Erleuchten Sie in der postapokalyptischen Nacht die Erde mit Glühwürmchen, Pilzen und Bakterien!

Am Flussufer der französischen Stadt Sens stehen mit Bakterien gefüllte Röhren, die ein schwaches blaugrünes Licht ausstrahlen.

Das schwache grüne Licht am Flussufer｜Glowee

Im Gegensatz zu grellem Licht ist dieses blaugrüne Licht sehr weich. Ähnlich wie die Lumineszenz von Glühwürmchen benötigt es keinen Strom, sondern gibt Licht durch den natürlichen Stoffwechsel von Meeresbakterien ab und stellt somit eine Form der biologischen Beleuchtung dar.

Diese leuchtenden Röhren entlang des Flussufers sind die erste Biobeleuchtungsinstallation im Außenbereich des französischen Biobeleuchtungsunternehmens Glowee. Darüber hinaus hat Glowee diese Art von Licht auch im Beobachtungsbereich der Impfstoffe installiert, wo die Menschen im sanften blaugrünen Licht baden und ruhig warten können, bis die Zeit vergeht.

Glowee ist ein französisches Startup, das biolumineszierende Beleuchtungsgeräte herstellt und die Art und Weise verändern möchte, wie Städte Licht nutzen. Darüber hinaus besteht eine Kooperation mit einigen französischen Städten zur Förderung dieser blau fluoreszierenden Biolumineszenzlichter. Glowee

Im Glowee-Labor sind diese biolumineszierenden Installationen noch traumhafter. Verschiedene mit Meeresbakterien gefüllte Behälter strahlen im Labor eine blaugrüne Fluoreszenz aus und vermitteln den Menschen so die Illusion, sie würden die Matrix betreten.

Die Matrix im Labor｜Glowee

Unter Leuchtstoffröhren stehen ein paar Stühle, die als Blumen, Pflanzen und Bäume verkleidet sind. Die Forscher im Labor nutzen dies als Ort zum Entspannen, um im leichten natürlichen Licht zu baden und gemeinsam eine schöne Zeit zu verbringen.

Ist dieses Licht zum Schlafen während der Arbeitszeit gedacht?｜Glowee

Es wird kein Strom benötigt, Nährstoffe und Sauerstoff sind ausreichend vorhanden

Der Protagonist der Glowee-Biolumineszenz-Installation ist Vibrio fischeri, ein biolumineszierendes Meeresbakterium.

Glowee sammelte Vibrio fischeri an der französischen Küste, lagerte sie in mit Salzwasser gefüllten Reagenzgläsern und überführte sie dann zur Kultivierung in „aquariumähnliche“ Behälter.

Im Labor gezüchteter Vibrio fischeri | Glowee

Solange Nährstoffe und Luft in den Behälter eingespeist werden, können die Meeresbakterien unter aeroben Bedingungen relevante biochemische Reaktionen durchführen und Licht emittieren. Wenn Sie „das Licht ausschalten“ möchten, können Sie auch die Luft abschalten und die Bakterien in den anaeroben Zustand übergehen lassen.

Warum leuchtet Vibrio fischeri? Denn dieses Bakterium enthält Luciferase. Luciferase kann an den chemischen Reaktionen von Energiesubstanzen im Körper teilnehmen, chemische Energie in Lichtenergie umwandeln und schließlich blaue Fluoreszenz mit einer Wellenlänge von etwa 490 nm freisetzen.

Dieses Meeresbakterium stammt von einer ganz besonderen Tiefseeart – dem „leuchtenden Tintenfisch“. Der Hawaii-Stubtail-Kalmar ist ein nachtaktives Meerestier, das nachts auf Nahrungssuche geht. Vibrio fischeri kann mit dem Mond koexistieren, indem es in Abstimmung mit der Helligkeit des Mondlichts Licht aussendet, das Meeresgebiet unter dem Stummelschwanzkalmar erhellt und ihn „unsichtbar“ macht, um Angriffen von Raubtieren zu entgehen.

Welche Organismen können leuchten? Blaues grünes rotes Licht

Lebewesen in der Natur können mehr als nur blaues Licht ausstrahlen. Die in Organismen enthaltenen fluoreszierenden Moleküle haben unterschiedliche Strukturen und strahlen verschiedene Farben aus.

Die meisten leuchtenden Meeresorganismen strahlen blaugrünes Licht aus, das aufgrund seiner kürzeren Wellenlänge im Ozean größere Entfernungen zurücklegen kann. Wenn beispielsweise das Meerwasser um Dinoflagellaten herum aufgewirbelt wird, strahlen die scheuen Dinoflagellaten aufgrund der Stimulation blaues Licht aus. Wird jedoch eine große Gruppe Dinoflagellaten gestört, erscheinen auf der Meeresoberfläche große Bereiche aus funkelndem blauem Licht, die einen herrlichen fluoreszierenden Strand bilden.

Fluoreszierender Strand: Dinoflagellaten strahlen blaues Licht aus, wenn sie durch Wellen, Schiffe usw. gestört werden. | Eleanor Hamilton

Einige Pilze leuchten grün, wie beispielsweise der Leuchtpilz Roridomyces phyllostachydis, der erstmals von chinesischen und indischen Wissenschaftlern bei einer gemeinsamen Untersuchung entdeckt wurde. Sie wächst in Meghalaya im Nordosten Indiens. Nur die Stängel leuchten und es wächst nur auf totem Bambus. Das Leuchten soll möglicherweise Insekten anlocken, um die Sporen zu verteilen oder um zu verhindern, dass sie von Tieren gefressen werden. Die Einheimischen essen diesen Pilz nicht, aber sie sammeln toten Bambus mit Pilzen, um ihn als natürliche „Fackeln“ zu verwenden.

Pilze, die nur am Stiel leuchten | Referenz [7]

Manche Lebewesen leuchten sogar noch auffälliger, wie etwa das Springschwanzkaninchen (Pedetes capensis), ein nachtaktives Tier, dessen Fell unter ultraviolettem Licht hellrosa fluoresziert. Die Wissenschaftler sind sich nicht ganz sicher, warum es eine so leuchtend rote Farbe ausstrahlt. Es kann verwendet werden, um Raubtiere, die empfindlich auf ultraviolette Strahlen reagieren, zu verwirren und so ihr Leben zu retten.

Möglicherweise können Sie dieses Rot mit bloßem Auge nicht sehen, schließlich sind Ihre Augen nicht mit ultraviolettem Licht ausgestattet. | Referenz [2]

Könnte Biolumineszenz unsere Städte wirklich erleuchten?

Obwohl sich biologische Beleuchtung an der Natur orientiert und viele Vorteile bietet, wie Umweltschutz, Energieeinsparung und Erneuerbarkeit, ist sie als Beleuchtungsmethode immer noch mit erheblichen Herausforderungen konfrontiert.

Der größte Nachteil besteht darin, dass die biologische Beleuchtung nicht hell genug ist und die Beleuchtungsdauer zudem sehr kurz ist.

Die aktuelle Biogerätebeleuchtung von Glowee kann nur 15 Lumen pro Quadratmeter erreichen, die öffentliche Beleuchtung in Parks erfordert mindestens 25 Lumen pro Quadratmeter und LED-Leuchten für den Haushalt können etwa 111 Lumen pro Quadratmeter erzeugen. Und im Gegensatz zu konstanter elektrischer Beleuchtung haben Bakterien einen Lebenszyklus und biologische Beleuchtungsgeräte halten nur wenige Tage bis Wochen.

Eine physikalische Einheit zur Beschreibung des Lichtstroms. Je größer das Lumen, desto heller das Licht. In Glowees visueller Effektkarte ist die Stadt nicht sehr hell. | Glowee

Zweitens erfordert das Bakterienwachstum eine sorgfältige Kultivierung, ausreichende Ernährung, eine saubere Lebensumgebung und eine geeignete Temperatur. Diese Vorgänge erfordern eine regelmäßige Wartung durch Fachpersonal, was einen hohen Personal-, Material- und Finanzaufwand erfordert.

Bei eisigen Wintern kann das Bakterienwachstum völlig zum Erliegen kommen und die biologische Beleuchtung wird lahmgelegt. Wird die Temperatur jedoch erhöht, um die normalen Lebensaktivitäten der Bakterien aufrechtzuerhalten, wird eine große Menge an Energie verbraucht, deren Kosten sich nicht lohnen.

Daher kann biologische Beleuchtung derzeit die elektrische Beleuchtung nicht ersetzen und kann bestenfalls als Hilfsmittel dienen.

Wie wäre es mit der Genbearbeitung?

Da die Bakterienkultur vielen Einschränkungen unterliegt, entscheiden sich manche Forscher dafür, die leuchtende Substanz Luciferase der Bakterien direkt zu extrahieren und sie von selbst leuchten zu lassen.

Das Nyoka Design Laboratory in Kanada hat ein biologisches Beleuchtungsgerät entwickelt – einen abbaubaren Leuchtstoffstab, der keine Bakterien verwendet, sondern direkt extrahierte Leuchtproteine ​​nutzt, die leichter zu erhalten sind als lebende Bakterien.

Die von Nyokas Labor entwickelten Fluoreszenzstäbe verwenden fluoreszierende Proteine. Herkömmliche Leuchtstäbe verwenden Peroxide, Esterverbindungen und fluoreszierende Farbstoffe. Nach dem Schütteln oder Biegen reagieren die Peroxide und Esterverbindungen und übertragen die Energie aus der Reaktion auf den Fluoreszenzfarbstoff, der schließlich Fluoreszenz emittiert. | Nyoka

Biologisch abbaubare Leuchtstäbe können jedoch nur für Zwecke wie Musikfestivals verwendet werden und werden nach Gebrauch weggeworfen. Sie können die Beleuchtungsanlage nicht ersetzen. Gibt es eine nachhaltigere Methode?

Einige Wissenschaftler haben ihre Aufmerksamkeit auf die Technologie der Genom-Editierung gerichtet.

Vor dreißig Jahren verwendete der Wissenschaftler Keith Wood Gene von Glühwürmchen, um die erste biolumineszierende Pflanze zu züchten. Er glaubt, dass diese Technologie künstliche Beleuchtung wie LED bis zu einem gewissen Grad ersetzen kann.

Im Jahr 2012 entdeckte Woods Team, dass sich durch Veränderung der genetischen Struktur einer Luciferase in Tiefseegarnelen (Opplophorus gracilirostris) deren Helligkeit um das 2,5-Millionenfache steigern ließ und dass das resultierende Enzym 150-mal heller war als die in Glühwürmchen gefundene Luciferase.

Transgene Tabakpflanze B21 mit dem Glühwürmchen-Luciferase-Gen | Keith Wood

Im April 2020 erfand ein Team aus Russland eine Methode zur Aufrechterhaltung der Biolumineszenz. Sie transplantierten die biolumineszierenden Gene von Pilzen in Pflanzen. Besonders gut war die Wirkung von Pilzen plus Pflanzen. Das von den Pflanzen ausgestrahlte Licht war zehnmal heller als zuvor und hielt länger an.

Keith Wood gründete außerdem Light Bio, ein Unternehmen, das sich auf die Herstellung von leuchtenden Zimmerpflanzen konzentriert｜light-bio.com

Bis aus diesen Pflanzen Straßenlaternen werden, kann es allerdings noch einige Zeit dauern. Designer aus Athen gehen davon aus, dass, wenn jede Leuchtpflanze etwa 57 Lumen Licht ausstrahlen kann, alle 30 Meter auf beiden Seiten der Straße 40 Pflanzen gepflanzt werden müssen, um den Beleuchtungsbedarf zu decken.

Natürlich ist es auch möglich, dass biologische Beleuchtungsgeräte das elektrische Licht gar nicht ersetzen müssen, sondern als natürliches Leuchten zwischen Ihnen und mir fließen.

Stellen Sie sich vor, dass bei Einbruch der Dunkelheit die grellen und grellen LED-Lichter ausgehen und der Platz in einem schwachen grünen oder blauen Licht erstrahlt. Die angespannte Sicht und der Geist der Menschen entspannen sich, und selbst wenn sie in der Stadt noch nie Glühwürmchen gesehen haben, können sie die Verbindung zur Natur wieder spüren.

Dies könnte der Effekt der Biolumineszenz sein: eine angenehme Beziehung zwischen Mensch und Natur.

Das biolumineszierende Gerät von Glowee sagt: „Scrute la nature, c'est là qu'est ton futur.“ Übersetzt handelt es sich um ein berühmtes Zitat von Leonardo da Vinci: „Erforsche die Natur, denn dort liegt deine Zukunft.“｜Glowee

Verweise

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[6] DUTTA, AK, PALOI, S., HU, Y., BAURAH, G., AXFORD, S., MARCINIAK, C., ... & LUMYONG, S. (2020). Roridomyces phyllostachydis (Agaricales, Mycenaceae), ein neuer biolumineszierender Pilz aus Nordostindien. Phytotaxa, 459(2), 155-167.

[7] Die französische Stadt, in der die Beleuchtung lebendig isthttps://www.bbc.com/future/article/20220407-the-living-lights-that-could-reduce-energy-use

[8] Mitiouchkina T, Mishin AS, Somermeyer LG, Markina NM, Chepurnyh TV, Guglya EB, Karataeva TA, Palkina KA, Shakhova ES, Fakhranurova LI, Chekova SV, Tsarkova AS, Golubev YV, Negrebetsky VV, Dolgushin SA, Shalaev PV, Shlykov D, Melnik OA, Shipunova VO, Deyev SM, Bubyrev AI, Pushin AS, Choob VV, Dolgov SV, Kondrashov FA, Yampolsky IV, Sarkisyan KS. Pflanzen mit genetisch kodierter Autolumineszenz. Nat Biotechnol. 2020 Aug;38(8):944-946. doi: 10.1038/s41587-020-0500-9. Epub 2020 Apr 27. Erratum in: Nat Biotechnol. 4. Juni 2020: PMID: 32341562; PMCID: PMC7610436.

Autor: Yaxie

Herausgeber: Xiao Towel, du Shiyou

Eine KI

Wenn ich außerdem einige Meeresbakterien züchte, werde ich zu einer leuchtenden KI!

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