„Den Fluss ertasten“, er ist der erste Mensch in China, der Glühwürmchen erforscht und schützt

Die Szene der Glühwürmchenjagd in Sommernächten ist für viele Menschen eine Kindheitserinnerung. Wie Glühwürmchen, die den Nachthimmel wie Elfen erleuchten, leuchten und wie sich das Leuchten steuern lässt, war in der Wissenschaftsgemeinde jedoch schon immer ein ungelöstes Rätsel.

Am 6. März enthüllte ein in Nature Communications veröffentlichter Artikel das Geheimnis der Lumineszenz von Glühwürmchen. Der Erstautor des Artikels ist Fu Xinhua, Professor am College of Plant Science and Technology der Huazhong Agricultural University. Er ist der erste Doktorand in China, der sich mit der Glühwürmchenforschung beschäftigt. Er entdeckte und benannte viele Glühwürmchenarten, darunter Firefly reuteri, Firefly Wuhan und Firefly Dome.

Fu Xinhua war vom starken Rückgang der Glühwürmchenpopulation betroffen und widmete sich aktiv dem Schutz der Glühwürmchen. Durch Vorträge, das Schreiben von Büchern, Fotografie und andere Formen vermittelte er der Öffentlichkeit das Konzept der wissenschaftlichen Glühwürmchenbeobachtung und des Schutzes von Glühwürmchenlebensräumen. Er gründete außerdem die Umweltschutzorganisation für Glühwürmchen „Hubei Firefly Research Center“ und gilt als der erste Mensch in China, der Glühwürmchen erforscht und schützt.

Werde ein Glühwürmchenjäger

Fu Xinhua war seit seiner Kindheit voller Neugier auf Glühwürmchen. Er gab zu, dass seine Neugier zur Hälfte auf seine kindliche Natur und zur anderen Hälfte auf die völlig unterschiedlichen Aussagen seiner Eltern über die Herkunft der Glühwürmchen zurückzuführen sei. Wie sind Glühwürmchen entstanden? Wegen der Anspielung auf „verrottetes Gras, das sich in Glühwürmchen verwandelt“, meinte sein Vater beiläufig: „Es verwandelt sich in Kuhdung.“ Seine Mutter aber sagte: „Glühwürmchen sind die Seelen der Toten, die Laternen halten und in der Welt der Sterblichen nach ihren Lieben suchen und ihnen Glück und Gesundheit wünschen.“ Die Bemerkung seiner Mutter ließ Fu Xinhuas Ehrfurcht vor Glühwürmchen noch größer werden.

Nach Sonnenuntergang leuchten und tanzen Glühwürmchen in der Nähe eines Baches (Foto von Fu Xinhua)

Fu Xinhua wurde in Qingdao geboren und wuchs in einem Marinestützpunkt auf. Im Jahr 2000 schloss er sein Studium an der Shandong Agricultural University mit einem Bachelor in Botanik ab und wurde zum Graduiertenprogramm in Entomologie an der Huazhong Agricultural University zugelassen. In einer schwülen Sommernacht entdeckte er im Unkraut am Straßenrand einen Lichtfleck, der seine kindliche Neugier auf leuchtende Elfen wieder aufleben ließ. Dies ist eine Glühwürmchenlarve. Die riesige kugelförmige Lichtorgel und das lange blinkende Licht versetzten Fu Xinhua in Erstaunen. Von da an geriet er in die „Falle“ der Glühwürmchenforschung.

Warum leuchten Glühwürmchen? Was nützt das Leuchten? Eine Frage nach der anderen ging Fu Xinhua durch den Kopf. Er bat seinen Vorgesetzten um die Erlaubnis, Glühwürmchen zu untersuchen, doch zu dieser Zeit gab es in China keine entsprechende Forschung und kaum Literatur dazu. Fu Xinhua war mit einem Gefühl der Verwirrung und des Unbekannten konfrontiert. Die Leute um ihn herum waren verwirrt. Viele Lehrer und Klassenkameraden sagten ihm: „Das Studium der Glühwürmchen hat keine Zukunft. Du wirst keine Gelder für die wissenschaftliche Forschung beantragen können …“ Sogar sein Vater fragte ihn besorgt: „Was bringt es, Glühwürmchen zu studieren?“ Fu Xinhua ignorierte sie und stürzte sich in seine Interessen.

Den Herausforderungen begegnen

Fu Xinhua rannte über das Gras am See und schlängelte sich durch die Büsche, während er den leuchtenden Insekten hinterherjagte. Die von ihm gesammelten Glühwürmchen wurden ins Labor zurückgebracht und wurden zu seinen Schätzen.

„Um Glühwürmchen zu studieren, ist es am besten, die Insekten zunächst gut aufzuziehen.“ Nach mehr als zehn Jahren harter Arbeit hat Fu Xinhua ein hocheffizientes „Technologiesystem für die Zucht von Glühwürmchen in Wasserfabriken“ und ein „Technologiesystem für die gestaffelte Zucht von Glühwürmchen“ entwickelt. Damit wurde nicht nur die Grundlage für seine späteren wissenschaftlichen Forschungen gelegt, sondern auch die schwierigen Probleme des Glühwürmchenschutzes und der Landschaftsrestaurierung gelöst.

Neben der wissenschaftlichen Forschung interessiert sich Fu Xinhua leidenschaftlich für populärwissenschaftliche Themen und hat mehr als zehn populärwissenschaftliche Bücher geschrieben. Seine Arbeit wurde von allen anerkannt, aber Fu Xinhua war der Meinung, dass dies nicht ausreichte. Der Entwicklungsmechanismus des Leuchtorgans des erwachsenen Glühwürmchens und der Mechanismus zur Blitzsteuerung sind die beiden grundlegendsten und schwierigsten Probleme der Glühwürmchenforschung. Er ist entschlossen, diese beiden „Kronjuwelen“ zu pflücken.

Fu Xinhua führt nachts Feldforschung durch

„Vielleicht können wir durch die Durchführung von Forschungen auf genetischer Ebene hoffen, wissenschaftliche Probleme grundlegend zu lösen.“ Mit der Entwicklung der Biotechnologie versuchte Fu Xinhua im Jahr 2015, das gesamte Genom von Glühwürmchen zu sequenzieren. Im Jahr 2017 wurde das umfassend sequenzierte und zusammengesetzte Genom des Glühwürmchens veröffentlicht. Fu Xinhua war jedoch darüber verblüfft, dass in Vergleichsstudien keine neuen Gene gefunden wurden, die in direktem Zusammenhang mit der Entwicklung und der Blitzsteuerung der Leuchtorgane erwachsener Glühwürmchen stehen. Die Forschung geriet in Schwierigkeiten.

Um die Sache noch schlimmer zu machen, verlor Fu Xinhua bei einer Felduntersuchung beinahe sein Leben. Während er die Eigenschaften des Glühwürmchen-Lebensraums im dichten Wald untersuchte, rutschte er aus und fiel in einen tiefen Teich. Unter extremem Sauerstoffmangel kämpfte er sich an die Oberfläche, um Hilfe zu rufen, und wurde glücklicherweise gerettet.

Glühwürmchen beobachten

Der Wendepunkt kam 2018. „Ist es möglich, dass ein gemeinsames Gen die Fähigkeit zum Leuchten hervorgebracht hat? Können wir das Ziel schneller erreichen, wenn wir mit Genen beginnen, die mit der Bauchentwicklung zusammenhängen?“ Fu Xinhua hatte plötzlich diese Idee.

Nach der Sequenzierung des Transkriptoms der frühen, mittleren und späten Stadien sowie der adulten Tiere des Wasser-Glühwürmchens Firefly reuteri konnte Fu Xinhua den Transkriptionsfaktor Homeobox identifizieren. Dabei handelt es sich um eine Art entwicklungsregulierendes Gen, das die Entwicklung der Körperform von Tieren steuert und fast hundert Gene enthält. Anschließend führte er mit seinem Team nacheinander Interferenzexperimente an diesen Genen durch. Experimente haben ergeben, dass zwei wichtige Transkriptionsfaktoren, „AlAbd-B“ und „AlUnc-4“, miteinander interagieren, um die Expression von Luciferase, einem lumineszierenden Protein, zu aktivieren und zu regulieren. Das Ausschalten eines dieser Transkriptionsfaktoren führt dazu, dass das Glühwürmchen aufhört zu leuchten oder sogar dunkel wird.

Gleichzeitig fand Fu Xinhua auch die Wirkungsmechanismen dieser beiden Transkriptionsfaktoren heraus. Aus zellulärer Sicht leuchten Glühwürmchen aufgrund der Wirkung von Luciferase im Peroxisom, einem Organell. Luciferase wird häufig in großen Mengen im Zytoplasma exprimiert. Damit Luciferase in das Peroxisom gelangen kann, ist sie untrennbar vom Transmembrantransporterprotein des Peroxisoms verbunden. „Diese beiden Transkriptionsfaktoren regulieren auch die Transmembrantransporter von Peroxisomen und transportieren dadurch Luciferase im Zytoplasma in Peroxisomen“, führte Fu Xinhua ein.

Die von Glühwürmchen gebildete „Milchstraße“ fließt über dem Gras (Foto von Fu Xinhua)

Grundlagenforschung zu betreiben ist wie auf einer „kalten Bank“ zu sitzen. Während seiner 24-jährigen Forschung über Glühwürmchen hat Fu Xinhua eine „Bank“ gebaut und diese dann erhitzt. Glühwürmchen gelten oft als wertlose wissenschaftliche Forschung, doch Fu Xinhua sieht das anders: „Tatsächlich steckt in der Glühwürmchenforschung großes Potenzial. Ausländische Wissenschaftler haben anhand der Eigenschaften von Glühwürmchen-Lichtquellen bionische Forschung betrieben, um die Lichtausbeute von LEDs weiter zu verbessern. Glühwürmchen werden auch in der Medizin, im Bergbau, in der Navigation und anderen Bereichen eingesetzt und finden Anwendung in zukunftsweisenden Bereichen wie der Weltraumforschung und der Krebsbehandlung.“

Selbst wenn er wirklich nichts bekommt, wird Fu Xinhua nicht die Motivation verlieren, weiterzumachen. Damals fühlte er sich hilflos und schrieb einen Brief an die weltweite Autorität auf dem Gebiet der Glühwürmchen, den japanischen Gelehrten Nobuyoshi Ohba, in dem er seine Verwirrung schilderte. Unerwartet kam der alte Mann persönlich nach China, suchte Fu Xinhua auf und erzählte ihm, dass kein Wissenschaftler, der sich mit Grundlagenforschung beschäftige, vom Wert seiner Forschung überzeugt sei. Viele Wissenschaftler verbringen ihr ganzes Leben, ohne etwas zu erreichen, doch die gesamte menschliche Zivilisation und alle Errungenschaften gehen auf jene zurück, die mutig die unbekannte Welt erforschen. „Ich glaube, ich werde in meinem Leben nie in der Lage sein, die Geheimnisse der Glühwürmchen vollständig zu ergründen. Der nächste Schritt besteht darin, das zweite ‚Juwel‘ zu finden – die Enthüllung des Mechanismus der Glühwürmchen-Blitzsteuerung.“ Fu Xinhua hat für die Zukunft sein eigenes Tempo.