Studie: Winzige Organismen bringen das Meer zum Leuchten - RND

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Aristoteles, Shakespeare, Darwin und Jules Verne haben das faszinierende Phänomen beschrieben: In aufgewühltem Wasser verursachen bestimmte Einzeller ein nächtliches Meeresleuchten - etwa in brechenden Wellen oder in Bugwellen von Schiffen. Nun klärt eine Studie die mechanischen Grundlagen davon auf. Verantwortlich ist demnach die Deformierung der Zellwand der winzigen Organismen, die im Innern eine Kettenreaktion anstößt. Die Grundlagen beschreibt das internationale Team um Raymond Goldstein von der Universität Cambridge nach gezielten Experimenten im Fachblatt “Physical Review Letters”.

Verschiedene Organismen sind zu Biolumineszenz - also zum Erzeugen von Licht - fähig, darunter Bakterien, Pilze, Würmer, Quallen und Glühwürmchen. Dass das nächtliche grünlich-blaue Meeresleuchten auf weltweit vorkommende, bestimmte Mikroorganismen zurückgeht, ist seit langem bekannt, ebenso wie die chemischen Vorgänge in der Zelle: In den sogenannten Dinoflagellaten sorgen Veränderungen der Kalziumwerte über eine Kettenreaktion dafür, dass das Protein Luciferin oxidiert wird und Licht abgibt.

Die Forscher haben im Labor mit einer Art experimentiert: dem 130 Mikrometer langen, 40 Mikrometer breiten Einzeller Pyrocystis lunula. © Quelle: Maziyar Jalaal/University of Cam

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Nächtliches Meeresleuchten: Welche Mechanik spielt sich ab?

Welche mechanischen Bedingungen dafür nötig sind, klärten die Forscher nun in gezielten Laborversuchen an einer dieser Arten: dem 130 Mikrometer langen, 40 Mikrometer breiten und transparenten Einzeller Pyrocystis lunula. Die nächtlichen Experimente mit Hilfe von Mikropipetten und Hochgeschwindigkeitsfotografie zeigten, dass die Deformierung der Zellwand der Auslöser für das blaue Leuchten einer Frequenz von etwa 475 Nanometern ist.

Dessen Helligkeit hängt ab von der Kombination aus Ausmaß und Geschwindigkeit der Deformierung. Die Verformung muss also sowohl schnell erfolgen als auch groß genug sein, um die Kettenreaktion im Cytoplasma anzustoßen. Generell genügte in den Versuchen eine Eindellung der Zellwand um etwa 10 Mikrometer. Für die einwirkende Kraft eines Flüssigkeitsstrahls lag der Schwellenwert im Mittel bei 10 Mikronewton, als Geschwindigkeit nennt das Team etwa 0,3 Meter pro Sekunde.

Je stärker und schneller die Deformation, desto ausgeprägter war die Helligkeit. Die Funktion des Leuchtens lassen die Forscher offen. Möglicherweise diene es zum Abschrecken von Fressfeinden.

July 09, 2020 at 11:00AM
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