ichthyologe John Sparks und der Meeresbiologe David Gruber, untersuchten biofluoreszierende Korallen, als sie ein eigenartige Entdeckung. Unter einem bestimmten Licht zeigten auch einige Meeresfische in der Gegend, ähnlich wie die Korallen, Biofluoreszenz.
In ihrer glühenden Ära
Das Team stellte bald fest, dass über 200 Arten von Meeresfischen auf der ganzen Welt, darunter auch Haie, kräftige biofluoreszierende Farbtöne aussendeten, die einen starken Kontrast zu den dunklen Tiefen des Ozeans bildeten.
Ohne leuchtende Farben
Der Ozean funktioniert wie ein Filter, der nur Licht mit kürzeren Wellenlängen in größere Tiefen gelangen lässt. An der Meeresoberfläche reicht das sichtbare Lichtspektrum von 400–700 Nanometern (nm). Je tiefer man unter der Oberfläche ist, desto schneller beginnt rotverschobenes Licht (näher an 700 nm) zu verblassen und erscheint grau.
Fluoreszenz beobachten
Rote Fluoreszenz erscheint jedoch in tiefem Wasser immer noch rötlich und hell, oft in starkem Kontrast zu anderen Farben. Forscher können Filter verwenden, die über Masken oder Unterwasserkameras gelegt werden, um die rote Fluoreszenz besser beobachten zu können. Diese Filter funktionieren, indem sie blaugrünes Licht blockieren.
Was genau ist Fluoreszenz?
Fluoreszenz bezeichnet die Fähigkeit einer Substanz, Licht einer bestimmten Wellenlänge zu absorbieren und Licht einer längeren Wellenlänge abzugeben, wodurch ein sichtbares Leuchten entsteht. Licht mit kürzeren Wellenlängen gilt als „blauverschoben“ und Licht mit längeren Wellenlängen als „rotverschoben“. Wenn also ein Objekt grünes Licht absorbiert, aber gelbes Licht abgibt, gilt es als „fluoreszierend“. Das liegt daran, dass Grün im Verhältnis zueinander blauverschoben und Gelb rotverschoben ist.
Sind Menschen fluoreszierend?
Sie und ich sind nicht fluoreszierend. Unsere Haut absorbiert und emittiert einfach mehr oder weniger Licht derselben Wellenlänge. Menschen mit einer Haut mit mehr Melanin absorbieren mehr Licht als reflektiert wird, und Menschen mit weniger Melanin reflektieren mehr Licht. Deshalb haben wir unterschiedliche Hauttöne.
Also … Biofluoreszenz?
Biofluoreszenz bezieht sich speziell auf die Fluoreszenz in lebenden Organismen, wie Korallen und, wie das Forschungsteam herausfand, vielen verschiedenen Fischarten. Diese Organismen haben „fluoreszierende Proteine“, die Licht einer kürzeren Wellenlänge (blauverschoben) absorbieren und Licht einer längeren Wellenlänge (rotverschoben) emittieren können.
Was hat das mit Haien zu tun?
Wie ich bereits sagte, kann nur Licht mit kürzeren Wellenlängen tief in den Ozean vordringen. Deshalb erscheint der Ozean blau. Viele Meeresorganismen, darunter auch einige Haie, haben fluoreszierende Proteine, die ihnen eine kontrastreichere Farbe als ihrer Umgebung verleihen.
Warum ist der Kontrast im Ozean wichtig?
Fische können Biofluoreszenz für eine Vielzahl von Zwecken nutzen, darunter Kommunikation, z. B. zur Erkennung von Arten, um einen Partner anzulocken, Tarnung, um sich ihrer Umgebung anzupassen, z. B. zwischen Korallen, oder zur Jagd auf Raubtiere. „Biofluoreszenz“ ist nicht mit Biolumineszenz (wie sie Glühwürmchen tun können) zu vergleichen und kann nicht ein- und ausgeschaltet werden. Es bezieht sich lediglich darauf, wie sie Licht reflektieren, und kann von Menschen oft nur mithilfe von Filtern gesehen werden.
Welche Fische sind biofluoreszierend?
Biofluoreszenz ist eigentlich bei vielen verschiedenen Meeresfischen recht verbreitet, insbesondere bei jenen in großer Tiefe. Abgebildet sind: A) Schwellhai; B) Rochen; C) Seezunge; D) Plattkopf; E) Eidechsenfisch; F) Anglerfisch; G) Falscher Steinfisch; H) Falscher Muränenaal; I) Falscher Muränenaal; J) Seenadel; K) Sandsterngucker; L) Grundel; M) Grundel; N) Doktorfisch (Larve); und O) Fadenflossenbrasse.
Anwendungen in der Biomedizin
Fluoreszierende Proteine können als Biomarker verwendet werden, um Zellen in Geweben und Organen von Tieren, einschließlich Menschen, zu beleuchten, sodass Wissenschaftler Zellen und Nervenbahnen physisch sehen können. Insbesondere werden fluoreszierende Proteine bei Krebspatienten eingesetzt, um die Ausbreitung und Aggressivität von Krebszellen besser sichtbar zu machen.
Grün fluoreszierendes Protein
Das derzeit am besten untersuchte und entwickelte fluoreszierende Protein ist das sogenannte grüne fluoreszierende Protein (GFP), das aus einer Hydrozoenqualle gewonnen wird (Äquorea Victoria). GFP strahlt unter UV-Licht eine grüne Farbe aus (UV ist blauverschoben) und wird verwendet, um zelluläre Prozesse, die Genexpression sowie die Entstehung und das Fortschreiten von Krankheiten auf molekularer Ebene zu untersuchen.
Kehren wir zu den Haien zurück
Sie haben auf diesen Artikel wegen Haien geklickt, und ich habe mich mit Licht und Proteinen beschäftigt. Ich möchte jedoch speziell über Haie sprechen. Haie sind faszinierend, weil die ersten paar Haie, die David Gruber und sein Team untersuchten, keine Biofluoreszenz zeigten. Erst als das Team in einem tiefen Canyon vor der Küste Kaliforniens tauchte, fanden sie den ersten „im Dunkeln leuchtenden“ Hai – einen Schwellhai.
Eine überraschende Entdeckung
Das Team entnahm einem lebenden Schwellhai eine kleine Hautprobe und extrahierte die Verbindungen, um ein besseres Verständnis zu bekommen von Biofluoreszenz bei Haien. Zunächst stellten sie fest, dass die Biofluoreszenz durch eine einzigartige Form einer Aminosäure, Tryptophan, verursacht wurde, die sich von dem Protein unterscheidet, das sie bei Quallen verursacht. Interessanterweise stellten sie auch fest, dass das biofluoreszierende Molekül nicht nur für die Kommunikation verwendet werden könnte, sondern auch Widerstandsfähigkeit gegen mikrobielle Infektionen bietet.
Fazit
Wichtig zu beachten ist, dass das Wissenschaftlerteam seine Untersuchungen mit Sorgfalt und Mitgefühl für das Meeresleben durchgeführt hat. Es ist ein großartiges Beispiel dafür, wie wir von Tieren und Naturphänomenen lernen und dabei dennoch behutsam vorgehen können. Entdeckungen wie die in diesem Artikel beschriebenen können nur gemacht werden, wenn diese Ökosysteme erhalten bleiben.
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Diana Venter
Mittwoch, 10. Juli 2024
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