Biologie der Unterwasser-Fluoreszenz. Die Fluoreszenz als Phänomen

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22.09.2013 09:27
Kategorie: Biologie



Die Fluoreszenz als Phänomen war schon frühzeitig bekannt: 1565 beschrieb der Arzt Nicolás Monardes die erstaunliche blaue Farbe eines Extrakts, welches aus einem aus Mexiko stammenden Holz gewonnen und gegen Nieren- und Blasenleiden verwendet wurde, später "lignum nephriticum" genannt (lat. Nierenholz).

Bericht von Steffen Beyer

Das Holz, dessen seltsamer Farbeffekt und diuretische Eigenschaften bereits den Azteken bekannt waren, war eine seltene und teure Arznei. Deshalb war es von besonderem Interesse, damals aufkommende Fälschungen sicher erkennen zu können.

Monardes schrieb dazu, daß die Fälschungen Wasser gelb färben, und nur das originale Holz habe die Eigenschaft, Wasser blau zu färben. Die dafür verantwortliche, blau fluoreszierende Substanz, das Oxidationsprodukt eines Flavonoids, heißt "Matlalin", vom aztekischen Wort "matlali" für "blau". (siehe Bernard Valeur und Mário Nuno Berberan-Santos: "Molecular Fluorescence: Principles and Applications")


Hinweis


Als Einführung in die Unterwasser-Fluoreszenz dienen die bisher in DiveInside erschienenen Artikel zu diesem Thema von Prof. emer. Dr. Horst A. Grunz:

Fluoreszenz, Blau wird Weiß:Weiß wird Blau
Zauberwelt Korallenriff 1
Zauberwelt Korallenriff 2
Korallenriffe - Welterbe der Menschheit



1819 beschrieben Edward D. Clarke und 1822 René Just Haüy die Fluoreszenz des Minerals "Fluorit" (bzw. "Flußspat" oder Kalziumfluorid CaF2). 1833 erläuterte Sir David Brewster das Phänomen beim Chlorophyll, welches bei Pflanzen für die Photosynthese verantwortlich ist und rot fluoresziert. 1845 folgte Sir John Herschel mit dem Chinin, einem fiebersenkenden Mittel aus der Rinde eines Baumes in den Anden, welches heutzutage vor allem in verschiedenen bitteren Limonaden anzutreffen ist. 1852 schließlich prägte Sir George Gabriel Stokes den Begriff "Fluoreszenz".

Dennoch dauerte es noch bis 1927, bis die Fähigkeit zur Fluoreszenz von Wasserlebewesen erkannt wurde, und zwar von einem gewissen Herrn Charles E.S. Phillips. Diesem fielen am Strand von Torbay in England einige Anemonen in einem Gezeitentümpel auf, die eine besonders leuchtende grüne Farbe hatten. Er nahm einige davon mit und untersuchte sie mit Hilfe einer Lichtquelle und einem "Wood’s Glass" genannten Filter (1903 erfunden von Robert Williams Wood), welcher sichtbares Licht absorbiert und nur UV-Licht durchlässt. So wies er die Fähigkeit dieser Anemonen zur Fluoreszenz nach.

Obwohl daraufhin die Fluoreszenz von Unterwasserlebewesen in Laboratorien und Aquarien untersucht wurde, wenn auch nicht sehr intensiv, begannen Taucher erst in den 1950er Jahren damit, die Fluoreszenz der Unterwasserlebewesen in ihrem natürlichen Lebensraum für sich zu entdecken. Bekannte Namen sind hier beispielsweise Dr. Richard G. Woodbridge III (auch bekannt für seine von antiken Tongefäßen gewonnenen Tonaufnahmen), Luis Marden (Fotograf von National Geographic) und Sir Arthur C. Clarke (bekannter Science Fiction-Autor und Taucher).

Ab den 1970er Jahren begann Dr. Charles H. Mazel in den USA mit systematischen wissenschaftlichen Untersuchungen. Dabei stellte er fest, daß nicht ultraviolettes Licht am besten geeignet ist, die Fluoreszenz von Unterwasserlebewesen anzuregen, sondern blaues Licht. Das liegt an der Anpassung der Unterwasserlebewesen an die Eigenschaften ihres Lebensraums im Laufe der Evolution. Wasser ist für blaues Licht am durchlässigsten (durchlässiger als für jede andere Wellenlänge des Lichts, Ultraviolett eingeschlossen), und ab einer gewissen Tiefe ist blaues Licht das einzige zur Verfügung stehende. Dr. Mazel entwickelte daraufhin die moderne Form des Fluoreszenz-Tauchens mit Blaulichtlampen und gelben Masken- und Kamerafiltern.

Stand der Forschung - ein kleiner Überblick


Fluoreszenz wird im Meer nicht nur bei Korallen beobachtet, sondern auch bei unzähligen anderen Arten von Lebewesen, z.B. bei Manteltieren, Krebsen, Schwämmen, Anemonen, Quallen, Muscheln, Nacktschnecken, Kopffüßern, Garnelen, Krabben, Würmern und Fischen, um nur ein paar zu nennen. Bei dieser Fülle von nicht miteinander verwandten Arten aus ganz verschiedenen Stämmen des Tierreichs ist es extrem unwahrscheinlich, dass das Phänomen der Fluoreszenz lediglich ein Nebeneffekt ist. Außerdem kann es sich hierbei nicht um Vererbung handeln, sondern muss ein Ergebnis sogenannter "konvergenter Evolution" sein. Daraus folgt, dass diesem Phänomen ein Nutzen innewohnen muss. Leider steckt die Erforschung der Bedeutung der Unterwasser-Fluoreszenz noch in den Kinderschuhen. Es gibt jedoch bereits einige Hypothesen und Forschungsergebnisse.

Der Vergleich der räumlichen Verteilung der fluoreszenten Pigmente in Korallen, die in der prallen Sonne oder im Schatten leben, deutet darauf hin, daß diese im Falle der Korallen, die der prallen Sonne ausgesetzt sind, z.B. im Flachwasser, über den symbiotischen Algen angeordnet sind. Somit schützen sie letztere vor den schädlichen Einflüssen der UV-A Strahlung. Bei im Schatten bzw. in größerer Tiefe lebenden Korallen sind diese Pigmente in derselben Schicht angeordnet wie die symbiotischen Algen, was darauf hinzudeuten scheint, dass sie das vorhandene Licht in photosynthetisch nutzbare Wellenlängen ("Photosynthetically Active Radiation" oder PAR) umwandeln. Dies erlaubt es den Korallen, in größerer Tiefe zu siedeln und verschafft ihnen somit einen Überlebensvorteil gegenüber Korallen ohne fluoreszente Pigmente (siehe Dr. Anya Salih et al.: "Photoprotection of Symbiotic Dinoflagellates by Fluorescent Pigments in Reef Corals").

Eine kleine Sensation war die Entdeckung, dass fluoreszente Pigmente, wie das "Green Fluorescent Protein" oder GFP genannte fluoreszente Protein (welches ursprünglich aus der Qualle "Aequorea victoria" gewonnen wurde), unter bestimmten Bedingungen und bei Aktivierung durch Licht als Elektronenspender auftreten können - genauso wie es das bei Pflanzen für die Photosynthese zuständige Chlorophyll im ersten Photosyntheseschritt tut.

Dies könnte zur Erzeugung von sogenannten Reduktionsäquivalenten dienen (wie zum Beispiel FADH2 oder NADH, siehe u.a. den sogenannten Zitronensäurezyklus) und damit zum Antreiben von Energie verbrauchenden Reaktionen, oder zur Lichtwahrnehmung.

Es wird vermutet, dass dies entwicklungsgeschichtlich möglicherweise die ursprüngliche Funktion von GFP-artigen Proteinen war, während sich die anderen Funktionen wie Sonnenschutz und Umwandlung von Wellenlängen des Lichts erst sekundär entwickelten.

GFP fluoresziert im Grundzustand mit Wellenlängen um 509 nm (grün); die Fluoreszenz erreicht dabei ihre maximale Stärke bei einer Anregung mit Licht von 488 nm (blaugrün). Das GFP wurde im Labor daher zunächst mittels eines Lasers mit der Wellenlänge von 488 nm (blaugrün) aktiviert. Unter Abgabe eines Elektrons an einen Elektronenakzeptor (ein geeignetes Oxidationsmittel) geht GFP dabei in einen Zwischenzustand über.

Aus diesem geht das aktivierte GFP dann entweder in einen permanent gebleichten (nicht fluoreszenten) Zustand über (falls kein weiterer Elektronenakzeptor vorhanden ist), oder aber es wandelt sich unter Abgabe eines weiteren Elektrons an einen geeigneten Akzeptor in eine rot fluoreszierende Konformation um. In diesem Zustand fluoresziert das GFP mit Wellenlängen um 607 nm (rot), wobei die Fluoreszenz bei einer Anregung durch Licht mit einer Wellenlänge von 575 nm (gelb) am stärksten ist.

Die GFP-artigen Proteine sind also nicht nur zu dem rein passiven physikalischen Prozeß der Fluoreszenz fähig, sondern auch zu einer aktiven lichtinduzierten chemischen Reaktion und Farbänderung (siehe dazu Dr. Konstantin A. Lukyanov et al.: "Green fluorescent proteins...", sowie GFP, Natural Function).

Eine kürzlich veröffentlichte Studie wirft ein buchstäblich erhellendes Licht auf den Zusammenhang zwischen der Gesundheit von Korallen und ihrer Fähigkeit zur Fluoreszenz (siehe Dr. Melissa S. Roth und Dr. Dimitri D. Deheyn: "Effects of stress on coral fluorescence"). Demnach besteht zwischen der Gesundheit von Korallen und ihrer Fähigkeit zur Fluoreszenz ein direkter Zusammenhang. So kann die Messung der Fluoreszenz zur Abschätzung der Gesundheit herangezogen werden, was insbesondere im Hinblick auf die wachsende Bedrohung der Korallenriffe unter anderem durch Umweltverschmutzung, Klimaerwärmung, Versauerung der Ozeane und zunehmenden Tourismus von großer Bedeutung ist. Mehr hierzu im nächsten Kapitel "Anwendungen der Fluoreszenz".

Ein weiteres faszinierendes Forschungsergebnis stammt von Prof. Nico K. Michiels von der Universität Tübingen (et al.: "Red fluorescence in reef fish: A novel signalling mechanism?"). Demnach setzen Fische gezielt und kontrolliert rot fluoreszierende Pigmente ihres Körpers zur Kommunikation miteinander ein.

Es war bereits bekannt, dass Fische in der Lage sind, ihre Körperfärbung zu verändern (ähnlich wie Tintenfische, Kraken und Kalmare), und dass sie dies zur Kommunikation einsetzen, z.B. um Geschlechtspartner anzuziehen, Rivalen zu imponieren, ihr Territorium zu verteidigen und Räuber abzuschrecken. Neu ist jedoch die Erkenntnis, dass sie zu diesem Zweck auch Fluoreszenz einsetzen. Es ist außerdem überraschend, dass sie dazu ausgerechnet rote Fluoreszenz verwenden, weil viele Fische die Farbe Rot nicht oder kaum wahrnehmen können. Mehr hierzu im übernächsten Kapitel "Farbe als Sprache"!

Interessehalber sei hier noch auf den besonders unterhaltsam und informativ geschriebenen Expeditionsbericht von Dr. David F. Gruber (einem auf biolumineszente und -fluoreszente Meerestiere spezialisierten Professor der Biologie) und seinem Expeditionskollegen Dr. Vincent A. Pieribone (einem Neurologen, der fluoreszente Pigmente in seinem Forschungslabor einsetzt) verwiesen, der in Form eines Blog-Tagebuchs bei der New York Times die Erforschung der Fluoreszenz auf den Solomonen (Inseln im Südwest-Pazifik) beschreibt.

Anwendungen der Fluoreszenz


Im Zuge von Maßnahmen zum Schutz und Erhalt der Korallenriffe wird in der Regel in gewissen Zeitabständen der Gesundheitszustand eines Riffs bestimmt. Dazu bedient man sich herkömmlicherweise der "Reef Check" genannten Methode. Diese besteht darin, ein Maßband (wie man es z.B. beim Weitspringen vom Schulsport kennt) unter Wasser anzubringen, "Transekt" genannt, in der Regel entlang von Tiefenlinien, um den Jojo-Effekt beim Tauchen und damit das Risiko für Deko-Unfälle zu vermeiden, und in einer Art und Weise die verhindert, dass die Korallen dabei beschädigt werden.

Anschließend tauchen speziell ausgebildete Meeresbiologen an diesem Maßband entlang und notieren alles, was sie im Bereich von meist 30 cm oder 60 cm links und rechts des Maßbandes finden. Festgehalten werden die Angabe der Position, d.h. die Entfernungsangabe auf dem Maßband vom Nullpunkt aus sowie die Angabe "links" oder "rechts", und die Angabe der genauen Art der Koralle sowie ihres jeweiligen Gesundheitszustandes: ob sie von irgendeiner Krankheit befallen ist und welcher (z.B. die berüchtigte Korallenbleiche), ob sie an Schädlingsfraß leidet (z.B. durch Papageienfische, durch die Schnecken "Drupella" und "Coralliophila" oder durch Dornenkronenseesterne), oder ob sie beschädigt bzw. abgestorben ist, unter Angabe des Prozentsatzes der Erkrankung oder Beschädigung. Auch Konfliktzonen, in denen mehrere Korallen miteinander um die Vorherrschaft und um Siedlungsraum kämpfen, werden vermerkt.

Man kann sich gut vorstellen, dass dies ein zeitraubender Prozess ist, der Fachkenntnis und besonderes Training erfordert, sowie günstige Wetterumstände. Die Anzahl der zur Verfügung stehenden geeigneten Fachleute ist in der Regel eng begrenzt, so dass es lange dauert diese Methode an mehreren verschiedenen Stellen oder Riffen anzuwenden. Sie erfordert von den Mitarbeitern einen anstrengenden Dauereinsatz und kann zu einer wahren Sisyphusarbeit ausarten, von den Zwangspausen aufgrund von Deko-Verpflichtungen und den Risiken durch die vielen Wiederholungstauchgänge mal ganz abgesehen.

Das RSEC (Red Sea Environmental Centre) in Dahab/Sinai/Ägypten (unter deutscher Leitung) bietet die Teilnahme an Riffschutzprojekten in Form eines Volontariats oder als Betreuung von Diplomarbeiten an. Man erlernt die "Reef Check"-Methode und es werden außerdem Fluoreszenz-Nachttauchgänge einschließlich wissenschaftlicher Einführung durchgeführt.

Die Unterwasser-Fluoreszenz bietet bezüglich des oben genannten Engpasses möglicherweise einen Ausweg, oder zumindest eine Ergänzung der herkömmlichen Methode. Besonders starke Fluoreszenzlampen wie z.B. die des Autors (siehe Bild rechts) oder von Prof. emer. Dr. Horst A. Grunz erlauben es, ein größeres Areal eines Korallenriffs auf einmal auszuleuchten. Vorausgesetzt die meisten vorhandenen Korallenarten sind fluoreszent, lassen sich so Krankheiten, Schäden und Konfliktzonen zwar nicht mit der gleichen Genauigkeit und in allen Einzelheiten bestimmen wie mit der "Reef Check"-Methode, jedoch kommt man gegebenenfalls schneller zu einem Gesamteindruck über den Gesundheitszustand eines Korallenriffs. Siehe dazu die folgende Abbildung, die großflächige Schäden an Steinkorallen unter Fluoreszenzlicht zeigt.

Krankheiten, Schäden und Konfliktzonen lassen sich dabei anhand von Änderungen der Fluoreszenz der Korallen erkennen, wie bereits weiter oben im Zusammenhang mit der von Dr. Melissa S. Roth und Dr. Dimitri D. Deheyn durchgeführten Studie erwähnt. Abgestorbene Flächen fluoreszieren meist rot aufgrund des Chlorophylls von Algen, die solche Stellen überwuchern.

Möglicherweise lassen sich unter Wasser (gegebenenfalls entlang eines Transekts) auch Videoaufnahmen erstellen, die dann von Fachleuten, die nicht speziell als Taucher ausgebildet sein müssen, an Land und in Ruhe ausgewertet werden können.

Eine weitere Anwendung der Fluoreszenz besteht im Aufspüren von Korallenrekruten. (siehe dazu u.a. Dr. Anya Salih et al.: "Fluorescence census techniques... und Recruitment).

Korallenrekruten sind Korallenlarven, die sich vor kurzem auf einem Riff niedergelassen haben, um einen neuen Korallenstock zu gründen. Sie sind meist transparent und winzig klein, zwischen einem und einigen wenigen Millimetern groß. Dementsprechend schwer sind sie selbst für Fachleute im Wirrwarr des Riffs zu finden - es gleicht der sprichwörtlichen Suche nach der Stecknadel im Heuhaufen.

Falls die Korallenrekruten jedoch einer fluoreszierenden Korallenart angehören, lassen sie sich mit Hilfe von Fluoreszenzlampen mühelos und schon von weitem aufspüren, da sie dank ihrer Fluoreszenz wie kleine Leuchttürme in der Finsternis leuchten. Siehe dazu die Abbildung rechts, die Korallenrekruten unterschiedlichen Alters, d.h. mit unterschiedlichen Entwicklungsgraden und somit unterschiedlicher Größe von verschiedenen Arten im Fluoreszenzlicht zeigt.

Das Erkennen und Auszählen von Korallenrekruten sind wesentlich zur Abschätzung des dynamischen Gleichgewichts zwischen der Abbau- und Aufbaurate des Riffs und zur Beurteilung des Erfolgs von Riffschutzmaßnahmen.

Mit Hilfe von in schneller Folge blinkenden Fluoreszenzlampen kann diese Suche sogar tagsüber durchgeführt werden, da mit dieser Hilfe das menschliche Auge die Fluoreszenz selbst am Tage wahrnehmen kann.

Farbe als Sprache


Wie bereits erwähnt, spielt die Fluoreszenz bei der Kommunikation unter Wasser eine wichtige Rolle. Wie sich die Fluoreszenz dabei in den viel größeren Kontext der universellen "Farbe als Sprache" einordnet, wird hier erläutert. (siehe hierzu auch die für National Geographic produzierte dreiteilige Fernsehreihe "Water Colours" von Anita & Guy Chaumette/Liquid Motion Film, auf der die folgenden Ausführungen beruhen. Die drei DVDs [3 x 50 Min.] dieser besonders sehenswerten und informativen Reihe sind zusammen für nur € 45 plus Versandkosten [beispielsweise € 9 von England in die Niederlande] direkt von den Autoren zu beziehen).

Der mittlere Teil dieser Serie "Im Farbrausch der Tiefe - Farbe als Sprache" ist auch auf Deutsch in drei Stücke geteilt auf YouTube zu finden [Teil-1][Teil-2][Teil-3]. Der dritte Teil namens "A Touch of Fluorescence" ist hauptsächlich der Fluoreszenz gewidmet, insbesondere der in der Tiefsee, und enthält einige außerordentlich spektakuläre Aufnahmen. Darüber hinaus behandelt dieser Teil die Kommunikation mittels ultraviolettem und polarisiertem Licht.

Die meisten Taucher und Schnorchler sind fasziniert von der Farbenpracht der tropischen Korallenriffe. Viele Fische und andere Bewohner eines Riffs erscheinen uns extrem bunt und auffällig gefärbt. Dabei unterliegen wir jedoch einer Illusion: Was für uns Menschen extrem auffällige Farben sind, hat vor allem damit zu tun, dass sich das Farbsehen bei den Primaten (also auch bei uns) zu einem ganz bestimmten Zweck entwickelt hat, nämlich um reife Früchte besonders leicht entdecken und deren Reifegrad beurteilen zu können. Daher erscheinen uns Farben wie Gelb, Orange und Rot besonders auffallend.

Dies ist jedoch bei Fischen und anderen Unterwasserlebewesen nicht so. Da sich ihr Lebensraum so radikal von unserem unterscheidet, haben Fische eine völlig andere Farbwahrnehmung als wir.

Dies beginnt damit, daß Wasser die meisten Farben des Spektrums mit zunehmender Tiefe bzw. Entfernung sehr schnell absorbiert. Wie jeder Taucher bei seiner Ausbildung lernt, wird Rot als erstes weggefiltert, gefolgt von Orange, Gelb, Grün und Ultraviolett und ganz zuletzt (in der Tiefsee) Blau.

Die meisten Unterwasserlebewesen haben daher eine zum Blauen hin verschobene Farbwahrnehmung, mit der größten Empfindlichkeit für Blau sowie für Grün und ggfs. Ultraviolett, jedoch mit einer stark reduzierten oder fehlenden Empfindlichkeit für Rot sowie einer verringerten Empfindlichkeit für Orange und Gelb.

Viele Riffbewohner sind - für unsere Augen - auffallend gelb gefärbt (z.B. Falterfische). Für andere Fische und Riffbewohner mit ihrer reduzierten Empfindlichkeit für Gelb heben sie sich dadurch nicht vom Hintergrund des gelbbraunen Riffs ab. Was uns auffallend erscheint, ist also in Wahrheit eine Tarnfarbe! Zumindest wenn wir als "Wahrheit" die Regeln der Unterwasserwelt zugrundelegen, und nicht die unserer Luftwelt.

Die Lebensweise der Fische bestimmt auch ihre Färbung: Im freien Wasser lebende Fische sind meist blau gefärbt, so sind sie gut getarnt. Oft sind sie an der Bauchseite heller und auf dem Rücken dunkler gefärbt, so dass sie sich von unten gegen das Licht oder von oben herab nicht vom Hintergrund abheben.

Nebenbei bemerkt bestimmt auch die Art und Weise, mit welchen Flossen die Fortbewegung erfolgt, z.B. nur mit den Brustflossen wie bei den Papageienfischen, nur mit den Saumflossen, um leichter (auch senkrecht) bei der Futtersuche zwischen den Spalten der Korallen (auch rückwärts) navigieren zu können, oder nur mit der Schwanzflosse, wie z.B. bei Fischen im freien Wasser. Je schneller ein Fisch schwimmt, desto stärker ist außerdem die Schwanzflosse vom Körper durch einen dünnen "Stiel" abgesetzt. Dies erhöht die hydrodynamische Effektivität.

Die auffallenden Muster aus grellen Farben, oft Streifen und Punkte aus besonders kontrastreichen Komplementärfarben, dienen meist dem Zweck der Tarnung, da sie ab einer gewissen Entfernung dazu führen, daß die betreffenden Lebewesen optisch, durch Auflösung ihrer Körperumrisse, mit dem Hintergrund ihres jeweiligen Lebensraums verschmelzen. Über die Augen gehende dunkle oder farbige Streifen (siehe Bild rechts) verhindern, dass die dunklen Augen die Anwesenheit des Fisches verraten.

Manchmal dient diese auffällige Musterung jedoch auch der Warnung, z.B. bei giftigen Fischen ("Fressen auf eigene Gefahr!"), oder der Werbung, z.B. bei Putzerfischen und Putzergarnelen, die damit sagen wollen: "Ich biete Putzdienste an, bitte nicht fressen!". Andere Fische "lügen" mit ihrer Färbung, indem sie giftige Fische oder Putzerfische imitieren und sich dadurch einen Vorteil verschaffen. Es gibt also keine allgemeingültige Erklärung für die vielen auffälligen Muster und Farben, sondern je nach Lebensweise und Lebensraum des jeweiligen Lebewesens eine andere.

Menschliche Augen haben drei verschiedene Farbrezeptoren mit überlappenden Empfindlichkeitsbereichen mit jeweils einem Empfindlichkeitsmaximum bei Blau, Grün und Rot. Dazwischenliegende Farben werden durch gleichzeitige Aktivierung mehrerer Rezeptoren erkannt, Gelb also z.B. durch die gleichzeitige Aktivierung von Grün- und Rot-Rezeptoren. Je nach relativer Aktivierung werden dabei verschiedene Farbnuancen erkannt.

Der Oktopus beispielsweise hat - trotz seiner erstaunlichen und berühmten Tarnfähigkeit durch Farbwechsel - nur einen einzigen Farbrezeptor, mit einem Empfindlichkeitsmaximum für Violett. Er ist also in Wahrheit farbenblind. Jedoch kann er, im Unterschied zu uns Menschen, ultraviolettes und polarisiertes Licht wahrnehmen. Die meisten Raubfische haben nur zwei Farbrezeptoren, mit einem Empfindlichkeitsmaximum für Blau und Grün. Sie sehen weder Ultraviolett noch Rot. Ein Großteil der Riffbewohner hingegen hat drei Farbrezeptoren -wie wir Menschen- jedoch mit zum Blauen hin verschobenen Empfindlichkeitsmaxima, so dass sie vor allem im Bereich von Blau und Grün am besten sehen, aber auch Ultraviolett wahrnehmen können.

Den Vogel des gesamten Tierreiches schießen jedoch die Fangschreckenkrebse ("Mantis shrimp") ab: Sie besitzen nicht weniger als 12 verschiedene Farbrezeptoren, davon 4 alleine im ultravioletten Bereich; sie besitzen die Fähigkeit polarisiertes Licht zu sehen und eine unübertroffene Raumsicht dank ihrer auf Stielen sitzenden, jeweils dreigeteilten Augen.

Die unterschiedliche Farbwahrnehmung bei Raubfischen und anderen Riffbewohnern erlaubt es den letzteren durch ihre Färbung sowohl gegenüber Räubern (oder Beutetieren) getarnt zu sein, als auch Artgenossen gegenüber auffällig zu sein, z.B. um Geschlechtspartner anzulocken oder Nahrungskonkurrenten und Rivalen aus ihrem Revier zu vertreiben. Mit anderen Worten, dies erlaubt es ihnen, gleichzeitig zu flüstern und zu schreien. Ihre Färbung ist jedoch nicht immer gleich. Je nach Alter und Lebensraum verändert sich auch die Färbung der Fische. Und nicht nur diese, auch die Farbrezeptoren ihrer Augen passen sich an.

Wenn Fischlarven als Teil des Zooplanktons leben, sind ihre Augen vor allem für Ultraviolett empfindlich, weil dies bei der Suche nach ihrer Nahrung, dem Phytoplankton, hilfreich ist. Wenn sie älter werden und in die Kinderstuben wie beispielsweise in den Lebensraum zwischen Mangroven überwechseln, passen sich ihre Augen an das trübe grünliche Wasser an. Ebenso wie ihre Körperfärbung, um nicht aufzufallen.

Sind sie später erwachsen und kehren zu einem Riff zurück, passt sich ihr Sehvermögen und ihre Körperfärbung wiederum ihrer jeweiligen Lebensweise und ihrem jeweiligen Lebensraum und seinen vorherrschenden Farben an. Am Boden lebende Fische, die meist nach oben schauen, filtern das grelle Licht, während freischwimmende Fische, die meist nach unten schauen, wiederum andere Anpassungen vornehmen müssen, und in Höhlen oder an einer Riffwand lebende Fische wiederum andere, jeweils in einer Art und Weise, die ihre Sehfähigkeiten (und Tarnung) maximiert.

Diese Anpassungen hängen jedoch auch davon ab, ob die Augen vornehmlich dazu dienen, Raubfeinde zu entdecken, oder aber, um Beutetiere zu jagen. Rochen beispielsweise erfühlen ihre Beute im Sand mit Hilfe von Elektrosensoren, während ihre Augen ausschließlich zur Erkennung von möglichen Räubern dienen. Schollen und andere Flachfische dagegen verlassen sich sowohl Raub- als auch Beutefischen gegenüber auf ihre gute Tarnung, während ihre Augen vorwiegend zum Jagen dienen.



Steffen Beyers Spezial-Ausrüstung für Fluo-Tauchgänge


Manche Fische verbringen ihr gesamtes Leben, von der Larve bis zum Erwachsenenalter, am selben Ort. Hier verändert sich ihre Körperform und -färbung oft so extrem, dass man sie meist nicht als Fische derselben Art erkennen kann. Jungfische vermeiden auf diese Art, von Erwachsenen als Nahrungskonkurrenten angesehen zu werden.

Bestimmte Kaiserfische beispielsweise sind in ihrer Jugend schwarz gefärbt mit 4 gebogenen, mehr oder weniger senkrechten gelben Streifen und blauen Flossen. Diese blauen Flossen sind übrigens ein Zeichen ihres Berufs: In diesem Stadium bieten sie ihre Dienste als Putzer an. Manche Putzer arbeiten ihr Leben lang in diesem Beruf, andere wie dieser Kaiserfisch nur vorübergehend.

Spektroskopische Messungen haben übrigens ergeben, dass weltweit alle Arten von Putzerfischen und Putzergarnelen irgendwo am Körper exakt denselben blauen Farbton aufweisen. Er stellt also so etwas wie eine Uniform für alle Putzer dar: Das erinnert an den berühmten "Blaumann" (was für ein Zufall, dass Menschen und Putzer da etwas gemeinsam haben!). Man hat diesen Farbton deshalb "Putzerblau" getauft.

In einem Zwischenstadium verändert sich die Körperform des Kaiserfisches und die gelben Streifen verblassen, das Blau der Flossen verschwindet, während in der Körpermitte die typischen gelb gefärbten Schuppen der Erwachsenen erscheinen. Gleichzeitig ändert sich die Ernährungsweise radikal hin zu Algen, Schwämmen und kleinen Krebsen. Das Maul verändert sich entsprechend. Schließlich erwachsen, verschwinden die Streifen vollständig, während die gelben Schuppen zur vollen Ausprägung kommen.

Die Körperfärbung von Fischen verändert sich jedoch nicht nur langfristig, im Verlaufe des Lebens, sondern auch kurzfristig, je nach Situation. Fische können durch Steuerung der Farbpigmente in ihrer Haut willkürlich ihre Körperfärbung verändern - manchmal so stark, dass man meint, Fische verschiedener Arten vor sich zu haben. Je nachdem, ob sie beispielsweise ihr Territorium verteidigen, Geschlechtspartner umwerben, Rivalen abschrecken, sich für Raubfische unsichtbar machen oder Putzer zum Weitermachen animieren wollen, ziehen sie ein anderes Farbkleid an.

Manchmal kommunizieren Unterwasserlebewesen auch zwei verschiedene Dinge gleichzeitig; indem sie beispielsweise einem Rivalen die eine Körperseite mit ihrer Imponierfärbung zeigen, während sie dem umworbenen Geschlechtspartner die andere Körperseite mit der typischen Balzfärbung zuwenden. Und das alles, während dieselbe Färbung sie gleichzeitig für Räuber tarnt - beim Bienenwaben-Kofferfisch nehmen beispielsweise während der Paarung beide Geschlechter eine intensive blaue Färbung an, die sie während ihres Paarungsrituals im freien Wasser nahezu unsichtbar macht.

Nach dem hier Gesagten wird nun endlich auch klar, welchen Stellenwert die Unterwasser-Fluoreszenz hat: Sie ermöglicht den Unterwasserlebewesen eine größere Bandbreite von Ausdrucksmöglichkeiten in ihrer ureigensten Sprache, der Farbe. Die Fluoreszenz ermöglicht ihnen die Verwendung von Farben, die es aufgrund der Wasserabsorption sonst unter Wasser nicht geben würde. Die Tatsache, dass die Reichweite dieser Farben aufgrund der Absorption des Wassers nicht sehr groß ist, ist dabei wahrscheinlich sogar ein wichtiger Vorteil.

Aufgrund der unterschiedlichen Farbwahrnehmung verschiedener Unterwasserlebewesen bietet insbesondere die rote Fluoreszenz einen abgeschirmten Kommunikationskanal, der von Raubfischen nicht wahrgenommen werden kann. Wie übrigens auch das Ultraviolett, das von manchen Unterwasserlebewesen ebenfalls als abhörsicherer Kommunikationskanal genutzt wird.

Die Frage, die sich hier stellt, ist: Wieviel mehr gibt es da noch, das wir nicht sehen können?

Zur besseren Illustration hier einige der spektakulärsten Videos zum Thema Unterwasser-Fluoreszenz:


Video zum Thema:

 


Das Video des Autors ist das meistgesehene Fluoreszenz-Video im Internet nach einem Video der BBC mit Philippe Cousteau Jr. (Enkel von Tauchpionier Jacques-Yves Cousteau).

Besonders sehenswert sind auch das von Elisabeth Lauwerys (Oceans Below) und Ties Lahlali (UV Dive Koh Tao) produzierte Video Visions in Blue (Biofluorescent Night Diving HD Footage) und das Video Sola Nightsea Blue Fluorescent Video by Jeff Honda von Jeffrey Honda.





Autoreninfo - Kurzbiografie


Der Autor, Jahrgang 1964, verheiratet, zog schon mit ca. 6 Jahren das Tauchen dem Schwimmenlernen vor, da es viel leichter und angenehmer war (z.B. kein Wasserschlucken und keine Genickstarre). Die Bücher von Hans Hass und Jacques-Yves Cousteau in der Bibliothek seines Großvaters befeuerten seine Leidenschaft für das Meer und das Tauchen (und für die Delfine). Während seines Studiums der Informatik und Biologie (mit Schwerpunkt Ökologie und Verhaltenskunde) an der RWTH Aachen machte er 1988 seinen ersten Tauchschein, und 1989 seine ersten beiden Freigewässertauchgänge in Key West, Florida. Nach dem Studium war er viele Jahre als Software-Ingenieur sowohl in der Industrie als auch im Bereich der Freien Software tätig. Etliche Perl-Module (z.B. zur Datumsberechnung) stammen von ihm; außerdem war er als technischer Experte als Korrekturleser und Übersetzer einiger Perl-Bücher beteiligt. Seit 2004 arbeitet er als Patentprüfer im Bereich "Computerimplementierte Erfindungen" (vulgo "Software-Patente") am Europäischen Patentamt in Den Haag. Und seit 2009 taucht er wieder regelmäßig. Andere Hobbys sind Skifahren, Lesen, Programmieren, sein Heimnetzwerk administrieren (ermöglicht z.B. Fernsehen auf allen Rechnern, in jedem Raum), Volleyball, Segeln, Reisen, Sprachen (3 germanische, 3 romanische), Fotografieren, und mehr.

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