Mit Bioluminiszenz wollen Forscher*innen dafür sorgen, dass Bäume in Zukunft nachts unsere Straßen, Gehwege und Plätze beleuchten.
Energiesparen durch leuchtende Bäume
Die elektrische Energie, die Kommunen für ihre Beleuchtung aufwenden, macht ein Fünftel des weltweiten Stromkonsums aus. Der Energieverbrauch würde deutlich zurückgehen, wenn Bäume selbst die Beleuchtung übernehmen würden.
„Theoretisch möglich, ja – praktisch auch. In den letzten Jahrzehnten haben einige Forscherteams das Thema angegangen: Können wir Pflanzen zum Leuchten bringen? Und das ist tatsächlich möglich.”
Leuchtkraft von Tieren auf Pflanzen übertragen
In Deutschland forschen Biologen im Rahmen des Projektes OptoPlant an der Hochschule Bonn Rhein-Sieg gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen der Uni Bonn an den natürlichen Leuchtstoffen. Dabei geht es in erster Linie um Bioluminiszenz – so nennt man das Phänomen, wenn Tiere von sich aus leuchten: Zum Beispiel Fische in der Tiefsee oder Glühwürmchen.
Da es keine einzige Pflanzenart gibt, die leuchtet, wird nun versucht, die natürliche Leuchtkraft von selbstleuchtenden Tieren auf eine Pflanze zu übertragen.
Brunnenkresse leuchtet durch Glühwürmchenenzyme
Das haben Bioniker in den USA bereits vor einigen Jahren erstmals versucht. Am Massachusetts Institute of Technology haben sie 2017 Brunnenkresse mit den Enzymen injiziert, die auch Glühwürmchen zum Leuchten bringen und das in der Fachzeitschrift Nanoletters veröffentlicht.
„Allerdings war das eher so ein Glimmern. Das ist schwachleuchtend. Man sieht, dass es leuchtet, aber es spendet einem kein Licht.
Bäume sollen auf Knopfdruck leuchten
Kein Ersatz für nächtliche Straßenlaternen also. Statt eines permanenten, schwachen Glimmerns bräuchte man Bäume, die auf Knopfdruck leuchten – und dann auch richtig.
„ In unserem Projekt OptoPlant erforschen wir auch die Steuerung, dass die Pflanze nicht immer leuchtet. So eine Art An-Aus-Schalter. Tagüber aus, Nachts an.
An-Aus-Schalter für Pflanzen in der Entwicklung
Das Forschungsprojekt heißt OptoPlant – aus dem griechischen Opto für Auge und dem englischen Plant für Pflanze. Das Ziel ist schließlich eine sehende Pflanze, die weiß, wann es dunkel wird und wann sie zu leuchten hat. Diese Fähigkeit verleihen ihr die Gene der Glühwürmchen.
"Ein Gen ist ja eine Bedienungsanleitung. Und diese Glühwürmchen-Gene schneiden wir heraus, bringen sie in einen anderen Organismus und schauen, ob das funktioniert.“
Mit Hilfe dieser „importierten Bedienungsanleitung“ baut die Zelle dann zwei Enzyme: Luciferin und Luciferase. Beide arbeiten zusammen. Das eine ist der Leuchtstoff, das andere aktiviert ihn. Diese fluoriszierenden Proteine fungieren als An-Aus-Schalter.
Mit Bakterien funktioniert es bereits
An Bakterien haben die Forscher*innen den "biologischen Lichtschalter" zusammen mit einem fluoreszierenden Protein getestet. Mit dem Effekt, dass das Protein erst dann aktiv wurde und leuchtete, wenn es dunkel wird. Dadurch haben dann auch die Bakterien selbst geleuchtet.
"Wenn wir das in Pflanzen einbauen können, zusammen mit einem Leuchtstoff, der wirklich stark ist, dann hätten wir eine leuchtende Pflanze.“
Könnten sich leuchtende Organismen unkontrolliert ausbreiten?
Allerdings gibt es auch Bedenken. Zum Beispiel, was mit den Organismen passiert, die in diesen Bäumen leben – werden die dann auch leuchten? Und was passiert, wenn diese Pflanzen sich vermehren? Müssten diese Pflanzen dann steril sein, damit es sich nicht unkontrolliert ausbreitet und dann auf einmal alles leuchtet?
Forschung ist schon weit vorangeschritten
Solche Fragen dürften anstehen, wenn die Forschungsergebnisse tatsächlich so umgesetzt werden können, dass Pflanzen als biologische Lichtquellen dienen. Biologe Robin Axt setzt darauf, dass das nicht mehr so lange dauert:
“Es wird bald möglich sein, so eine stark leuchtende Pflanze zu erstellen. Weil wenn man rückblickend schaut: Vor fünf Jahren gab es schon leuchtende Pflanzen, die halbwegs funktioniert haben, aber die nicht wirklich hell waren. Mittlerweile gibt es leuchtende Pflanzen, die hell sind aber nicht lange leuchten. Und jetzt, wo die Technologie sich noch weiter verbreitet, wird es sicherlich bald möglich sein.“