Naturtalent: Warum das Glühwürmchen innovativer als jede Lampe ist

Ein romantisches Date brauche ich selbst dafür gar nicht, denn ganz egal, mit wem ich in einer Sommernacht draußen sitze und Schwärme von Glühwürmchen in der dunkelsten Ecke funkeln sehe: Diese haben es auf jeden Fall gerade romantisch. Von Mitte Juni bis Ende Juli tanzen sie um mich herum, um ihre potenziellen Partner:innen zu beeindrucken, und leuchten dabei, was das Zeug hält. Das Faszinierende dabei: Sie schaffen das energieeffizienter als jede Lichtquelle, die der Mensch je konstruiert hat. Denn während Glühwürmchen etwa 98 Prozent der eingesetzten chemischen Gesamtenergie in Lichtenergie umwandeln, liegt der Wirkungsgrad bei modernen LED-Leuchten (Leuchtdioden) bei gerade einmal 50 Prozent. Bei klassischen Glühbirnen sind es überhaupt nur fünf Prozent, der Rest verpufft als Wärme.

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Was die Glühwürmchen im Garten den LEDs in meinem Wohnzimmer voraushaben, ist, dass sie durch die sogenannte Biolumineszenz leuchten. Dabei reagiert der Leuchtstoff Luciferin, der sich in speziellen Leuchtzellen auf der Unterseite des Hinterleibs befindet, mit Sauerstoff. Angetrieben und beschleunigt wird das Ganze durch das Enzym Luciferase. Bei dieser Reaktion entsteht ein instabiles Zwischenprodukt (Oxyluciferin), das extrem energiegeladen ist. Fällt es in seinen stabilen Grundzustand zurück, gibt es die überschüssige Energie in Form von grüngelbem Licht ab – und zwar fast zur Gänze. Salzkristalle hinter den Leuchtzellen reflektieren und lenken das Licht zusätzlich.

Lampyris_noctiluca — Salzkristalle hinter den Leuchtzellen reflektieren und lenken das Licht zusätzlich – wie hier beim Großen Leuchtkäfer.

Wie Knickstäbchen

Vergleichbar ist das ein wenig mit Knickstäbchen, die erst dann leuchten, wenn die beiden ursprünglich getrennten Chemikalien, die sich in den Stäbchen befinden, nach dem Knicken zusammenfließen und reagieren. Das Prinzip der LED ist komplett anders: Ihr Leuchten basiert auf der Elektrolumineszenz, einem physikalischen Phänomen, bei dem Strom durch die Bewegung von Elektronen (Bestandteile der Atome) direkt in Licht umgewandelt wird. Und dass die klassische Glühbirne die Verliererin in Sachen Energieeffizienz ist, erklärt sich durch ihren Namen fast von selbst: Sie kann erst dann einen Raum erhellen, wenn Strom ihren Draht so stark erhitzt hat, dass dieser glüht. Der Draht ist aus dünnem Wolfram, einem Material, das großen elektrischen Widerstand bietet und daher auch stark glüht. Der Effekt dahinter heißt – passenderweise – Temperaturstrahlung.

Doch zurück zu den Glühwürmchen, die ich nicht ein- oder ausschalten kann: Warum leuchten diese nicht ständig, sondern blinken bei ihrer Suche nach Partner:innen diesen sogar zu? Die Antwort ist einfach und beeindruckend zugleich: Sie können die Sauerstoffzufuhr zu den Leuchtzellen steuern. Unterbrechen sie diese durch eine chemische Reaktion, erlischt das Licht sofort.

Käfer wie Würmer

Wenn ich ein Glühwürmchen im Garten hell blinken und auch fliegen sehe, weiß ich jedenfalls mit Sicherheit, dass es sich um ein Männchen des Kleinen Leuchtkäfers (Lamprohiza splendidula) handelt. Denn von den drei Arten, die in Österreich vorkommen, leuchten nur beim Kleinen Leuchtkäfer auch die Männchen stark. Beim Großen Leuchtkäfer (Lampyris noctiluca) und dem Kurzflügel-Leuchtkäfer (Phosphaenus hemipterus) tun das ausschließlich die Weibchen; diese sind wiederum – wie die Weibchen aller mitteleuropäischen Leuchtkäferarten – flugunfähig. Und wie die Bezeichnungen dieser drei Arten schon vermuten lassen: Glühwürmchen sind in Wahrheit Käfer. Allein die Form der Weibchen und Larven erinnert an Würmer.

Lamprohiza_splendidula01 — Siehst du ein hell leuchtendes und fliegendes Glühwürmchen in Österreich, kann das nur ein Männchen des Kleinen Leuchtkäfers sein.

Haben sich zwei Glühwürmchen gefunden und gepaart, schalten sie ihr Licht für immer aus. Danach legt das Weibchen die Eier in den Boden ab – und stirbt. Auch das Männchen stirbt kurz nach der Paarung. Die anstrengende Partner:innensuche hat beide offenbar so sehr erschöpft, dass sie keine Energie mehr haben. Noch dazu fressen sie als erwachsene Tiere nichts mehr.

Giftige Räuber:innen

Ganz im Gegensatz zu den Larven: In diesem Stadium scheinen sich die Kleinen und Großen Leuchtkäfer auf das Erwachsenenleben ohne Futter vorzubereiten, indem sie große Mengen an Nackt- und Gehäuseschnecken vertilgen. Sie spüren die Beute über deren Schleimspur auf, lähmen sie mit einem Giftbiss und verzehren sie. Während ihrer mehrjährigen Entwicklungszeit fressen sie ein Vielfaches ihres Körpergewichts. Die Larven des Kurzflügel-Leuchtkäfers ernähren sich vor allem von Regenwürmern.

Mit dem Ende der funkelnden Hochzeitstänze in der Nacht in meinem Garten sterben also auch die Glühwürmchen, die sie vollführen. Und nicht einmal, ob ich sie nächstes Jahr wiedersehen werde, ist mittlerweile sicher: Glühwürmchen sind stark gefährdet. Ihre Bestände gehen seit Jahren weltweit zurück. Die Hauptgründe sind Lichtverschmutzung – also künstliches Licht in der Nacht, durch das sie die Orientierung verlieren – und der Verlust der Lebensräume. Unter diesem Blickwinkel wirkt es fast schon heroisch, dass die Glühwürmchen all ihre Energie investieren, um zu leuchten und Nachkommen zu hinterlassen, bevor sie sterben.

Wer zufällig Glühwürmchen entdeckt, kann den Fundort an „Die Umweltberatung“, eine Einrichtung der Wiener Volkshochschulen, hier melden. Der Fundort wird im Lauf des Jahres in die Glühwürmchen-Blinkkarte im Raum Wien beziehungsweise in die Liste der Glühwürmchen-Fundorte in Österreich eingetragen und auf der Website veröffentlicht. Die Glühwürmchen-Fundorte werden auch in die Umweltgut-Karten der Stadt Wien übertragen.

Die Position des Fundortes wird dabei allerdings nur ungenau angegeben. Damit soll verhindert werden, dass Personen Glühwürmchen zum Beispiel in privaten Gärten suchen.

Petra Tempfer nimmt dich alle zwei Wochen mit nach draußen in die Natur, in ihren Garten und zu allem, was da so lebt. Um die Glühwürmchen am dunklen Nachthimmel sehen zu können, muss sie drinnen erst das Licht abschalten. Was dir vielleicht oft nicht bewusst ist, wenn du einen Schalter gedankenverloren angreifst: Der Lichtschalter ist um ein Vielfaches schmutziger als die Klobrille. Denn Bakterien und Viren verbreiten sich zu Hause genau dort, wo du sie am wenigsten vermutest. Auch auf Türschnallen, im Kühlschrank, auf der Computer-Tastatur und am Handy. Oder auf deinem Geschirr-Putzschwamm: Auf ihm leben bis zu acht Millionen Bakterien. In zwei Wochen kannst du hier mehr dazu lesen.

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Infos und Quellen

Daten und Fakten

Der Kleine Leuchtkäfer (Lamprohiza splendidula): Diese Käfer sind vielerorts auch unter dem Namen Johanniskäfer bekannt, weil ihre Hauptpaarungszeit rund um den Johannistag am 24. Juni stattfindet, den kirchlichen Gedenktag für Johannes den Täufer. Während das Weibchen nur kurze Flügelstummel besitzt und flugunfähig ist, hat das Männchen voll ausgebildete Flügel und kann ruhige, kreisende Flüge vollführen. Die Kleinen Leuchtkäfer erreichen eine Größe von zehn Millimetern, das Halsschild trägt zwei große, transparente Flecken. Die Kleinen Leuchtkäfer senden ihre Signale in warmen Sommernächten aus; das paarungsbereite Weibchen sitzt dabei leuchtend im Gras, während die Männchen auf der Suche nach potenziellen Partnerinnen durch die Nacht fliegen und sich zielsicher über ihnen fallen lassen. Die Tiere paaren sich auf dem Boden, die Eier werden ebenfalls in den Boden abgelegt. Bald danach sterben die Käfer. Nach dem Schlüpfen machen die Larven eine mehrjährige Entwicklung mit fünf Häutungen durch, auch sie besitzen schon Leuchtorgane. (Nationalpark Donauauen)
Der Große Leuchtkäfer (Lampyris noctiluca): Der larvenähnliche Körper des Weibchens misst bis zu 20 Millimeter. Der rotbraune Körper ist flügellos und daher flugunfähig. Am Ende des Hinterleibes kann das Weibchen stark gelb-grünlich leuchten. Im Gegensatz dazu leuchten Männchen extrem schwach, sind jedoch flugfähig und sehen wie richtige Käfer aus. Sie sind halb so groß wie die Weibchen. Die Beobachtungszeit für erwachsene Tiere ist von Mitte Juni bis August. Die Weibchen sitzen leuchtend im Gras und warten, bis ein Paarungspartner ankommt. Um das Leuchtorgan besser zu präsentieren, kann die Hinterleibsspitze leicht nach oben und zur Seite gedreht werden. Sollte das Insekt immer noch keine Beachtung erhalten, so pendelt es mit der Hinterleibsspitze. Die Männchen kriechen ihrerseits Pflanzenstängel empor oder halten, in wenigen Metern Höhe fliegend, nach leuchtenden Partnerinnen Ausschau. Finden sie eine, so lassen sie sich zielgenau fallen. Am Ende ihrer etwa zehntägigen Lebenszeit, in der sie keine Nahrung mehr aufnehmen, legen die Weibchen etwa 200 Eier in den Boden ab. Die Larven durchlaufen einen dreijährigen Entwicklungsprozess, bevor sie geschlechtsreif werden. (Nationalpark Donauauen)

Lampyris noctiluca Weibchen auf Waldweg — Das Weibchen des Großen Leuchtkäfers erinnert an eine Larve.

Der Kurzflügel-Leuchtkäfer (Phosphaenus hemipterus) leuchtet sehr schwach und bleibt in Bodennähe. Männchen und Weibchen sind flugunfähig: Das Männchen besitzt stummelige Flügel, das Weibchen gar keine. Das Männchen sucht seine Partnerinnen hauptsächlich über den Geruch (Pheromone), weshalb es auch sehr große Fühler besitzt. Die 60 bis 120 Eier pro Gelege werden in den Boden abgelegt, oft an Graswurzeln oder in den Waldboden. Die Entwicklung im Ei dauert einen Monat und die Larvenphase umfasst mindestens einen Winter. Die Larven sind vor allem nachtaktiv und ernähren sich hauptsächlich von Regenwürmern. (Glühwürmchen.ch)

Phosphaenus_hemipterus — Der Kurzflügel-Leuchtkäfer leuchtet sehr schwach und bleibt in Bodennähe.

Innerhalb der Käfer gehört das Glühwürmchen zu den Leuchtkäfern (Lampyridae), die mit etwa 2.000 Arten vor allem in den wärmeren und tropischen Regionen der Erde vorkommen. Für die Leuchtkäfer ist charakteristisch, dass bei allen Arten zumindest die Weibchen Leuchtorgane auf der Bauchseite des Hinterleibes besitzen. (Wo tanzt das Glühwürmchen?)
Vom Ei zum Käfer: Innerhalb der Insekten gehört das Glühwürmchen zu den holometabolen Insekten. Das heißt, ein Individuum durchläuft eine vollständige Verwandlung (Metamorphose). Aus dem Ei schlüpft eine Larve, die dem erwachsenen (adulten) Insekt völlig unähnlich ist. Da das Außenskelett der Insekten nicht wächst, muss sich die Larve im Lauf ihres Wachstums mehrfach häuten. Am Ende ihres Larvendaseins häutet sich die Larve ein letztes Mal und verwandelt sich in eine sogenannte Puppe. Dieses Entwicklungsstadium wird oft als Ruhestadium bezeichnet, weil die Puppe sich nicht fortbewegen kann. Doch im Inneren herrscht alles andere als Stillstand: Gesteuert von Hormonen vollzieht sich eine vollständige Verwandlung, die damit endet, dass das erwachsene Insekt schlüpft. Dieses kann nicht mehr wachsen, sondern hat die Aufgabe, für die Ausbreitung und Vermehrung seiner Art zu sorgen. Zu den holometabolen Insekten gehören neben den Käfern auch Fliegen, Schmetterlinge, Hautflügler (wie Bienen oder Ameisen), Netzflügler (wie Florfliegen) und Flöhe. (Wo tanzt das Glühwürmchen?)
Der Stoff, der eine Schlüsselrolle bei der Steuerung der rhythmischen Lichtsignale von Leuchtkäfern spielt, ist Stickstoffmonoxid (NO): Es schaltet das Leuchtorgan der Insekten an. Das hat eine interdisziplinäre Forscher:innengruppe der Tufts University in Medford und des Brigham and Women’s Hospital in Boston herausgefunden. „Es ist das kleinste Molekül, das Informationen zwischen Zellen überträgt, und es ist ein Gas.“ So beschreibt Thomas Michel, einer der beteiligten Forscher, die Verbindung. Die Wissenschaftler:innen hatten Leuchtkäfer in einer Versuchskammer mit NO begast und damit ein kontinuierliches Leuchten ausgelöst. NO bewirkt, dass die Aktivität der Mitochondrien zum Stillstand kommt. „So merkwürdig es klingt: Eine kurzzeitige Unterbrechung der Energieversorgung löst wahrscheinlich den Lichtblitz aus“, ergänzt Teamkollege Barry Trimmer. (Bild der Wissenschaft)
An Land und vor allem im Meer gibt es viele Tiere, die leuchten können. Dieses Leuchten nennt man Biolumineszenz. Bei einigen Tieren entsteht es durch eine chemische Reaktion im Körper. Sie erzeugen ihr Licht selbst. Bei anderen Tieren leben leuchtende Bakterien auf oder in ihrem Körper. Bei der Wasserlungenschnecke etwa basiert das Leuchten auf einer ähnlichen chemischen Reaktion wie beim Glühwürmchen. Weibliche Tiefsee-Anglerfische hingegen haben auf dem Kopf eine „Angel“: An der Spitze dieser Angel befindet sich ein Leuchtorgan, in dem leuchtende Bakterien leben. (WWF – Panda Club)