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sb-wettbewerb
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Der Leipziger Fockeberg ist eine Trümmerkippe, auf der es an milden Sommernächten überall grün leuchtet. Die spektakuläre Erscheinung hat eine ganz natürliche Ursache: Der 150 Meter hohe Schuttberg ist mittlerweile an die 70 Jahre alt, bewaldet, und es wimmelt dort von Glühwürmchen. Besonders Ende Juni finden sich dort Hunderte der kleinen Leuchtkäfer und tragen sicherlich zur romantischen Stimmung bei, die fast ebenso viele Menschen aus den umliegenden Stadtteilen Abend für Abend dort hinauf lockt.
Warum aber leuchten die Käfer eigentlich? Was bezwecken sie damit, und wie kriegen sie das hin? Und warum leuchten die nicht auch mal weiß oder lila oder blau?

Bild: Quit007, CC-BY-SA 3.0)

Glühwürmchen im Wald (Bild: Quit007, CC-BY-SA 3.0)

Biolumineszenz

Dass Lebewesen Licht erzeugen können, ist ein verbreitetes Phänomen namens Biolumineszenz (bios = Leben, lumen = Licht). Wir bekommen nur so selten etwas davon mit, weil die meisten leuchtenden Organismen im Wasser leben. In Meerestiefen ab 700 m gehört es sogar zum guten Ton: Bis zu 90 % der bekannten Lebensformen dort produzieren ihr eigenes Licht. Es sind leuchtende Fische bekannt, Quallen, Krebse und vor allem Einzeller. Diese sind auch häufig als nützliche Untermieter in den Leuchtorganen höherer Lebewesen zu finden. An Land sind es hauptsächlich einige Insekten- und Pilzarten, die leuchten können.
Der biologische Zweck des Leuchtens ist vielfältig: Manche (wie die Glühwürmchen) machen mögliche Partner auf sich aufmerksam, Tiefsee-Anglerfischen geht es eher um Beute. Der Vampirtintenfisch führt potentielle Räuber in die Irre, indem er eine Wand aus leuchtenden Partikeln ausstößt und sich dann aus dem Staub macht. Auf einer Privatfrequenz kommunizieren die Tiefseefische der Gattung Malacosteus: Das von ihnen ausgesendete rote Licht befindet sich in einem Wellenlängenbereich, den die meisten anderen Tiefseeorganismen gar nicht wahrnehmen können.
Bei vielen Lebewesen ist aber noch nicht abschließend geklärt, was die Leuchterei bezwecken soll. Im Zweifelsfall sollen Freunde angelockt oder Feinde in die Irre geführt werden.

Und wie funktioniert diese Biolumineszenz jetzt?

Zunächst einmal handelt es sich um ein nicht-thermisches Leuchten, das durch eine chemische Reaktion hervorgerufen wird. Das Glühwürmchen bleibt dabei also kalt und hat streng genommen seinen Namen verfehlt. Damit der Käfer leuchten kann, braucht es eine
chemische Umwandlung mit folgenden Eigenschaften: Es müssen anregbare Elektronen im Spiel sein (keine Sorge, das wird gleich erklärt), die dabei erzeugte Strahlungsenergie muss sich im Bereich des sichtbaren Lichts befinden, und es sollten möglichst wenige unerwünschte Nebenprodukte anfallen, die uns die Lichtausbeute vermiesen.

Und was sind bitte anregbare Elektronen?

Damit hat es folgendes auf sich: Jedes Atom hat eine Hülle aus Elektronen (negativ geladene Teilchen), die um den positiv geladenen Kern herumschwirren. Wie viele Elektronen das sind, hängt davon ab, um welche Atomsorte es sich handelt. Im Fall von Sauerstoff sind das zum Beispiel 8. Diese 8 Elektronen sind nicht einfach irgendwie unsortiert unterwegs, sondern jedes hat sein bestimmtes sogenanntes Energieniveau. Eventuell mitlesende Quantenmechaniker werden gleich ohnmächtig vom Stuhl kippen, aber stellen wir uns das vereinfacht mal so vor, als wäre jedes Elektron eine Art Satellit, das den kugelförmigen Atomkern wie einen Planeten umkreist. Das erste und zweite Elektron sind ganz nah dran, das dritte bis achte weiter draußen. Je weiter ein Elektron vom Kern entfernt ist, umso schneller saust es um ihn herum: Es hat ein höheres Energieniveau. Wenn jetzt eins dieser äußeren Elektronen noch einen zusätzlichen Schubs kriegt, kann es für kurze Zeit auf einem noch höheren Energieniveau fliegen, es hat seinen Grundzustand verlassen und ist angeregt. Dieser Schubs kann in Form von Bestrahlung, also Lichtenergie, zugeführt werden, oder thermisch, oder aber Folge einer chemischen Umwandlung sein.
Niemand ist allerdings gerne auf Dauer angeregt, deshalb kehren die meisten Systeme nach kurzer Zeit wieder zu ihrem Grundzustand zurück. Solche Übergänge zwischen Energiezuständen bzw. -niveaus hat man früher auch als Quantensprünge bezeichnet. Was also häufig als Umschreibung für einen ganz großen Wurf herhalten muss, ist in Wirklichkeit keine große Sache, jedenfalls nicht aus Sicht eines Leuchtkäfers.

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Kommentare (21)

  1. #1 Spritkopf
    30. September 2015

    Das Phänomen der Biolumineszenz einleuchtend dargebracht. Respekt!

  2. #2 Captain E.
    30. September 2015

    Wie verschlungen ist eigentlich der Weg zurück vom Oxyluciferin zum Luciferin? Da der Leuchtprozess den Stoff kontinuierlich verbraucht, muss er nachproduziert werden. Geschieht das unter Zuhilfenahme des Oxyluciferin, oder wird dieses mehr oder weniger weit abgebaut und das Luciferin “frisch” hergestellt?

  3. #3 meregalli
    30. September 2015

    Schön!
    Also:
    Ein Glühwürmchen ist eigentlich ein Leuchtkäfer,
    Luciferin nicht des Teufels Weib, sondern ein Protein
    und ich, da ich noch am Sessel sitze bin kein Quantenphysiker.

  4. #4 MartinB
    30. September 2015

    Brillant erklärt – ich bin auch nicht ohnmächtig geworden 😉
    Kleiner Druckfehler zum Korrigieren:
    “Das erste und zweite Elektron sind ganz nah dran, das zweite bis achte weiter draußen.”
    da muss es “dritte bis achte” heißen.

  5. #5 Nora
    30. September 2015

    Danke für die freundliche Resonanz 🙂 Freut mich, dass alle noch bei Bewusstsein sind.

    @Captain E: Das ist eine sehr gute Frage, auf die ich bei der Recherche selbst keine Antwort gefunden habe. Es hat mal eine Veröffentlichung einer japanischen Arbeitsgruppe gegeben, die das Luciferin-bildende Enzym aus amerikanischen Leuchtkäfern isoliert hat und im Labor aus Oxyluciferin das Luciferin recyceln konnte. Dabei wird das Oxyluciferin zunächst hydolysiert, d.h. mit Hilfe von Wasser wird Mercaptoessigsäure abgespalten und es bleibt von dem ganzen Ring nur eine Cyanogruppe übrig (CN); das wiederum reagiert dann mit Cystein (eine Aminosäure) unter Abspaltung von Ammoniak zurück zum Luciferin. Im Labor klappt das anscheinend prima.
    Aber ob das im lebenden Organismus auch so passiert, ist – nach meinem Kenntnisstand – noch nicht nachgewiesen. Falls irgendjemand mitliest, der/die dazu mehr weiß, würde ich mich sehr über Hinweise freuen!

    @MartinB.: Danke für den Hinweis! Das ist aber peinlich.

  6. #6 Mafl
    30. September 2015

    Am Besten finde ich es immer, wenn ich auf solche Fragen Antworten bekomme, die ich mir momentan gar nicht stelle. 🙂
    Ich werde mir den Artikel merken und kann dann nochmal nachlesen, wenn mir das nächste Mal ein Glühwürmchen begegnet (oder im nächsten Krimi Luminol auftaucht).
    Schönes Thema mit Leichtigkeit dargelegt.

  7. #7 rolak
    30. September 2015

    Das ist aber peinlich

    Ach was, Nora, So ein ObiWan-Fehler ab&zu gehört zum Leben – und die Zahl vorhandener Fehler wird bei Kontrollen bestenfalls vermindert, nicht jedoch automagisch genullt.

    Oh, fast vergessen: trotz komplexer TeilThemen sauber und unabschreckend erklärt, sehr schön!
    (hier wird übrigens statt Deprotonierung eher Decarboxylierung genutzt 😉 )

  8. #8 Nicole
    30. September 2015

    Toller Artikel! Sehr interessant und verständlich erklärt! Außerdem muss ich jetzt googeln wie ein Vampirtintenfisch aussieht… 🙂

  9. #9 RainerO
    30. September 2015

    Sehr schön und sogar für mich als Laien verständlich erklärt. So muss Chemie!

  10. #10 rolak
    1. Oktober 2015

    muss ich jetzt googeln

    moin Nicole, warum in die Ferne schweifen, wenn das Gute liegt so nah?

  11. #11 Nicole
    1. Oktober 2015

    moin rolak, Musste googeln, um ein Bild vom Vampirtintenfisch zu finden, der Name hat mich neugierig gemacht wie er wohl aussieht!

  12. #12 Nicole
    1. Oktober 2015

    @ rolak: ah,danke für den Link, den hab ich erst jetzt gesehen…

  13. #13 Alderamin
    1. Oktober 2015

    @Nora

    Das Glühwürmchen bleibt dabei also kalt und hat streng genommen seinen Namen verfehlt.

    Hat es als Käfer sowieso. Nur die Weibchen und Larven ähneln Würmchen, allerdings mit Beinen. Da, wo ich groß geworden bin, schwirrten die Käfer auf der Suche nach Weibchen, die im hohen Gras unter Büschen und Hecken warteten und leuchteten, immer von Mitte Juni bis Mitte Juli nach ca. 23:00 Uhr in der Flussaue herum, manchmal bis vor’s Wohnzimmerfenster. Wenn man sie mit einem Netz fing, ging sofort das Licht aus. Als Jugendlicher hatte ich mal ein paar eingefangen und in ein Plastikterrarium mit übergestülptem Netz gesetzt, wusste aber nicht, womit ich die ernähren sollte (angeblich fressen sie Schnecken? Konnte ich mir schwer vorstellen) und dann wieder frei gelassen. Wohne jetzt weiter vom Wasser weg und habe leider lange keine mehr gesehen.

    Danke für den sehr schönen Artikel. Habe alle Artikel jetzt mal in die Klassen -, 0, + und ++ einsortiert. Dieser hier kommt in die ++-Klasse. Schön erklärt, schöne be-bild-ert und be-video-t, und witzig geschrieben. Kann man kaum besser machen.

  14. #14 BreitSide
    Beim Deich
    1. Oktober 2015

    Sehr schön anschaulich erklärt! Chemie-Unterricht, wie er sein könnte – und sollte!

  15. #15 BreitSide
    Beim Deich
    1. Oktober 2015

    Es gibt aber noch einen anderen Weg zu blauem Blut: Einheiraten bei Fürstens 🙂

  16. #16 centaurea
    Weinland
    1. Oktober 2015

    super geschrieben! Hätte nicht gedacht, dass ich mal freiwilig, und dann auch noch mit Genuss!!!! einen Artikel über ein Thema der Chemie lesen werde.
    So beschrieben ist Chemie eine spannende Wissenschaft. Hab da wohl echt was verpasst.

  17. #17 Dampier
    1. Oktober 2015

    Sehr guter Artikel. Lehrreich und gut geschrieben und aufbereitet. Biolumineszenz fand ich auch schon immer faszinierend. Danke :]

  18. #18 Nora
    1. Oktober 2015

    @Alderamin: Stimmt, Würmer sinds natürlich auch nicht einmal – die reinste Mogelpackung. Ich glaube, ich selbst habe in den letzten 15-20 Jahren auch ausschließlich in Leipzig welche gesehen, dort aber dafür zuverlässig. Gefangen habe ich allerdings noch nie welche… dafür hatte ich als Kind mal eine Schneckenfarm, wir hätten kooperieren können!

    @alle: Vielen vielen Dank 🙂

  19. #19 DAD
    4. Oktober 2015

    Sehr guter Beitrag zu einem Thema, das mich zunächst gar nicht so interessiert hat. Habe heute doch mal reingelesen und konnte nicht mehr aufhören. Alles sehr anschaulich erklärt und auch die Prise Humor fehlt nicht.
    So ist aus dem Mauerblümchen einer meiner Favoriten geworden.
    Vielen Dank.

  20. #20 Nanni
    Utrecht
    5. Oktober 2015

    Als Geisteswissenschaftlerin mit absolut fehlender Kompetenz in der Weite der Naturwissenschaften hab ich diesen Artikel mit Freude gelesen – das lag neben der Romantik der Glühwürmchen vor allem am humoristischen Schreibstil der überaus sympathischen Autorin… 🙂

  21. #21 Derniels
    6. Oktober 2015

    Hallo Nora, einfach hervorragend. Didaktik und Humor haben keine Generation übersprungen.