Taschenlehrbuch Biologie - Evolution - Oekologie

Verständigung, zur Anlockung von Beute oder Ablenkung von Räubern. Bei den Bakterien und eukaryotischen Einzellern leuchtet das ganze Individuum, bei den höheren Organismen ist das Leuchten auf bestimmte Organe begrenzt und kann durch Linsen, Reflektoren und Blenden modifiziert werden. Das Licht ist meist grünlich, also von mittlerer Wellenlänge, und entsteht nur in Anwesenheit von Sauerstoff. Am besten untersucht ist das Luciferin-Luciferase-System der Leuchtbakterien: Hier wird die an das Enzym Luciferase gebundene Leuchtsubstanz Luciferin unter ATP-Verbrauch oxidiert und angeregt, bei der Rückkehr in den Grundzustand wird ein Lichtquant pro Molekül ATP emittiert ( Mikrobiologie ).
    Kunstlichtquellen in Form von Straßenlampen, Haus- und Werbebeleuchtung führen zur Fehlorientierung vieler lichtorientierter Tiere, vor allem von fliegenden Insekten. Räuberische Arten suchen diese Lichtplätze gezielt auf (z. B. Fledermäuse).
Biologische Bedeutung des Lichtes
    Das Sonnenlicht ist von zentraler biologischer Bedeutung, da die Sonnenenergie von den phototrophen Organismen in chemische Energie umgewandelt wird und so auch den chemotrophen Organismen in Form energiereicher organischer Substrate zur Verfügung steht. Dabei wachsen grüne Pflanzen, Cyanobakterien, Schwefelpurpurbakterien ( Chromatiaceae ) und Grüne Schwefelbakterien ( Chlorobiaceae ) photolithoautotroph: Sie verwenden anorganische Elektronendonoren (H 2 O bzw. H 2 S) und CO 2 als Kohlenstoffquelle (autotroph). Die Schwefelfreien Purpurbakterien ( Rhodospirillaceae ) verwenden dagegen auch organische Substanzen als Elektronendonor und als Kohlenstoffquelle, sie wachsen dann photoorganoheterotroph ( Mikrobiologie ). Damit hängt die energetische Versorgung fast aller Lebewesen direkt oder indirekt vom Licht ab, nur die chemolithoautotrophen Bakterien (z. B. nitrifizierende Bakterien, Eisenoxidierer, viele Wasserstoff- und Schwefeloxidierer) sind energetisch vom Licht unabhängig. Sie nutzen energiereiche anorganische Substanzen als Energiesubstrat und CO 2 als Kohlenstoffquelle.
    Die Lichtabsorption durch die Vegetation an Land ist sehr effizient. Am Boden eines geschlossenen Waldes oder einer Ackerkultur treffen nur noch 1–3 % der photosynthetisch aktiven Strahlung auf. Dies ist einerseits auf die hohe Effizienz der Lichtabsorption von Photosynthesepigmenten in Blättern zu erklären, andererseits wird die Absorption dadurch gesteigert, dass mehrere Blattebenen übereinander liegen. Die auf die überdeckte Bodenfläche projizierte Blattfläche wirdals Blattflächenindex bezeichnet (LAI, leaf area index). In Wäldern, aber auch auf Wiesen liegt dieser typischerweise zwischen 4 und 6. Das Licht passiert also 4–6 Blattschichten, bevor es den Boden erreicht. Für Pflanzen ist es damit essentiell, ihre Blätter oben in der Vegetation zu positionieren, um möglichst viel Licht auszubeuten. Pflanzen werden hierdurch gezwungen, in die Höhe zu wachsen. Konkurrenz um Licht war damit eine wesentliche Triebkraft der Evolution der Pflanzen. Mit Baumhöhen von 130 m ist aus biophysikalischer Sicht vermutlich die maximal mögliche Wuchshöhe für Landpflanzen erreicht ( Botanik ).
    Das Sonnenlicht ist aber nicht nur Energie-, sondern auch Informationsträger , denn Wellenlänge, Amplitude und Schwingungsrichtung sind variabel, Lichtqualität und -quantität sind zeit- und standortabhängig. Licht wirkt damit nicht nur als Ressource, sondern auch als Umweltfaktor . Der Wechsel von Hell und Dunkel, von Tag und Nacht, verschiebt sich je nach Jahreszeit und geographischer Region und ist der Taktgeber bei vielen tages- und jahresrhythmischen Erscheinungen. Sonnenstand und Polarisationsmuster geben Aufschluss über die Himmelsrichtung und ermöglichen so eine Orientierung.
    Damit Licht überhaupt biologisch genutzt werden kann, sind membrangebundene, lichtabsorbierende Moleküle (z. B. Chlorophyll, Rhodopsin) nötig, die durch die Absorption von Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches energetisch angeregt werden. Der daraus resultierende lichtgetriebene Elektronentransport lässt einen Protonengradienten zwischen Innen- und Außenseite der Membran entstehen, der zur ATP-Synthese genutzt wird.
Lichtanpassungen
    In photoautotrophen Organismen dient Chlorophyll als zentrales lichtabsorbierendes Molekül, seine geringe Absorption im grünen und blaugrünen Bereich kann durch rot-, blau- oder orangefarbene Hilfspigmente überbrückt werden. Seetange weisen eine