Soweit ich weiß, gibt es auf der Erde keine einzige Pflanze, die (von Natur aus) irgendeine Art von Lumineszenz erzeugt. Aber es ist in Science-Fiction-Welten zu sehen, insbesondere in Avatar.
Was wären aus evolutionärer Sicht die Vorteile für eine Pflanze, wenn sie biolumineszent wäre?
Es ist leicht, sich Evolution nur als Vorteil vorzustellen, aber damit etwas Nützliches auf natürliche Weise ausgewählt wird, muss es zuerst spontan entstehen. Die Tatsache, dass Pflanzen bisher keine Biolumineszenz entwickelt haben, weist nicht auf mangelnden Nutzen hin. Es bedeutet einfach, dass sie nicht auf eine Möglichkeit gestoßen sind, dies zu tun.
Einige biolumineszierende Organismen haben keinen offensichtlichen Nutzen aus ihrem Licht. Für einige ist es anscheinend eher ein Nebeneffekt als eine nützliche Eigenschaft - für uns interessant, aber ohne Bedeutung für sie. Zum Beispiel wird manchmal angenommen, dass biolumineszierende Pilze das Licht verwenden, um Grasfresser zu den Fruchtkörpern zu locken, andere Male wird angenommen, dass sie das Licht verwenden, um Grasfresser vom Myzel abzuwehren, wobei diese scheinbar widersprüchlichen Hypothesen etwas nicht schlüssig erscheinen. Die zur Erzeugung der Lumineszenz verwendete Chemikalie funktioniert jedoch, indem sie oxidiert wird, was bedeutet, dass sie als Antioxidans wirkt. Die verlinkte Seite über biolumineszierende Pilze erwähnt Forschungsergebnisse, die darauf hindeuten, dass die Produktion der Chemikalie mit dem Stoffwechsel verbunden ist und dass sie Folgendes bieten kann:
antioxidativer Schutz gegen die potenziell schädlichen Wirkungen reaktiver Sauerstoffspezies, die während der Holzzersetzung entstehen
Die Tatsache, dass Menschen empfindlich auf das bestimmte emittierte Licht reagieren, ist möglicherweise nicht relevant für den Nutzen, den es als Antioxidans bietet. Wie octern in den Kommentaren zu dieser Antwort betont, ist der Begriff für solche von der natürlichen Selektion unabhängigen Nebenprodukte Spandrel .
Wenn Sie eine Welt mit leuchtenden Pflanzen und verschnörkelten Lichtmustern bevölkern möchten, haben diese nicht unbedingt einen Nutzen davon – es wäre durchaus realistisch, dass solche Pflanzen rein zufällig entstehen. Das Licht kann entstehen und andauern, ohne dass es einen Nutzen braucht. Muster können auch ohne Nutzen entstehen, wie aus den verschiedenen Mustern von Blattadern ersichtlich ist (hier ist das Muster vorteilhaft, da es effizient ist, aber sein ästhetischer Reiz ist nebensächlich, nicht aufgrund eines visuellen Nutzens).
Eine Pflanze kann zufällig einen nützlichen chemischen Prozess entwickeln, der eine lumineszierende Chemikalie als ungenutztes Nebenprodukt enthält. Dies kann in den Venen konzentrierter sein und die Venenstruktur in leuchtenden Details durch die durchscheinende Blattmembran zeigen. Alternativ kann die lumineszierende Chemikalie ein Nebenprodukt der Produktion eines Hormons sein. Stimuliert das Hormon das Wachstum, leuchten die derzeit am schnellsten wachsenden Teile der Pflanze am hellsten und zeigen die Wachstumsmuster wie ein Lehrbuchbild. Wenn das Hormon die Blütenproduktion fördert, sind es möglicherweise nur neue Knospen, die hell leuchten, wobei ein schnell abnehmendes Leuchten entlang der Stängel zu ihnen führt.
Einige Pflanzen produzieren Chemikalien als Reaktion auf Schäden. Wenn dies mit einem lumineszierenden Nebenprodukt verbunden wird, könnten Blätter entstehen, die schwach leuchten, wenn sie gebogen oder zerrissen werden, und heller leuchten, wenn sie zerdrückt oder zerkleinert werden.
Sie können viele Beispiele für die Vorteile des Glühens finden, indem Sie sich die Beispiele ansehen, die wir kennen, und es gibt zweifellos viele andere mögliche Vorteile, die entstehen könnten, für die wir keine Beispiele haben. Ich wollte jedoch betonen, wie viel auch ohne jeglichen Nutzen möglich ist. Die reiche Vielfalt des Lebens beruht auf dieser Tendenz, sich zu verzweigen und neue Formen zu finden, auch wenn sie nicht sofort nützlich sind. Manchmal ist eine vorteilhafte Eigenschaft nur möglich, weil zuvor eine Reihe von neutralen Änderungen vorgenommen wurden. Manchmal hat eine Eigenschaft, die wir zufällig nützlich oder schön finden, überhaupt keinen Nutzen für den Organismus, in dem wir sie finden. Ich finde diese Tatsache an sich schon schön.
In die entgegengesetzte Richtung kann eine leuchtende Waldszene in einer fiktiven Welt das Ergebnis von biolumineszierenden Parasiten und Infektionen sein, die von den Bewohnern als magisch behandelt werden, aber tatsächlich ein Zeichen für einen schlechten Gesundheitszustand des Waldes und in keiner Weise vorteilhaft sind.
Die Wikipedia-Seite für Biolumineszenz listet eine Reihe bekannter Vorteile für existierende Organismen auf. Keiner dieser Organismen sind Pflanzen, aber ich werde einige von ihnen wegen ihres Potenzials als hypothetischen Nutzen für Pflanzen betrachten.
Einige Tiefseefische leuchten darunter, so dass Raubtiere unter ihnen sie nicht gegen das gleichmäßige Leuchten des Lichts sehen können, das vom Himmel herabfällt. Ich habe mir Landpflanzen vorgestellt, aber es gibt natürlich Meerespflanzen. Sie sind jedoch nicht in der Tiefsee vorhanden, wo die Lichtverhältnisse niedrig genug sind, um diesen Ansatz praktikabel zu machen, sodass dieser Vorteil wahrscheinlich nicht auf Pflanzen zutrifft.
Auch hier sind die Beispiele aus der realen Welt im Ozean angesiedelt – Raubtiere, die viel kleinere Kreaturen nachahmen, um Beute anzulocken, aber eine Pflanze auf dem Land könnte Biolumineszenz verwenden, um sie aus anderen Gründen als der Jagd nachzuahmen. Es gibt Pflanzen, die Blüten haben, die Insekten ähneln, sodass Insekten, die versuchen, sich mit der Blüte zu paaren, versehentlich Pollen verbreiten. Es gibt auch Insekten, die Biolumineszenz verwenden, um einen Partner anzulocken. Es wäre also möglich, dass eine Pflanze, die leuchten könnte, ein leuchtendes Insekt nachahmt, um die Bestäubung zu unterstützen.
Zusätzlich zur Nachahmung von Insekten, um Bestäuber anzulocken, könnte das Leuchten auch von Vorteil sein, um Bestäuber einfach ohne Tricks anzuziehen. Lumineszenzmuster könnten Insekten auf die gleiche Weise werben, wie Farbe und Geruch Insekten darauf hinweisen, dass Nektar in bestehenden Pflanzen verfügbar ist.
Es gibt Tintenfische, die anstelle von Tinte biolumineszierende Mischungen freisetzen und Licht anstelle von Dunkelheit als Ablenkung und Deckung verwenden. Eine Pflanze könnte Blätter haben, die leuchten, wenn sie gestört werden (vielleicht ursprünglich als Schadensreaktion entwickelt, dann aber über die Generationen verstärkt, da die verursachte Ablenkung vorteilhaft ist). Es könnte für kleine Beutetiere von Vorteil sein, ein schwankendes Durcheinander aus leuchtenden Blättern zu haben, das eine ablenkende Deckung bietet, wenn es in das Unterholz schießt, um einem Raubtier auszuweichen. Obwohl dies der Pflanze nicht direkt zugute kommt, wird die Tatsache, dass sie ein häufiger Fluchtweg für Kleintiere ist, wahrscheinlich dazu führen, dass die Regionen um solche Pflanzen häufiger sowohl von Raubtieren als auch von Beute besucht werden, was zu mehr Stuhlgang mit dem Vorteil eines immer fruchtbareren Bodens führt .
Einige Tiere leuchten, um sich als giftig zu kennzeichnen. Pflanzen verwenden bereits leuchtende Farben, um ihre Früchte unterscheidbar zu machen, damit Tiere lernen können, welche Früchte sicher zu essen sind. Leuchtende Früchte könnten einen ähnlichen Vorteil bieten und sicherstellen, dass der Großteil der Früchte von Tieren gefressen wird, die überleben, um die Samen zu verbreiten. Das Leuchten könnte auch verwendet werden, um die Reife anzuzeigen, damit unreife Früchte nicht vorzeitig gegessen werden.
Einige Pflanzen reagieren auf den Verzehr ihrer Blätter, indem sie unangenehm schmeckende Chemikalien freisetzen, so dass die weidenden Tiere zu anderen Pflanzen weiterziehen. Glühen könnte möglicherweise diesen unangenehmen Geschmack begleiten, um hervorzuheben, wann die Wirkung eingesetzt hat, damit Tiere die Pflanze meiden können.
Natürlich funktionieren alle diese Warnansätze nur nachts und werden sich daher wahrscheinlich neben Farbmustern entwickeln, die bei Tageslicht eine ähnliche Funktion erfüllen.
Raubtiere, die Biolumineszenz verwenden, werden in der Tiefsee gefunden, aber es ist nicht unmöglich, sich eine biolumineszierende insektenfressende Pflanze vorzustellen. Ähnlich wie die Nachahmung von leuchtenden Insekten zu Bestäubungszwecken könnte eine Kannenpflanze, Venusfliegenfalle oder Sonnentaupflanze Insekten durch Licht anlocken. Dies kann entweder durch die Nachahmung eines Insekts erfolgen, um einen Partner anzulocken, oder einfach durch das Verwenden des Scheins, um nachtaktive Insekten wie eine Lampe anzuziehen.
Der Schwarze Drachenfisch lebt in Meerestiefen, die kein rotes Licht erreichen kann, sodass rote Kreaturen schwarz erscheinen und in der Dunkelheit der Tiefen praktisch unsichtbar sind. Indem es rot leuchtet, kann es Beute beleuchten, die die meisten anderen Raubtiere nicht sehen können. Als zusätzlicher Bonus können die meisten Kreaturen in dieser Tiefe kein rotes Licht sehen, sodass die Beute nicht durch das Leuchten gewarnt wird. Pflanzen an Land leben in einer Umgebung, die die meisten Lichtwellenlängen ungehindert passieren lässt, und mit Lichtquellen sowohl bei Tag als auch bei Nacht, die ein breites Spektrum haben, so dass diese Art der Beschränkung auf eine Farbe wahrscheinlich keinen ähnlichen Vorteil bringt.
Die allgemeine Beleuchtung kann Vorteile haben, indem sie einfach eine erhöhte Tieraktivität und die verschiedenen oben diskutierten damit verbundenen Vorteile bringt. Es besteht die Möglichkeit, die Fähigkeit zu entwickeln, in einer Farbe zu leuchten, die nur für einige Tiere sichtbar ist, aber die Wahrscheinlichkeit wird geringer sein, da es viel mehr Überschneidungen bei der Lichterkennung bei Kreaturen an Land gibt. Zum Beispiel sind rote Beeren für Lebewesen, die Rot von Grün unterscheiden können (wie Insekten, Vögel und Menschen), leicht von grünen unreifen Beeren zu unterscheiden, aber für Lebewesen, die Rot nicht von Grün unterscheiden können (die meisten Säugetiere), fallen die reifen Beeren nicht auf. Aber selbst Kreaturen, die Rot und Grün als dieselbe Farbe sehen, können immer noch beide sehen - sie würden ein Leuchten erkennen, ob in Rot oder Grün, sie könnten sie nur nicht auseinanderhalten. Ein ultraviolettes Leuchten wäre für einige Kreaturen völlig unsichtbar (anstatt nur eine nicht unterscheidbare Farbe zu sein). Die meisten Säugetiere können Ultraviolett nicht sehen, während viele Vögel dies können.
In der Lage zu sein, ein Leuchten zu erzeugen, das nur einige Kreaturen sehen können, kann für eine Pflanze von Vorteil sein. Beispielsweise kann die Fähigkeit, beschädigte Blätter zum Leuchten zu bringen, die Aufmerksamkeit von Vögeln oder Fröschen auf sich ziehen, die die verantwortlichen Insektenlarven fressen können. Das Leuchten kann sogar durch die durchscheinende Haut der Larven sichtbar sein, sodass diejenigen, die die verteidigte Pflanze fressen, leuchten und für Raubtiere gut sichtbar sind. Dieser Effekt kann am stärksten sein, wenn das Leuchten eine Farbe hat, die die Larven nicht sehen können, so dass sie keine Warnung haben und im Freien bleiben, ohne zu merken, dass sie plötzlich viel besser sichtbar sind.
Die einfachste Antwort wäre, wenn es Fehler anzieht. Viele Blumen haben leuchtende Farben oder attraktive Gerüche, um Bienen und andere Insekten dazu zu bringen, sie zu bestäuben. Vielleicht hilft Biolumineszenz in einer anderen Welt den Pflanzen, befruchtet zu werden.
In ähnlicher Weise könnten Biolumineszenzen Raubtiere abwehren, entweder sind sie lichtempfindlich oder die biolumineszierende chemische Reaktion ist giftig oder zerstörerisch für sie.
Neil Slater
Sheraff
David Halsall
Sheraff