Der Wirkstoff, der die Schlüsselrolle bei der Erzeugung rhythmischer Lichtsignale von Leuchtkäfern spielt, ist gefunden: Stickstoffmonoxid schaltet das Leuchtorgan der Insekten an. Das hat eine interdisziplinäre Forschergruppe aus Mitarbeitern der Tufts University in Medford und des Brigham and Women’s Hospital in Boston herausgefunden. Im Fachblatt Science berichten sie über die Ergebnisse ihrer Arbeit.
Männliche Leuchtkäfer und die flugunfähigen Weibchen, auch Glühwürmchen genannt, besitzen auf der Unterseite ihres Hinterleibs ein Leuchtorgan, mit dem sie Lichtblitze erzeugen können. Durch artspezifische Blinksignale erkennen sich Männchen und Weibchen und finden so zueinander. Das Leuchtorgan besteht aus spezialisierten Zellen, sogenannten Photozyten. In ihnen befinden sich, peripher angeordnet, zahlreiche Mitochondrien. Im zentralen Bereich der Leuchtzellen wird durch die Luziferin-Luziferase-Reaktion unter Verbrauch von Sauerstoff Licht erzeugt. Völlig ungeklärt blieb bisher, wie es dem Insekt gelingt, diese Reaktion in einem präzisen Rhythmus ein- und abzuschalten, so dass ein charakteristisches Blinkmuster entsteht.
Als des Rätsels Lösung erwies sich ein Botenstoff, der auch bei höheren Organismen eine wichtige Rolle spielt: Stickstoffmonoxid (NO). “Es ist das kleinste Molekül, das Informationen zwischen Zellen überträgt, und es ist ein Gas”, so beschreibt Thomas Michel, einer der beteiligten Forscher, die Verbindung. Die Wissenschaftler hatten Leuchtkäfer in einer Versuchskammer mit NO begast und damit ein kontinuierliches Leuchten ausgelöst. NO bewirkt, dass die Aktivität der Mitochondrien zum Stillstand kommt. “So merkwürdig es klingt: Eine kurzzeitige Unterbrechung der Energieversorgung löst wahrscheinlich den Lichtblitz aus”, sagt Teamkollege Barry Trimmer. Durch weitere Untersuchungen konnten die Forscher in den Photozyten ein Enzym nachweisen, das für die NO-Freisetzung verantwortlich ist.
Daraus ergibt sich folgender Reaktionsablauf: Ein Nervensignal löst in den Photozyten die Bildung von NO aus. Dadurch werden die Mitochondrien gehemmt und Sauerstoff kann ins Zellzentrum vordringen, wo dann die lichterzeugende Reaktion abläuft. Aufgrund der Instabilität des NO werden die Mitochondrien schnell wieder aktiv. In Abwesenheit von NO liefern so die Mitochondrien die benötigte Energie. In seiner Gegenwart verhindern sie durch hohen Sauerstoffverbrauch die Lichterzeugung. Dieser Regulationsmechanismus ermöglicht ein Ein- und Ausschalten des Leuchtorgans in Bruchteilen einer Sekunde.
Joachim Czichos
