Maritime Biolumineszenz

Dem faszinierenden Phänomen der Biolumineszenz haben wir zwei Aufsätze gewidmet. In diesem zweiten Teil befassen wir uns mit der maritimen Biolumineszenz. Wir erkunden die Tiefsee der Weltmeere mit ihren leuchtenden Quallen, wir begeben uns nach Japan an die Küste der Toyama-Bay, wo jedes Jahr im späten Frühling Dinoflagellaten und Leuchtkrebse ein schillerndes Schauspiel bereiten. Schließlich werden wir feststellen, dass selbst Bakterien in der Lage sind zu leuchten und diese Fähigkeit innerhalb von symbiotischen Beziehungen auch anderen Lebewesen zur Verfügung stellen. Aber man muss nicht unbedingt weit reisen: Unser Titelbild zeigt die Fluoreszenz einer Koralle angeregt mit blauem Licht, im Meeresaquarium von Zella-Mehlis/Thüringen.

Die terrestrische Biolumineszenz steht im Mittelpunkt des ersten Aufsatzes, der in Heft 1/2023 erschienen ist: https://doi.org/10.1002/ciuz.202000081 Ausgangspunkt sind von Glühwürmchen erleuchtete heimische Wiesen in einer lauen Sommernacht. Danach reisen wir in den atlantischen Regenwald Brasiliens mit seinen biolumineszenten Pilzen reisen und begeben uns dann nach Neuseeland, wo biolumineszente Schnecken die Flüsse besiedeln und Mückenlarven in den Waitomo-Höhlen gleich einem Sternenhimmel triumphieren. Schließlich erkunden wir die Weiten der Sibirischen Steppen mit ihren zahllosen Leuchtinsekten und Ringelwürmern.

In beiden Aufsätzen stellen wir die Biolumineszenz der einzelnen Organismen in ihrem entdeckungshistorischen, ökologischen und geographischen Kontext vor und beleuchten detailliert die Mechanismen der dabei ablaufenden chemischen Reaktionen.

Der Westliche Maisbohrer ist einer der am meisten gefürchteten landwirtschaftlichen Schädlinge. Versuche, seine Dichte durch den Einsatz seiner natürlichen Feinde klein zu halten, sind bisher gescheitert. Forscher haben nun einen Grund dafür gefunden.

Bier ist ein komplexes Stoffgemisch aus Wasser, Ethanol und einer Vielzahl von flüchtigen und nichtflüchtigen geschmacksaktiven Verbindungen. Während der Lagerung kommt es zu chemischen Reaktionen, bei denen einige Bestandteile abgebaut und andere neu gebildet werden. Mit dem chemischen Profil verändert sich auch der Geschmack eines Bieres, was zur Alterung und schließlich zum Verderb führen kann. Den Einfluss der Verpackung auf die Lagerstabilität hat kürzlich ein US-amerikanisches Forscherteam untersucht.

Im zweiten Teil der Serie befassen wir uns mit der maritimen Biolumineszenz. Wir erkunden die Tiefsee der Weltmeere mit ihren leuchtenden Quallen, die in einem scheinbar zeitlos anhaltenden Tanz der Anbetung diese uns so ganz entrückt empfundene Welt erhellen. Wir begeben uns nach Japan an die Küste der Toyama-Bay, wo jedes Jahr im späten Frühling Dinoflagellaten und Leuchtkrebse ein schillerndes Schauspiel bereiten. Schließlich werden wir feststellen, dass selbst Bakterien in der Lage sind zu leuchten und diese Fähigkeit innerhalb von symbiotischen Beziehungen auch anderen Lebewesen zur Verfügung stellen. Wie bereits im ersten Teil stellen wir die Biolumineszenz der einzelnen Organismen in ihrem entdeckungs-historischen, ökologischen und geographischen Kontext vor und beleuchten detailliert die Mechanismen der dabei ablaufenden chemischen Reaktionen.

Was zuvor geschah:

Während die Ursache der Ergotoxikose noch immer im Dunkeln lag, wurde das Mutterkorn erstmals in der zweiten Hälfte des 15. Jahrhunderts in einer Nürnberger Sammlung medizinischer Rezepturen für die Behandlung von Gebärmutterbeschwerden genannt. 1582 veröffentlichte der Frankfurter Stadtarzt Adam Lonitzer in seinem „Kreuterbuch“ das Mutterkorn als Medikation bei Regelschmerzen. Erst im 17. Jahrhundert erkannten der französische Mediziner und Botaniker Denis Dodart sowie der Schweizer Arzt Johann Conrad Brunner im Mutterkorn den Auslöser des gangränösen und konvulsiven Ergotismus. Das Auslesen der Sklerotien aus der Roggenernte und die wachsende Akzeptanz der Kartoffel als Nahrungsmittel ließen die Massenvergiftungen deutlich zurückgehen. Die dadurch bedingte Unterbelegung in den Antoniterhospitälern brachte den Orden zunehmend in finanzielle Schwierigkeiten. Die tiefgreifenden kulturellen und politischen Umwälzungen seit dem 16. Jahrhundert und die ökonomische Situation der Antoniter führten 1776 zu ihrer Integration in den Malterserorden. Anfang des 18. Jahrhunderts veröffentlichten zwei Mediziner der Universität Tübingen ihre Abhandlungen zum Mutterkorn, in denen erstmals von Hebammen berichtete wurde, die das Sklerotium als Wehenmittel einsetzten. Beide Schulmediziner warnten darin eindringlich vor den Gefahren einer Anwendung in der Geburtsheilkunde. Dennoch hielten Hebammen und Geburtshelfer an der Mutterkornarznei fest. Erst mit der Veröffentlichung des Vortrags des US-amerikanischen Arztes Oliver Prescott Jr. im Jahre 1813, in dem er die Bedeutung des Mutterkorns in der Geburtsheilkunde und der Gynäkologie bei richtiger Anwendung hervorhob, fand die Ergotarznei schließlich Eingang in die europäische Schulmedizin.

Hans Molisch stellte 1886 einen neuen, allgemeinen Kohlenhydratnachweis mit α-Naphthol und Schwefelsäure vor. Diese Reaktion ist sehr sensitiv und lässt außerdem eine Unterscheidung zwischen Pentosen, Hexosen und Desoxyzuckern zu. In modifizierter Form eignet sie sich auch für den Schulunterricht.

Tauscht man im Benzol zwei benachbarte Kohlenstoffatome durch Bor und Stickstoff aus, erhält man 1,2-Azaborinine. Diese ungesättigten Heterozyklen sind zwar isoelektronisch zum Benzol und eindeutig aromatisch, weisen jedoch aufgrund ihrer elektronischen Struktur auch deutlich abweichende chemische und physikalische Eigenschaften auf.

Das vom deutschen Biochemiker Dieter Oesterhelt entdeckte Protein Bacteriorhodopsin leistet in der Zellmembran des Archebacteriums Halobacterium salinarum Unglaubliches: Es transportiert bei Lichtbestrahlung Protonen vom Zellinneren durch die Membran nach außen. Wie dieses Molekül ein solches Wunder vollbringt, steht heute in jedem Lehrbuch der Biochemie. Aus Anlass eines gerade erschienenen autobiographischen Buches und Dieter Oesterhelts Ableben am 28. November 2022 soll nachgezeichnet werden, wie aus einem überraschenden Farbumschlag durch unstillbare Neugier und Hartnäckigkeit ein chemisches Meisterwerk entstand.