Noctiluca scintillans

Funkelndes Meeresleuchttierchen

Sommerzeit ist Ferienzeit und deshalb wollen wir heute gemeinsam eine kleine Reise unternehmen. Für uns geht es heute ans Meer! Ein paar warme Tage liegen hinter uns, die Luft und das Meer sind aufgeheizt, langsam wird es dunkel und eine erfrischende Brise zieht vom Meer her über den Strand. Die letzten Sonnenstrahlen verlieren sich im dunklen Wasser am Horizont und die schmale Sichel des Mondes wirft nur spärlich silbriges Licht in den Sand. Das einzige Geräusch, dass die Stille durchbricht, ist das Gluckern der Brandung, die durch den sanften Wind vor unseren Füßen feine Wellen schlägt. Die Lichter der nächsten Stadt funkeln in der Ferne. Alles ist ruhig, Dunkelheit umschließt uns – und dann passiert etwas Magisches. Auf jeder Welle, die der Wind über den Sand rollen lässt, beginnt es zu funkeln. Blaues, fast gespenstisches Licht zeichnet atemberaubende Muster in die Brandung. Was sich da vor unseren Augen abspielt, ist ein Naturschauspiel, das seinesgleichen sucht.

Es geht natürlich um das Meeresleuchten und es dürfte euch kaum überraschen, dass an der Entstehung dieses einmaligen Phänomens eine ganz besondere Mikrobe beteiligt ist: Noctiluca scintillans. Bereits der Name ist hier ein Highlight, denn das lateinische Noctiluca lässt sich zu „Licht bei Nacht“ übersetzen, während scintillans soviel wie „leuchtend“, „funkelnd“ oder „flackernd“ bedeutet. Der ganze Name heißt also „Das funkelnde Licht bei Nacht“, was ja doch sehr passend ist.

Noctiluca scintillans, die Mikrobe, um die es heute gehen soll, ist weder ein Bakterium noch ein Archaeum, wie viele der anderen Mikroben, die wir uns bisher angeschaut haben. Stattdessen handelt es sich um eine Spezies der Gruppe der Dinoflagellaten. Diese zählen zu den Eukarya, also den Lebewesen mit Zellkern, sind aber weder Pflanzen noch Tiere noch Pilze, sondern gehören zu einer ganz eigenen Gruppe. Tatsächlich ist die genaue Systematik immer noch Gegenstand von Diskussionen und somit ist diese schwer einzuordnende Spezies ein Paradebeispiel dafür, wie manche Dinge in der Wissenschaft immer in Bewegung bleiben, ständig überprüft und an neue Erkenntnisse angepasst werden.

Jetzt wollen wir aber mal schauen, wie genau das Meeresleuchten entsteht und welche Rolle Noctiluca scintillans dabei spielt. Die Fähigkeit dieser Mikrobe, Licht zu erzeugen, ist vermutlich als Mechanismus zur Abschreckung von Fressfeinden entstanden. Ein wichtiger Fakt, den wir über Noctiluca an dieser Stelle kennen müssen, ist nämlich, dass der Dinoflagellat nicht wirklich aktiv schwimmen oder seine Richtung ändern kann. Zwar besitzt Noctiluca scintillans einen Tentakel, dieser dient allerdings nicht der Fortbewegung. Vielmehr sind die 200 µm bis 2 mm großen, runden bis bohnenförmigen Zellen dieser Spezies darauf angewiesen, von Meeresströmungen mitgetragen zu werden. Das Einzige, worauf Noctiluca Einfluss nehmen kann, ist sein Auftrieb. In dem es verschiedene Ionen aus dem Meerwasser aufnimmt oder abgibt, kann der Dinoflagellat zumindest bestimmen, ob er in der Wassersäule nach oben oder unten treibt - das war’s dann aber auch. Mit dieser Eigenschaft gehört Noctiluca scintillans zum Plankton und wie ihr euch vorstellen könnt, hat die Mikrobe damit eine ganz schlechte Zeit, wenn es darum geht, vor Fressfeinden zu fliehen. Besonders Ruderfußkrebse haben es auf Noctiluca scintillans abgesehen und da diese sehr genau steuern können, wo sie hinschwimmen, zieht Noctiluca hier meist den Kürzeren. Es sei denn, die Mikrobe kann irgendwie dafür sorgen, dass die Jäger sich erschrecken und sie wieder aus ihren Fängen entlassen. Und genau da kommt das Leuchten ins Spiel.

 Im Inneren von Noctiluca scintillans befinden sich kleine Organellen, die man Scintillons nennt. Diese gibt es nur in Dinoflagellaten und in ihnen findet die Oxidation von Luciferin durch ein Luciferase genanntes Enzym statt, eine Reaktion bei der Energie in Form von Licht freigesetzt wird. Das ist übrigens ein sehr ähnlicher Prozess, wie der, der auch Glühwürmchen zum Leuchten bringt. Anders als bei Glühwürmchen wird die Reaktion bei Noctiluca scintillans allerdings durch mechanischen Stress ausgelöst. Versucht also nun ein Ruderfußkrebs eine Noctiluca-Zelle zu fressen, verformt er dabei die Zelle. Das löst die Luciferasereaktion aus und plötzlich durchzuckt ein blaues Leuchten seine Beute.  Erschrocken lässt der Ruderfußkrebs von der Zelle ab und Noctiluca scintillans hat sein Ziel erreicht. Eine andere Hypothese ist, dass Noctiluca über das Licht versucht, noch größere Fressfeinde anzulocken, die dann den Ruderfußkrebsen an den Kragen gehen. Sehen wir beim Meeresleuchten also, wie sich tausende kleiner Krebse über Dinoflagellaten hermachen? Nein, nicht ganz.

Derselbe mechanische Stress wie beim gefressen werden wirkt auch auf Noctiluca, wenn die Zellen in den Wellen hin- und hergeworfen und von der Brandung deformiert werden. Da Noctiluca nicht unterscheiden kann, ob es sich um einen Feind oder eine Welle handelt, löst auch hier die Lichtreaktion aus. Bei einer ausreichend hohen Konzentration von Noctiluca scintillans im Wasser wird dieses Licht dann für das menschliche Auge wahrnehmbar und so wird aus einem einfachen Abwehrmechanismus ein ganz besonderes Naturschauspiel.

Ihr Leuchten ist aber nicht das Einzige, das Noctiluca scintillans so interessant macht. Auch ihr eigener Weg, Nahrung zu sammeln ist ungewöhnlich. Ich habe ja schon den Tentakel erwähnt, der Zellen von Noctiluca scintillans dekoriert. An der Spitze dieses Tentakels befindet sich eine Mucusschicht, also eine Schleimschicht, die den Tentakel klebrig macht. Zusätzlich können von der Spitze des Tentakels noch Mucusfäden ausgehen, die durch das Wasser treiben. Bewegt sich Noctiluca scintillans nun durchs Wasser bleibt Plankton, darunter Bakterien, Kieselalgen oder andere Dinoflagellaten, am Mucus hängen, wie an einer Angelschnur. Hat sich eine gewisse Menge Nahrung angesammelt, rollen sich die Mucusfäden zu einem Bündel zusammen und werden mit der Tentakel zur Zelle geführt, wo die Beute aufgenommen und verdaut werden kann. Wie ihr euch vielleicht vorstellen könnt, ist das nicht unbedingt die effizienteste Ernährungsweise, da vieles daran vom Zufall abhängt. Zum Glück ist Noctiluca scintillans allerdings geduldig, und kann mehrere Wochen ohne Nahrung überleben.

Nicht alle Noctiluca-Zellen möchten jedoch so lange auf ihr Essen warten und einige verlassen sich deshalb nicht allein auf diese Art der Nahrungsbeschaffung. Stattdessen beobachtet man Zellen, die eine Symbiose mit Pedinomonas noctilucae eingehen. Die Zellen dieses grünen und zur Photosynthese fähigen Organismus leben in den Vakuolen von Noctiluca scintillans und versorgen die Zellen von dort aus mit Kohlenstoffquellen. Tatsächlich leben teilweise so viele Endosymbionten in Noctiluca, dass sie den sonst rötlich gefärbten Zellen eine grüne Farbe verleihen. Deshalb werden in wissenschaftlichen Publikationen oft „rote“ und „grüne“ Noctiluca unterschieden, obwohl es sich eigentlich um Zellen derselben Spezies handelt.

Die beiden Formen unterscheiden sich nicht nur in ihrer Farbe sondern auch in ihrer Verteilung in den Weltmeeren. Während Noctiluca scintillans eigentlich fast überall auf der Welt in Küstengewässern zu finden ist, toleriert die rote Form größere Temperaturschwankungen, während die grüne Form auf einen Idealbereich zwischen 25 °C und 30 °C beschränkt ist. Die grünen Noctilica treten deshalb vermehrt in den tropischen Gewässern Südostasiens auf, beispielsweise dem roten Meer oder dem Golf von Oman, während die roten etwas weiterverbreitet sind. Diese Form ist zwischen Zentral- und Südamerika, Westafrika, dem Tasmanischen Meer und sogar bis nach Mitteleuropa, wie beispielsweise in der Nordsee zu finden. Natürlich ist die Trennung der beiden Farbvarianten nicht immer ganz streng und es gibt Gebiete, in denen beide Formen von Noctiluca auftreten und sich beispielsweise nur saisonal in ihrer Häufigkeit unterscheiden.

Jetzt wissen wir also, wie Noctiluca scintillans Licht erzeugt und wie sich der Dinoflagellat ernähren kann. An dieser Stelle ist es vielleicht wichtig zu erwähnen, dass Noctiluca scintillans nicht die einzige Mikrobe ist, die im Wasser leuchtet und an diesem faszinierenden Naturschauspiel beteiligt ist. Oft handelt es sich um eine Mischung verschiedenster Mikroorganismen, die das Meer zum Funkeln bringen und die in einem fein abgestimmten Gleichgewicht leben. Das ist vielleicht ein guter Punkt auch darauf einzugehen, dass intensives Meeresleuchten nicht nur schön ist, sondern auch sehr negative Implikationen haben kann. In sehr eutrophen, also sehr nährstoffreichen Gewässern kann sich Noctiluca scintillans sehr schnell vermehren und damit das feine Gleichgewicht zum Kippen bringen. Bei sehr hohen Zelldichten färbt sich das Wasser rot und führt damit zu einem Phänomen, das „red tides“ also „rote Tide“ genannt wird. Die vielen Zellen von Noctiluca scintillans bewirken dabei die Anhäufung von Ammonium und verringern die Sauerstoffkonzentration im Wasser, was vermehrtes Fisch- und Korallensterben auslösen kann.

Nichtsdestotrotz bedeutet nicht jedes Meeresleuchten auch direkt eine rote Tide, so dass wir dieses besondere Phänomen auch weiterhin ohne schlechtes Gewissen genießen können, sollten wir mal in den Genuss der seltenen Gelegenheit kommen. Vielleicht erinnern uns solche unwirklich erscheinenden Beobachtungen manchmal auch einfach daran, auf was für einem faszinierenden Planeten wir leben und dass es sich diesen durchaus zu schützen lohnt. Und sei es nur, um die sensiblen Abläufe, die die Umwelt um uns herum prägen, nicht noch weiter aus dem Gleichgewicht zu bringen.

Links & weitere Infos

Taxonomie, Morphologie und Verbreitung

·       Harrison, P.J. et al. (2011), Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 29(4), pp. 807–831.

·       Ollevier, A. et al. (2021), Frontiers in Marine Science, 8.

Ernährung und Endosymbiose

·       Kiϕrboe, T. and Titelman, J. (1998), Journal of Plankton Research, 20(8), pp. 1615–1636.

·       Saito, H., Furuya, K. and Lirdwitayaprasit, T. (2006), Plankton and Benthos Research, 1(2), pp. 97–101.

 Biolumineszenz

·       Valiadi, M. and Iglesias-Rodriguez, D. (2013), Microorganisms, 1(1), pp. 3–25.

Ökologische Bedeutung

·       Fonda Umani, S. et al. (2004), Journal of Plankton Research, 26(5), pp. 545–561.