Wie Haie grün leuchten

Faszinierendes Leuchten: Viele Katzenhaie leuchten grün – aber nur für ihre Artgenossen. Denn für uns ist dieses Farbenspiel unsichtbar. Das Geheimnis hinter diesem Leuchten haben nun Forscher aufgedeckt. Demnach sorgen kleine Moleküle in der Haut der Fische für ihre Biofluoreszenz. Das Spannende: Es handelt sich um eine bisher völlig unbekannte Gruppe von Fluoreszenzmolekülen, die die Haie sogar vor mikrobiellen Infektionen schützen könnte.

Von grün, über rot bis hin zu orange: Viele Organismen senden unter bestimmten Bedingungen ein geisterhaftes Leuchten aus. Die Spanne reicht von Chamäleons über Gleithörnchen bis hin zu vielen Pflanzen. Aber auch etliche marine Lebewesen besitzen die Fähigkeit zur Biofluoreszenz. Trifft blaues Licht im Wasser auf ihre Haut, regt es dort Moleküle an, die das Licht dann in anderen Wellenlängen zurückstrahlen – zum Beispiel im grünen oder roten Spektrum.

Fische mit Leuchttalent

Erst vor wenigen Jahren haben Biologen herausgefunden, dass nicht nur Meerestiere wie Quallen und Korallen dieses faszinierende Leuchttalent besitzen. Auch unter Fischen ist die Biofluoreszenz weit verbreitet. Dass dies so lange ein Geheimnis blieb, lässt sich leicht erklären: Das Leuchten ist für unsere Augen meist unsichtbar.

Doch welche Moleküle lassen die Fische in den bunten Farben erstrahlen? „Von anderen Organismen sind vor allem das grün fluoreszierende Protein (GFP), GFP-ähnliche Proteine und fluoreszierende Fettsäure-bindende Proteine als Verursacher der Biofluoreszenz bekannt“, erklären Forscher um Hyun Bong Park von der Yale University in New Haven. Bei vielen Fischen sei der Mechanismus hinter dem Leuchten dagegen noch nicht entschlüsselt.

Neue Gruppe von Fluoreszenzmolekülen

Um mehr über das geheimnisvolle Farbenspiel herauszufinden, haben sich die Wissenschaftler nun zwei leuchtenden Arten näher gewidmet: dem Schwellhai (Cephaloscyllium ventriosum) und dem Kettenkatzenhai (Scyliorhinus retifer). Sie verwandeln das blaue Licht des Ozeans in hellgrüne Farben. Ihre Haut erscheint dadurch wie von einem geisterhaft leuchtenden Muster überzogen.

Für seine Studie untersuchte das Forscherteam die Haut der beiden Haie – und stieß dabei auf kleine fluoreszierende Moleküle. Das Besondere: Es handelt sich um eine bisher völlig unbekannte Gruppe von Fluoreszenzmolekülen. Denn es handelt sich nicht um Proteine, sondern um bromierte Verbindungen aus dem Tryptophan-Kynurenin-Stoffwechsel, wie die Wissenschaftler berichten. Dieser Signalweg spielt beim Menschen eine wichtige Rolle für immunologische Prozesse und das zentrale Nervensystem.

Grün als Erkennungsmerkmal

„Das Aufregende ist, dass wir hier eine völlig neue Form mariner Biofluoreszenz bei Haien beschreiben“, konstatiert Mitautor David Gruber von der City University of New York. Mit ihrem Leuchtsystem unterscheiden sich die Fische demnach deutlich von leuchtenden Organismen wie Quallen und Korallen, die das blaue Licht vor allem mithilfe grün fluoreszierender Proteine in andere Farben umwandeln.

Die Forscher vermuten, dass die Haie ihr einzigartiges grünes Leuchten vor allem als Erkennungsmerkmal nutzen. So könnten sie mithilfe der Farbsignale zum Beispiel potenzielle Partner finden, während sie für andere Meeresbewohner im Dunkeln unsichtbar bleiben. „Stell dir vor, ich wäre grün und nur du könntest das sehen, aber alle anderen nicht“, beschreibt Parks Kollege Jason Crawford das Prinzip.

Schutz vor Mikroben?

Doch womöglich haben die fluoreszierenden Moleküle in der Haut noch einen weiteren Nutzen: Die Forscher stellten fest, dass diese kleinen Moleküle antimikrobielle Eigenschaften besitzen. „Die beiden Katzenhaie leben am Meeresboden und trotzdem bilden sich auf ihrer Haut keine Biofilme aus. Die fluoreszierenden Moleküle könnten dieses erstaunliche Merkmal der Haihaut erklären helfen“, sagt Gruber.

In Zukunft wollen die Wissenschaftler auch das Leuchten anderer Haispezies unter die Lupe nehmen und mehr über die Funktion der Biofluoreszenz bei diesen Tieren herausfinden. Schlussendlich könnten sich daraus auch spannende Anwendungsmöglichkeiten ergeben – so wie beim grün fluoreszierenden Protein, das heute ein unverzichtbares Markerprotein im Bereich der medizinischen und biologischen Forschung ist.

Fische mit Superkräften

„Haie sind wundervolle Tiere, die schon seit 400 Millionen Jahren auf unserem Planeten verweilen. Sie faszinieren die Menschen immer wieder aufs Neue und besitzen so viele Superkräfte“, konstatiert Gruber. „Unsere Studie lüftet nun ein weiteres Geheimnis der Haie und inspiriert hoffentlich dazu, noch mehr über sie zu lernen und sie besser zu schützen“, so sein Resümee. (iScience, 2019; doi: 10.1016/j.isci.2019.07.019)

Quelle: Cell Press