Vielleicht haben Sie schon einmal Bilder von blauen, leuchtenden Stränden unter einem dunklen Himmel gesehen. Dieses Leuchten wird Biolumineszenz genannt. Es wird von winzigen, im Wasser lebenden Organismen, den so genannten biolumineszenten Algen, ausgestrahlt.
Biolumineszierende Algen sind leuchtende Algen, die weltweit in den Ozeanen vorkommen. Sie erscheinen wie bläulich-grüne Lichtblitze, wenn es in dem Wasser, in dem sie leben, zu Störungen kommt.
Hier erfährst du alles, was du über biolumineszente Algen wissen musst und warum sie leuchten.
Was ist Biolumineszenz?
Biolumineszenz ist eine Art von Chemolumineszenz, d. h. eine chemische Reaktion, die Licht erzeugt. Biolumineszenz entsteht, wenn eine chemische Reaktion in einem lebenden Organismus Licht als Nebenprodukt erzeugt. Auf diese Weise entsteht ein leuchtender oder funkelnder Effekt.
Diese Art von Mechanismus wird bei Meerestieren wie Algen oder Tintenfischen beobachtet. Er hilft einigen Tieren, Nahrung anzuziehen, um zu überleben.
Es ist als "kaltes Licht" bekannt, weil es bläulich erscheint und wenig Wärme erzeugt. Biolumineszierende Meeresorganismen wie Fische, Bakterien, Quallen und Algen sind in den Ozeanen zu finden. Biolumineszierende Organismen wie Glühwürmchen und bestimmte Pilze sind auch an Land zu finden.
An der chemischen Reaktion, die Biolumineszenz verursacht, sind die Chemikalien Luciferin und Luciferase beteiligt. Einige biolumineszente Organismen stellen diese Chemikalien selbst her, während andere sie über ihre Nahrung aufnehmen.
Luciferin ist eine komplexe Substanz, die Licht erzeugt. Luciferase ist ein Enzym oder eine Chemikalie, die zur Beschleunigung einer Reaktion beiträgt. Es ermöglicht Sauerstoffmolekülen, sich an Luciferin zu binden. Diese Reaktion wird als Oxidation bezeichnet. Sobald das Luciferin an den Sauerstoff bindet, entsteht Oxyluciferin und es wird Energie in Form von Licht abgegeben. Farbe und Intensität des Lichts variieren je nach Anordnung der Luciferin-Moleküle in einem Organismus und je nach Art des Luciferase-Enzyms.
Einige Organismen verfügen über Chemikalien, so genannte Photoproteine, die sich mit Luciferin und Sauerstoff verbinden. Sie benötigen keine Luciferase, um Licht als Nebenprodukt abzugeben. Stattdessen erzeugen sie Licht, wenn sie mit Kalzium-Ionen in Kontakt kommen.
Biolumineszenz ist nicht mit Fluoreszenz zu verwechseln. Fluoreszenz tritt in Gegenwart eines stimulierenden Lichts auf, das absorbiert und dann über lange Zeiträume emittiert wird.
Was sind biolumineszente Algen?
Biolumineszierende Algen sind winzige Meeresalgen, die ein bläulich-grünes Licht erzeugen. Sie sind einzellige Organismen. Dinoflagellaten sind die häufigste Art biolumineszenter Algen, die an der Meeresoberfläche wachsen. Noctiluca scintillans, auch bekannt als Meeresglitzern, ist eine solche biolumineszierende Dinoflagellate.
Warum leuchten Biolumineszenzalgen?
Biolumineszierende Algen produzieren Luciferin und Luciferase. Die Luziferase in Dinoflagellaten ähnelt der grünen Pflanzenchemikalie namens Chlorophyll. Die chemische Reaktion zwischen Luciferin und Luciferase wird ausgelöst, wenn die biolumineszenten Algen durch Bewegung oder Veränderungen in der Umgebung gestört werden.
Bei Dinoflagellaten befinden sich das Enzym Luciferase und das Luciferinmolekül in einer runden Struktur, die Scintillon genannt wird. Eine Störung oder Veränderung der Umwelt führt zu einer Belastung der äußeren Membran der Dinoflagellatenzelle, die bestimmte Reaktionen innerhalb der Zelle auslöst. Dies führt zu Veränderungen im Szintillon, wodurch es saurer wird.
Diese Veränderungen aktivieren das Enzym Luciferase und beschleunigen die Bindung von Luciferin an Sauerstoff. Durch die chemische Reaktion entsteht Oxyluciferin, das als Nebenprodukt Licht erzeugt.
Biolumineszente Algen leuchten für kurze Zeit, wenn sie gestört werden. Veränderungen in der Umwelt, wie z. B. eine Verringerung des Salzgehalts des Wassers, können jedoch dazu führen, dass biolumineszente Algen kontinuierlich leuchten.
In solchen Fällen sehen sie wie blaue oder grüne Flecken im dunklen Meer aus.
Sind biolumineszierende Algen schädlich?
Biolumineszierende Algen wirken vor dem Hintergrund dunkler Gewässer faszinierend. Biolumineszenz zu sehen, kann ein wunderschönes Erlebnis sein. Es kann aber auch ein Warnzeichen sein, denn viele biolumineszierende Dinoflagellatenarten sind giftig.
Sie können für Fische, die um sie herumschwimmen, giftig sein. Wenn Sie mit solchen biolumineszierenden Algen in Kontakt kommen, können sie auch für Sie schädlich sein. Einige Arten, wie z. B. die Seescheidenalge, sind zwar nicht sehr giftig, können aber dennoch unangenehme Nebeneffekte haben.
Es gibt auch Hinweise darauf, dass die Biolumineszenz ein Zeichen für Umweltveränderungen wie Umweltverschmutzung und globale Erwärmung sein kann. Umweltveränderungen können zu niedrigem Sauerstoffgehalt und hohen Stickstoff- und Phosphorwerten im Wasser führen. Giftige Dinoflagellaten neigen dazu, sich unter solchen Bedingungen zu vermehren und schnell zu wachsen, was zu einer schädlichen Algenblüte führt. Dies kann zu einem Phänomen führen, das als "rote Flut" bezeichnet wird. Millionen von überwuchernden giftigen Algen färben das Wasser bei Tageslicht rot und lassen es nachts funkeln.
Während der roten Flut werden auch Meerestiere wie Fische oder Garnelen, die sich von Algen ernähren, giftig, da sich die Toxine der Dinoflagellaten in ihrem Körper ansammeln. Wenn Sie mit den Algen in Kontakt kommen oder diese giftigen Meerestiere essen, können Sie Nebenwirkungen wie Darmprobleme oder Lebensmittelvergiftungen bekommen. Einige Dinoflagellaten produzieren Neurotoxine, die Ihre Gehirnfunktion und Ihr Gedächtnis beeinträchtigen können.
Ist es sicher, in biolumineszierendem Wasser zu schwimmen?
Einige biolumineszierende Algen produzieren Giftstoffe, die für Meerestiere, Menschen und alles, was mit ihnen in Berührung kommt, schädlich sind, so dass es möglicherweise nicht sicher ist, die Algen zu berühren oder in biolumineszierendem Wasser zu schwimmen. Sie können Meeresküsten mit biolumineszierenden Algen besuchen, aber es ist am besten, den Kontakt mit den Algen zu vermeiden und das Leuchten aus sicherer Entfernung zu beobachten.
Wo findet man biolumineszierende Algen?
Biolumineszierende Algen blühen in den Sommermonaten in den Gewässern entlang des amerikanischen Festlands. Sie sammeln sich oft in Warmwasserlagunen oder Buchten mit engen Öffnungen. Dadurch wird verhindert, dass die Algen ins offene Meer entweichen. Nachts erscheint die gesamte Lagune funkelnd und leuchtend.
Biolumineszenz kann bei Tageslicht nicht gesehen werden. Wenn man versucht, sie mit bloßem Auge zu erkennen, kann sie sehr schwach sein, vor allem, wenn es in der Nähe Lichter gibt. An einem dunklen Strand in einer mondlosen Nacht kann man jedoch die Biolumineszenz von Dinoflagellaten in Wellen sehen, die sich am Ufer brechen. Wenn sie an die Küste gespült werden, können Sie sie bei einem Spaziergang am Strand entdecken. Man kann sie auch im Kielwasser eines Bootes oder als Form im Wasser sehen.
Laufende Forschung
Wissenschaftler untersuchen die Verwendung von biolumineszenten Algen in der Architektur. Da diese Algen Licht erzeugen können, haben sie das Potenzial, als nachhaltige, umweltfreundliche Lichtquelle eingesetzt zu werden. Ihr Einsatz kann den Bedarf an Elektrizität, die mit fossilen Brennstoffen betrieben wird, überflüssig machen und zum Schutz des Planeten beitragen.
Außerdem versuchen Designer für die Interaktion zwischen Mensch und Computer zu untersuchen und zu verstehen, wie biologische Lebewesen die digitale Kommunikation verbessern können. Biolumineszente Algen sind wie winzige, autarke Computer und ermöglichen es Wissenschaftlern zu untersuchen, wie sie Informationen verarbeiten und mit ihrer Umgebung interagieren. Dies kann dazu beitragen, neue und einzigartige digitale Systeme für den menschlichen Komfort zu schaffen.
