Man spricht vom Phänomen der Biolumineszenz. Biolumineszenz ist eine spezielle Form der Chemolumineszenz, denn auch bei ihr wird durch chemische Reaktionen Licht erzeugt. Die Sonderstellung der Biolumineszenz ist dadurch begründet, dass sie die Chemolumineszenz innerhalb von Organismen beschreibt. Deshalb wird die Biolumineszenz auch als Organismenleuchten bezeichnet. In zahlreichen Organismengruppen tritt dieses Phänomen auf. So gibt es leuchtende Prokaryoten, (eukaryotische) Einzeller, Pilze, Cnidarier (man denke an Tiefseequallen...), Tiefseefische, Cephalopoden und viele mehr (wobei bei einigen das Leuchten nicht selbst sondern von Symbionten erzeugt wird).
Es gibt die Theorie, das sich Leuchtgene zu einem Zeitpunkt entwickelt haben, als sich die Erdatmosphäre (durch die Aktivität früher oxygen photosynthetisch aktiver Organismen) langsam mit Sauerstoff anreicherte. Der Vorgang der Biolumineszenz konnte zu dieser Zeit genutzt werden, um den als Zellgift wirksamen Sauerstoff abzubauen, das als "Nebenprodukt" resultierende Leuchten erhielt dann - nach dieser Vorstellung - erst sekundär echte Funktionen.
Auch innerhalb des sehr umfangreichen Taxons der Insekten tritt das Organismenleuchten auf. Hierbei sind z.B. Mycetophilidae (Pilzmücken) und Collembolen (Springschwänze) nennen. Bei den Käfern (Coleoptera) –die meisten bekannten Tierarten der Erde sind Käfer (was wohl auch daran liegen dürfte, dass Käfer oft beliebte Untersuchungsobjekte waren)– trifft man auf viele verschiedene leuchtende Gruppen. So gibt es die Gattung Phyrophorus bei den Schnellkäfern (Elateridae) und Pysodera bei den Laufkäfern (Carabidae) und verschiedene bei den Prachtkäfern (Buprestidae). Bei ihnen allen treten leuchtende Arten auf. Es gibt auch "Familien", in denen die meisten Arten leuchten können. Z.B. die Federleuchtkäfer (Phengodidae) und die nahe verwanden
Leuchtkäfer (Lampyridae).
Zur Zeit geht man davon aus, dass die chemische Reaktion des Organismenleuchtens im Grunde bei vielen Organismen ähnlich ist. Es handelt sich um eine enzymatisch katalysierte Oxydation, bei der Energie in Form von Licht frei wird. Der Stoff, der oxydiert wird, ist Luciferin. Er reagiert durch die Katalyse mit Luciferase, dem Enzym der Reaktion, mit Sauerstoff und ATP (Adenosin-triphosphat), dem Energieäquivalent der Organismen. Daraufhin zerfällt das Luciferin zu Oxyluciferin, wobei die freiwerdende Energie nahezu zu 100% in Form von Licht abgegeben wird.
Bei der Reaktion sind noch Kofaktoren (Magnesium) beteiligt.
Der beschriebene Ablauf bezieht sich auf das Leuchten der Leuchtkäfer. Andere Organismen verwenden z.T. andere Stoffe. So spielt z.B. beim Leuchtbakterium Photobacterium fischeri das Molekül FMNH2 eine wichtige Rolle beim Leuchtvorgang (nach Lewis [8]; S. 17).
Bei einer Quallenart reagiert das Luciferin bereits ohne enzymatische Katalyse. Eine Muschelkrebsart synthetisiert Luciferin und Luciferase getrennt voneinander und dass Leuchten erfolgt erst wenn Enzym und Substrat außerhalb der Zellen aufeinandertreffen.
Die Bezeichnungen „Luciferin“ und „Luciferase“ sind allgemein gültige Namen für den Leuchtstoff bzw. das entsprechende Enzym und können verschieden aufgebaute Moleküle beschreiben. Die Wellenlänge des abgestrahlten Lichtes (und damit der Farbeindruck) hängt im Wesentlichen von dem Aufbau der Luciferase ab. Dieser ist direkt auf der DNS (Desoxyribonucleinsäure), der Erbinformation, in Form der Basenreihenfolge codiert. Da die oben beschriebene Reaktion gut zu beobachten und zu messen ist, nutzt man sie in der Biotechnologie zum Nachweis von ATP,
einem Stoff, der in jeder bekannten Lebensform vorkommt.
So kann man "Leben an sich" nachweisen. -> Verwendung zum Test auf bakterielle Verunreinigungen in der "Softdrink"-Industrie, Suche nach "Leben auf fremden Welten" (siehe z.B. Obousky, 2000: "MARS EXPLORATION - Searching for Extant Life on Mars" im "Journal of the British Interplanetary Society" Band 53 Seite 121-130).
In der Vergangenheit hatte dies Konsequenzen für die amerikanischen Lampyriden - Populationen. In großem Ausmaß wurden Leuchtkäfer (ohne Beachtung der Art) eingefangen und zu einem Luciferin/Luciferase - Pulver verarbeitet. Heute kann man auf gentechnischem Weg Ersatz liefern. Und auch in der Gentechnik selbst nutzt man die Auffälligkeit der Reaktion der Biolumineszenz, z.B. indem man das Luciferase - Gen (wie auch z.B. Resistenzgene) als Indikatorgen zusammen mit dem eigentlichen zu übertragenden Gen mitverpflanzt.
Um noch etwas spezieller auf das Leuchten der Käfer einzugehen, will ich noch kurz den Aufbau der photogenen Organe umreißen. An der Außenseite des Leuchtorgans liegt eine transparente Schicht, um das Licht durchlassen zu können. Darauf folgt eine Zellschicht, in der die lichtproduzierende Reaktion abläuft. Das Ganze wird schließlich von einer Schicht Reflektorzellen abgeschlossen, die dafür sorgen, das möglichst viel Licht nach außen dringt. Der zum Leuchten benötigte Sauerstoff wird durch feine Tracheolen im Gewebe verteilt.
Bei Arten mit (zum Teil recht komplexen) Blinkmustern (man denke auch an das Phänomen des synchronen Blinkens vieler Individuen) erfolgt die Steuerung "Licht an/ Licht aus" mittels Stickstoffmonoxid, einem trotz seiner Wirkung als Radikal recht verbreiten Botenstoff in biologischen Systemen (bei uns hat NO z.B. Wirkung auf die Entspannung der glatten Muskulatur, die Blutgerinnung und den Blutdruck).