Hast du schon den „Coole Fakten über Frösche“ und „Warum Frösche wichtig sind ? Schon bevor ich wusste, dass Amphibien im Dunkeln leuchten können, waren Frösche für mich die strahlenden Stars der Welt! Hier möchte ich dir erklären, wie die weitverbreitete Biofluoreszenz bei Amphibien entdeckt wurde, was genau das bedeutet und wie diese Fähigkeit sowohl für die Tiere als auch für uns nützlich sein kann.
Im obigen Bild leuchtet Cranwells Hornfrosch ( Ceratophrys cranwelli ) unter Anregungslicht grün. Foto von Jennifer Y. Lamb und Matthew P. Davis, aus: Salamander und andere Amphibien leuchten mit Biofluoreszenz .
Wie die Biofluoreszenz bei Amphibien entdeckt wurde
Es war einmal (genauer gesagt im Jahr 2020) zwei Forscher an der St. Cloud State University in Minnesota, die sich fragten, ob Amphibien unter bestimmten Lichtverhältnissen häufig leuchten. Die erste war Dr. Jennifer Lamb, eine Herpetologin, die das Verhalten, den Lebenszyklus und andere biologische Aspekte von Amphibien und Reptilien erforscht. Der zweite war Dr. Matthew P. Davis, der Tiefseefische und deren evolutionäre Entwicklung von Merkmalen wie Biolumineszenz untersucht, die ihnen das Leben in der Dunkelheit ermöglichen. Zum Zeitpunkt ihrer Entdeckung war Biofluoreszenz bereits bei anderen, meist im Wasser lebenden Tieren beobachtet worden, doch Amphibien waren in diesem Bereich kaum erforscht. Als sie sich daher entschlossen, die Verbreitung von Biofluoreszenz in dieser Tiergruppe zu untersuchen , waren sie erstaunt, wie weit verbreitet dieses Phänomen ist! Zunächst konzentrierten sie sich auf ausgewachsene Salamander, doch als sie mit Begeisterung weitere Gruppen und Lebensstadien von Amphibien untersuchten, stellten sie fest, dass alle biofluoreszieren!
Um es klarzustellen: Das bedeutet nicht, dass man Frösche im Mondlicht leuchten sehen wird, wenn man spätabends an ihrem Laichgewässer vorbeigeht. Denn man benötigt spezielle Beleuchtung und Ausrüstung, um dieses Phänomen zu beobachten. Zum Glück für alle Frosch- und Amphibienliebhaber hatten Lamb und Davis nicht nur die richtige Ausrüstung, um Biofluoreszenz nachzuweisen, sondern auch die Idee und das nötige Know-how, um danach zu suchen!
Unterschiedliche Biofluoreszenzmuster wurden bei Salamandern beobachtet. Abbildung von Jennifer Y. Lamb und Matthew P. Davis, in: Salamander und andere Amphibien leuchten in Biofluoreszenz..
Biofluoreszenz ist die erneute Abstrahlung von Licht bei einer anderen Wellenlänge
Biofluoreszenz ist nicht dasselbe wie Biolumineszenz. Bei der Biolumineszenz erzeugen und emittieren Lebewesen selbst Licht, entweder durch eine interne chemische Reaktion oder, seltener, mithilfe von Bakteriensymbiosen. Anglerfische, Quallen, Glühwürmchen und einige Pilze sind Beispiele für Lebewesen, die dazu fähig sind.
, wenn lebende Organismen hochenergetische Lichtwellen , beispielsweise im blauen oder ultravioletten Bereich, absorbieren sie mit kürzeren Wellenlängen , meist im roten, orangen oder grünen Bereich, wieder abgeben. Um den Unterschied besser zu veranschaulichen, stellen Sie sich das Licht vor, das ein Leuchtstab aussendet, wenn man ihn knickt und dadurch eine chemische Reaktion im Inneren auslöst (Lumineszenz), im Vergleich zum hellen blauvioletten Leuchten Ihres weißen T-Shirts, wenn Sie fröhlich unter einer UV-Lampe tanzen (Fluoreszenz).
Um die Biofluoreszenz von Amphibien sichtbar zu machen, beleuchteten Lamb und Davis die Tiere mit blauen und ultravioletten Taschenlampen und verwendeten spezielle Filter, um nur das von den Tieren abgegebene Fluoreszenzlicht auszublenden. Besonders unter blauem Licht emittierten alle untersuchten Amphibien verschiedene Muster aus grünem bis gelbem Licht unterschiedlicher Intensität. In vielen Fällen ging das Fluoreszenzlicht von hellen, kräftigen Flecken und Streifen aus, die bereits im Vollspektrumlicht sichtbar waren; in anderen Fällen leuchteten die Bäuche hell, während die Rücken dunkel blieben; und in wieder anderen Fällen war es vor allem die Kloakenregion, die hell aufleuchtete, als wolle sie die Aufmerksamkeit potenzieller Partner erregen. Selbst Arten, die im Vollspektrumlicht matt erschienen, strahlten eine Art Fluoreszenzlicht aus. Insgesamt variierte das Gewebe oder die Substanz, die unter Anregungslicht leuchtete, von der Haut über Knochen und schleimartige Hautsekrete bis hin zum Urin.
Die strukturellen oder chemischen Mechanismen, die dieses Phänomen verursachen, sind daher weiterhin unbekannt, was weiteren Forschungsbedarf aufwirft. Ungeachtet dessen deutet das Vorhandensein von Biofluoreszenz in der Vielzahl der untersuchten Tiere darauf hin, dass sich dieses Merkmal früh in der Abstammungslinie der heutigen Amphibien entwickelt hat.
des Östlichen Tigersalamanders ( Ambystoma tigrinum ) leuchten unter blauem Licht grün. Foto von Jennifer Y. Lamb und Matthew P. Davis aus „Salamander und andere Amphibien leuchten in Biofluoreszenz“ .
Warum Biofluoreszenz für Amphibien wichtig sein könnte
Lamb und Davis vermuteten, dass die von ihnen bei Amphibien beobachteten biofluoreszierenden Merkmale eine Schlüsselrolle in der Kommunikation und Signalgebung zwischen Arten oder innerhalb von Populationen spielen könnten. Um dies zu überprüfen, muss geklärt werden, ob Amphibienaugen eine strukturelle Sensibilität für ihre eigene Biofluoreszenz entwickelt haben und ob Amphibien in ihrem natürlichen Lebensraum jemals Lichtverhältnissen ausgesetzt sind, die dieses Phänomen begünstigen. Weitere Funktionen, die Biofluoreszenz im Alltag von Amphibien erfüllen könnte, sind Aposematismus (eine Warnfärbung zur Abschreckung potenzieller Fressfeinde), Mimikry oder sogar Tarnung.
Die Kloake des Marmorsalamanders (Ambystoma opacum) leuchtet möglicherweise hell, um die Aufmerksamkeit eines potenziellen Partners zu erregen. Foto von Jennifer Y. Lamb und Matthew P. Davis, aus Abbildung 1 in „Salamander und andere Amphibien leuchten mit Biofluoreszenz“ .
Warum die Biofluoreszenz von Amphibien für den Menschen wichtig sein könnte
Frösche und andere Amphibien sind in meinen Augen dadurch gleich viel cooler geworden! Wie Lamb und Davis betonten, werfen ihre biofluoreszierenden Fähigkeiten ein neues Licht darauf, wie viel wir noch über diese faszinierenden Wirbeltiere lernen müssen.
Forscher wissen bereits, dass Frösche Dutzende von Hautsekreten produzieren, die antibiotische, schmerzlindernde und pharmazeutisch interessante Eigenschaften Froschnestschäume als natürliche, stabile und biokompatible Wirkstoffe vorgeschlagen, die sich gut als milde, topische Arzneimittelverabreichungssysteme für den Menschen eignen könnten.
Nun könnten biofluoreszierende Proteine und andere Sekrete oder Gewebe von Amphibien das Potenzial haben, Medizingeschichte zu schreiben. Im Jahr 2008 wurde der Nobelpreis für Chemie an drei Forscher verliehen, die das grün fluoreszierende Protein (GFP) . Dieses wurde ursprünglich aus einer Qualle isoliert und wird heute in der Forschung zur zellulären und systemischen Funktion lebender Organismen häufig als Fluoreszenzmarker eingesetzt.
Könnten Frösche eine biofluoreszierende Substanz produzieren oder besitzen, die die medizinischen Forschungsmethoden weiterentwickeln könnte? Die Suche nach verschiedenen biofluoreszierenden Substanzen in Wasserorganismen, die dies ermöglichen könnten, läuft bereits (siehe die NOVA/National Geographic-Dokumentation „ Creatures of Light “). Die Zeit wird es zeigen. Dennoch ist es spannend zu bedenken, dass Biofluoreszenz, sollte sich Anregungslicht als nützlich erweisen, um kleine, versteckt lebende Amphibienarten in ihrem natürlichen Lebensraum aufzuspüren, eine kostengünstige Methode für Biologen werden könnte, die Biodiversität dieser Tiere zu erfassen und zu überwachen. Damit wäre sie ein wichtiges Instrument für dringend benötigte Amphibienschutzprojekte weltweit.
UV-Licht wurde für eine Feldstudie an tropischen Baumfröschen, darunter auch dem südamerikanischen Baumfrosch ( Boana punctata ), eingesetzt. Foto: Jorge Enrique García Melo, in: Thompson, ME, Saporito, RA, Ruiz-Valderrama, DH, Medina Rangel, GF, Donnelly, MA (2019). A field-based survey of fluorescence in tropical tree frogs using an LED UV-B flashlight. Herpetology Notes. 12. 987-990.