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Lichtbündelung in ­Mikroorganismen

Cyanobakterien, nur wenige Mikrometer große Organismen, strömen gezielt auf eine Lichtquelle zu, indem sie das ­Prinzip einer Linse im menschlichen Auge nutzen.

Ein internationales Team um die Freiburger Biologin Prof. Dr. Annegret Wilde hat erkannt, dass sauerstoffproduzierende Cyanobakterien, die sich direkt und präzise auf eine Lichtquelle zubewegen können, die Lichtrichtung aufgrund ihrer mikrooptischen Eigenschaften erkennen können. Das Licht trifft auf die Oberfläche der runden Einzeller, wo es wie durch eine mikroskopisch kleine Linse gebrochen wird. Dadurch entsteht ein Brennpunkt auf der gegenüberliegenden Seite der Zelle. Von diesem fokussierten Punkt mit hoher Lichtintensität bewegen sich die Zellen nun fort, was dazu führt, dass sie letztendlich zur natürlichen Lichtquelle wandern.

Bisher sind Erklärungsversuche zur Fototaxis der Bakterien, dem Strömen zum Licht, an der Theorie gescheitert, dass diese Organismen, die nur wenige Längen einer Lichtwelle messen, zu klein sind, um Lichtunterschiede zwischen der Vorder- und der Rückseite der Zelle wahrzunehmen. Dadurch, dass das ganze Bakterium als Linse wirkt, kann Licht gebündelt werden, und es entsteht ein ausgeprägter Lichtgradient in der Zelle. Dieses physikalische Prinzip unterscheide sich eigentlich kaum von dem der Lichtbrechung in den Linsen unserer Augen, erläutert Wilde. Die Konzentration von Licht durch mikroskopisch kleine Organismen, die nicht unbedingt die Form einer runden Linse haben müssten, sondern z. B. auch wie eine Faseroptik Licht bündeln könnten, soll nun untersucht werden.

Ein besseres Verständnis der mikrooptischen Eigenschaften könnte helfen, maßgeschneiderter Fotobioreaktoren zu entwickeln oder zur Verbesserung neuartiger Solarzellen beitragen.

Originalveröffentlichung:
[N. Schuergers, T. Lenn, R. Kampmann, M. V. Meissner, T. Esteves, M. Temerinac-Ott, J. G. Korvink, A. R. Lowe, C. W. Mullineaux, A. Wilde , Cyanobacteria use micro-optics to sense light direction, eLife, DOI: 10.7554/eLife.12620]

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