Beim Thema biologisches Leuchten kommt den meisten Menschen wohl zunächst das Glühwürmchen in den Sinn. Dessen Leuchtkraft beruht allerdings auf der sogenannten Biolumineszenz, bei der Licht aktiv durch biochemische Prozesse erzeugt wird. Daneben ist allerdings auch die Biofluoreszenz in der Natur weit verbreitet, wie die Forschung der letzten Jahrzehnte zunehmend aufgedeckt hat. Im Gegensatz zur Biolumineszenz ist sie ein passives Leuchten. Denn bei der Fluoreszenz geben bestimmte Biomoleküle Strahlung ab, wenn sie von Licht aus dem blauen oder ultravioletten Spektrum angeregt werden und wieder in ihren ursprünglichen Energiezustand zurückfallen.
Im ersten Artikel des dreiteiligen Titelthemas berichtet der bdw-Autor Tim Schröder über die Entdeckungsgeschichte und die bisher bekannten Mechanismen dieses Leuchtphänomens, das unserer Wahrnehmung normalerweise verborgen bleibt. Mittlerweile hat sich gezeigt, dass nicht nur viele Meerestiere bei UV-Beleuchtung erstrahlen – auch bei Landlebewesen wie einigen Amphibien oder Reptilien wurden Fluoreszenzeffekte aufgedeckt. Im Gegensatz zu uns besitzen die biofluoreszenten Lebewesen oft auch die entsprechenden Sehfähigkeiten, um den Schimmer wahrzunehmen, den Mond- oder Dämmerlicht bei Artgenossen verursachen können. In einigen Fällen zeichnet sich auch eine Funktion etwa für die Fortpflanzung oder die Abschreckung von Feinden ab. Doch noch immer gibt es viele offene Fragen zur biologischen Bedeutung der Fluoreszenz, geht aus dem Artikel hervor.
Faszinierender Schimmer mit großem Potenzial
Das Phänomen gibt es auch bei Pflanzen und einige nutzen Fluoreszenz offenbar auch, um etwa die tierische Verbreitung ihrer Samen zu fördern. Im Artikel „Alarmstufe Rot“ steht allerdings ein pflanzlicher Fluoreszenzeffekt im Fokus, der als eine Begleiterscheinung bei Stress auftritt. Wie die bdw-Autorin Andrea Hoferichter berichtet, geben Pflanzen in einem schlechten Zustand vermehrt rotes Fluoreszenzlicht ab. Dabei gilt: Je schlechter die Photosynthese läuft, umso heller leuchtet sie. Der Effekt lässt sich deshalb als ein Frühwarnsignal in der Landwirtschaft oder zur Überwachung des Zustands von Wäldern nutzen. Denn das Leuchten lässt sich durch Satelliten sogar noch aus dem All erfassen. Forscher tüfteln momentan an den Mess- und Sensor-Techniken, um das Konzept weiter zu optimieren, berichtet die Autorin.
Im dritten Artikel geht es dann um den gezielten Einsatz von fluoreszierenden Proteinen in der Grundlagenforschung: Juliette Irmer berichtet über die Entwicklungsgeschichte und die enorme Bedeutung des Nobelpreis-gekrönten Verfahrens. Unter anderem werden die die Fluoreszenz-Proteine dabei in bestimmten Geweben oder Zellen von Modellorganismen zur Expression gebracht. Durch die Nutzung in der Lichtmikroskopie können sie dann Einblicke in die Geheimnisse des Lebens oder die Entwicklung von Krankheiten liefern. Mittlerweile gibt es bereits hunderte Versionen in allen Farbabstufungen und die Entwicklung von optimierten Fluoreszenz-Proteinen und ihren Anwendungsmöglichkeiten schreitet weiter voran, berichtet die Autorin im Artikel „Leuchtende Forschungshelfer“.
