 |
|
|
|
|
|
 |
 |
Neues aus der Welt der Wissenschaft |
|
|
|
|
|
|
Wie schalten Glühwürmchen das Licht an? |
|
| | | Durch Blinkmuster ihres Leuchtorgans signalisieren Glühwürmchen Paarungsbereitschaft. Wie die Tiere ihr Licht ein und aus schalten blieb jedoch ungeklärt. Jetzt wurde das Geheimnis gelöst: Stickstoffmonoxid sorgt dafür, dass Sauerstoff das Licht einschalten kann. |
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Die Ergebnisse ihrer Versuche veröffentlichten die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Science".
Bisher war nur bekannt, dass die Glühwürmchen ihr Blinken beginnen, sobald ein Nervensignal das Leuchtorgan erreicht.
Unter der Leitung von Barry Trimmer von der Tufts University begab sich ein Team von Wissenschaftlern auf die Suche nach dem Lichtschalter der Leuchtkäfer.
Sie sperrten Glühwürmchen in eine Versuchskammer, in die sie Sauerstoff und Stickstoffmonoxid (NO) einleiteten. Dieses hochreaktive Gas wird von vielen Tiere als Signalstoff einsetzen. Es stimuliert das Enzym Guanylat-Cyclase, das wiederum die Bildung von cGMP, einem intrazellulären Botenstoff, katalysiert. Daher bestand der Verdacht, dass NO auch bei den Leuchtkäfern eine Rolle spielen könnte.
|
|
Stickstoffmonoxid - NO
Bei Menschen spielt NO eine entscheidende Rolle bei der Erweiterung der Blutgefäße und der Nachrichtenübermittlung zwischen den Neuronen des Gehirns. NO steuert aber auch die Peniserektion der Säugetiere und kann z. B. die Atmung der ''Kraftwerke'' der Zellen, der Mitochondrien, blockieren. |
|
|
|
|
|
|
Stickstoffmonoxid Ja, Blinken Nein |
|
| |
Der Verdacht wurde bestätigt: Die Glühwürmchen reagierten auf die - mit Stickstoffmonoxide versetzte - Luft mit strahlendem Leuchten - allerdings permanent. Das typische Blinken hatte aufgehört.
Sobald die NO-Zufuhr abgeschaltet wurde, verschwand auch das Leuchten. Daher suchten die Wissenschaftler eine natürliche NO-Produktionsstätte im Inneren der Tiere.
|
|
Biolumineszenz - Das Licht der Glühwürmchen
Das Leuchtorgan der Glühwürmchen sitzt am Hinterende und besteht aus spezialisierten Zellen, den Photocyten. Sie enthalten als Leuchtstoff die Substanz Luciferin, die mit dem Enzym Luciferase einen Komplex bildet. Sobald Sauerstoff an diesen Komplex gelangt, katalysiert Luciferase die Oxidation des Luciferins, welches daraufhin grün-gelbliches Licht emittiert. Diese Biolumineszenz ist im gesamten Tierreich weit verbreitet. |
|
|
 Biolumineszenz im Tierreich |
|
|
|
|
|
|
Alles in einem Organ |
|
| |
Glühwürmchen produzieren Stickstoffmonoxid in Zellen, die - in ihrem Leuchtorgan - direkt neben jenen Zellen beheimatet sind, welche den Leuchtstoff Luciferin enthalten.
Unmittelbar daneben sitzen dichtgepackt Mitochondrien, die so genannten fahrenden Kraftwerke der Zellen. Sie stellen die benötigte Energie bereit.
|
|
Mitochondrien
Faden- bis kugelförmige Zellorganellen. Sie bestehen aus einer äußeren Hüllmembran und einer inneren Membran, die schlauchförmige (Tubuli), blattförmige (Cristae) oder sackförmige (Sacculi) Einstülpungen in den inneren Raum (Matrix) sendet. Durch diese Oberflächenvergrößerungen können mehr Enzyme an die innere Membran gebunden werden; ihre wichtigste Funktion ist die Energiegewinnung bei der Zellatmung. Die Enzyme der Atmungskette sind membrangebunden. In der Matrix befinden sich die Enzyme des Citronensäurecyclus und der oxidativen Decarboxylierung. Da sie sich in der Zelle bewegen und so zu Orten des Energiebedarfs gelangen, bezeichnet man sie als "fahrende Kraftwerke der Zelle". Mitochondrien sind teilungsfähig, sie besitzen ringförmige DNA und Ribosomen zur Proteinsynthese. |
|
|
Mitochondrien und ihre Funktion |
|
|
|
|
|
|
So schalten Glühwürmchen ihr Licht an und aus |
|
| |
Normalerweise ist das Licht ausgeschaltet, denn der Sauerstoff, den die von den Glühwürmchen gebildete Substanz zum Leuchten benötigt, wird durch die Atmung der Mitochondrien abgefangen. Sobald jedoch ein Nervensignal das Leuchtorgan erreicht, produzieren die Photocyten des Leuchtorgans das Stickstoffmonoxid.
Das Gas dringt schnell zu den Mitochondrien vor und stoppt die mitochondriale Atmung. Dadurch kann Sauerstoff ungestört zum Luciferin-Luciferase-Komplex gelangen: Das Licht geht an.
|
|
Einige hundert Millisekunden
Auf Grund der kurzen Halbewertszeit von Stickstoffmonoxid hält der Effekt nur kurze Zeit an. Innerhalb eines Sekundenbruchteils wird die Sauerstoffzufuhr unterbrochen und das Licht geht wieder aus. |
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Die Fähigkeit, das Blinken ihres Körpers exakt steuern zu können hat dazu geführt, dass alle 200 Arten der Glühwürmchen ein eigenes, spezifisches Blinkmuster für die Partnerschaftswerbung entwickelt haben.
Zuerst blinken die Weibchen, dann antworten die Männchen. Für die Paarung haben sie allerdings nur 14 Tage lang Zeit, den dann endet ihre Lebensspanne.
(red)
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Der Artikel in Science, Band 292 (kostenpflichtig)
|
|
|
01.01.2010 |
