Edith Widder: Leuchtendes Leben in einer Welt unter Wasser

Etwa 80 bis 90 Prozent der Lebewesen im Meer produzieren Licht - und wir wissen sehr wenig darüber warum und wie. Die Biolumineszenz-Expertin Edith Widder erforscht diese glühende, funkelnde, leuchtende Welt und zeigt prächtige Bilder und Einsichten von noch nie gesehenen Tiefen (und leuchtenden Orten) im Ozean.

Im Geiste von Jacques Cousteau, der sagte,

"Menschen schützen, was sie lieben",

möchte ich heute das teilen, was ich am meisten am Ozean liebe

und das ist die unbeschreibliche Menge und Vielfalt

an Tieren, die Licht produzieren.

Meine Sucht begann mit diesem komischen Taucheranzug namens Wespe.

Das ist keine Abkürzung - jemand dachte einfach es sieht aus wie eine Wespe.

Es wurde eigentlich von der Öl-Industrie hergestellt

um an Ölbohrinseln bis zu 600m tief zu tauchen.

Gleich nachdem ich meinen Dr. gemacht hatte,

hatte ich das Glück, Mitglied einer Forschergruppe zu sein,

die ihn zum ersten Mal nutzte,

um das Meer zu erforschen.

Wir übten in einem Becken in Port Hueneme.

Und mein erster Tauchgang im offenen Ozean

war im Santa Barbara Kanal.

Es war ein abendlicher Tauchgang.

Ich ging bis zu einer Tiefe von 270m runter

und schaltete die Lichter aus.

Ich habe sie ausgemacht, weil ich das Phänomen

der lichtproduzierenden Tiere

namens Biolumineszenz sehen wollte.

Aber ich war völlig überrascht davon,

wieviel es davon gab

und wie spektakulär es war.

Ich sah Reihen von Quallen namens Staatsqualle,

die länger waren als dieser Raum hier

und so viel Licht produzierten,

dass ich die Skalen und Anzeigen im Anzug

ohne Lampe lesen konnte.

Und ich sah Blasen und Wellen von etwas,

das aussah wie leuchtender blauer Rauch

und Explosionen von Funken

die nach oben wirbelten,

wie wenn Sie ein Stück Holz ins Lagerfeuer werfen und die Glut nach oben wirbelt,

aber das war eisige, blaue Glut.

Es war atemberaubend.

Wenn Menschen überhaupt mit Biolumineszenz vertraut sind,

dann mit diesen Jungs hier, Glühwürmchen.

Und es gibt noch ein paar andere Landbewohner, die Licht machen können,

ein paar Insekten, Erdwürmer, Pilze.

Aber insgesamt ist es auf dem Land ziemlich selten.

Im Ozean ist es eher die Regel,

denn die Ausnahme.

Wenn ich irgendwo auf der Welt

in den offenen Ozean rausfahre,

und ein Netz aus 900m Tiefe hochziehe,

produzieren die meisten Tiere –

tatsächlich an vielen Orten 80 bis 90 Prozent

der Tiere, die man hochholt –

produzieren Licht.

Das sorgt für einige sehr spektakuläre Lichtshows.

Jetzt möchte ich Ihnen ein kurzes Video zeigen,

das ich aus einem U-Boot heraus gefilmt habe.

Ich habe diese Technik in einem kleinen

Ein-Personen U-Boot namens Deep Rover entwickelt

und an den Gebrauch in der Jonsohn Sea-Link angepasst,

die Sie hier sehen.

Vor die Beobachtungskanzel ist ein Ring mit

1m Durchmesser montiert, in den

ein Schirm gespannt ist.

In der Kanzel ist eine sensible Kamera,

deren Sensibilität der des an die Dunkelheit angepassten menschlichen Auges entspricht,

wenn auch etwas verschwommen.

Man schaltet also die Kamera an und die Lichter aus.

Diese Funken sind noch keine Biolumineszenz,

das ist nur elektronisches Rauschen

in der sensiblen Kamera.

Sie sehen erst Lumineszenz, wenn das Boot

nach vorne fährt.

Die Biolumineszenz der Tiere, die dabei gegen den

Schirm stoßen, wird stimuliert.

Als ich das zum ersten mal machte,

versuchte ich nur die Zahl der Quellen zu zählen.

Ich kannte meine Geschwindigkeit und die Umgebung

und konnte damit abschätzen wie viele hundert Quellen

in einem Kubikmeter Wasser waren.

Aber ich bemerkte, dass ich die Tiere anhand des Lichts,

identifizieren konnte, das sie produzierten.

Und so kann ich hier im Golf von Maine,

in 225m Tiefe,

quasi alles bis zur Art benennen, was Sie hier sehen,

z.B. sind diese großen Explosionen von Funken

von einer kleinen Rippenqualle.

Und dort sind Krill und andere Krustentiere

und Quallen.

Da war eine dieser Rippenquallen.

Ich habe mit Ingenieuren für die Analyse von digitalen Bildern gearbeitet

um automatische Erkennungssysteme zu entwickeln,

die diese Tiere identifizieren können

und sie mit den Koordinaten des Zusammenstoßes verknüpfen.

Und wir können das gleiche tun wie Ökologen an Land

und die Distanz zum nächsten Nachbarn messen.

Aber Sie müssen nicht immer so tief in den Ozean gehen

um eine solche Lichtshow zu sehen.

Man kann sie auch an der Oberfläche sehen.

Das ist ein Video, gefilmt von Dr. Mike Latz von der Scripps Institution,

von einem Delfin der durch biolumineszierendes Plankton schwimmt.

Und das ist nicht an einem exotischen Ort

wie in einer der Biolumineszenz-Buchten in Puerto Rico,

sondern im Hafen von San Diego.

Und manchmal kann man sie noch näher beobachten,

weil die Toiletten

auf Schiffen mit ungefiltertem

Meerwasser gespült werden,

in dem sich oft biolumineszierendes Plankton befindet.

Wenn Sie also spät in der Nacht in die Toilette torkeln,

und es Ihnen so schlecht geht, dass Sie

vergessen das Licht anzuschalten,

könnten Sie glauben, sie sehen eine religiöse Erscheinung.

Wie produziert also ein Lebewesen Licht?

Das war die Frage, die der französische Physiologe

Raphael Duboi im 19. Jhd. über diese

biolumineszierende Muschel stellte.

Es gelang ihm zwei Chemikalien aus ihr zu gewinnen,

das Enzym, das er Luciferase nannte,

und das Substrat, dass er Luciferin nannte,

nach Luzifer dem Lichtträger.

Diese Terminologie blieb erhalten, aber sie bezieht sich nicht auf spezielle Chemikalien,

weil sie in einer Vielzahl von Formen und Arten existieren.

Heutzutage konzentrieren sich die meisten

Biolumineszenzforscher auf

die Chemie, weil diese Chemikalien

sich als sehr wertvoll erwiesen,

um antibakterielle Agenzien,

Krebsmedikamente und

Tests für Leben auf dem Mars zu entwickeln

und um Schadstoffe in den Meeren zu finden,

wofür wir sie bei ORCA benutzen.

Im Jahr 2008 zeichnete

der Chemie Nobelpreis

eine Arbeit aus, die ein

Molekül namens grün fluoreszierendes Protein untersuchte,

das von den biolumineszierenden Chemikalien

einer Qualle isoliert wurde.

Das wurde gleichgesetzt mit der Erfindung des Mikroskops,

bezogen auf die Auswirkung, die es auf

die Zellbiologie und die Gentechnik hatte.

Was uns all diese Moleküle auch noch zeigen:

Offensichtlich hat sich Biolumineszenz

40 mal, vielleicht sogar bis zu 50 mal unabhängig

in der Evolution entwickelt,

was deutlich zeigt,

wie extrem wichtig diese Eigenschaft

für das Überleben ist.

Was ist also an der Biolumineszenz

so wichtig für so viele Tiere?

Nun, selbst für Tiere, die gerne im Dunkeln sind

um Jäger fernzuhalten

kann Licht immer noch sehr nützlich sein

für die drei grundlegenden Dinge, die Tiere machen müssen um zu überleben,

Und das ist Futter finden,

Partner anlocken und sich vor Fressfeinden schützen.

Dieser Fisch hat zum Beispiel einen

eingebauten Scheinwerfer hinter seinem Auge,

mit dem er sein Futter findet

und Partner anlockt.

Und wenn er ihn nicht braucht, kann er ihn in den Kopf reindrehen,

wie die Scheinwerfer eines Lamborghinis.

Dieser Fisch hat sogar ein Fernlicht.

Und dieser Fisch ist einer meiner Favoriten,

er hat drei Lichter am Kopf, eins auf jeder Seite.

Dieser hier ist blau,

und das ist die Farbe der meisten Biolumineszenz im Meer,

weil die Evolution die Farbe gewählt hat,

die am weitesten durch Meerwasser sichtbar ist,

um die Kommunikation zu optimieren.

Die meisten Tiere machen also blaues Licht

und die meisten Tiere können auch nur blaues Licht sehen,

aber dieser Fisch ist eine faszinierende Ausnahme,

weil er zwei rote Leuchtorgane besitzt.

Ich habe keine Ahnung warum er zwei hat,

das ist eins der Dinge, die ich eines Tages herausfinden will.

Er kann also nicht nur blaues, sondern auch

rotes Licht sehen.

Er nutzt rote Biolumineszenz wie ein Scharfschütze ein Infrarot-Fernrohr

um sich an Tiere anzuschleichen

die für rotes Licht blind sind

und kann sie sehen ohne gesehen zu werden.

Er hat außerdem eine kleine Kinnbartel

mit einem blau leuchtenden Köder dran

mit dem er Beute von weit weg anlocken kann.

Viele Tiere nutzen ihre Biolumineszenz als Köder.

Das ist auch einer meiner Lieblingsfische.

Das ist ein Viperfisch, er hat einen Köder

am Ende einer langen Angelrute,

die er vor seinem Kiefer hängen lässt,

welcher dem Viperfisch seinen Namen gibt.

Die Zähne dieses Fischs sind so lang,

dass sie, wenn sie innen wären beim Schließen des Mauls

in das Hirn des Fisches stoßen würden.

Stattdessen gleiten sie in Kerben

auf dem Äußeren des Kopfes.

Dieser Fisch ist wie ein Christbaum,

alles an ihm leuchtet.

Nicht nur der Köder,

er hat eingebaute Blitze,

er hat diese juwelenartigen Leuchtorgane am Bauch,

die er als eine Art Tarnung nutzt,

die seinen Schatten verschwinden lässt.

Wenn er also herumschwimmt und ein Jäger schaut von oben auf ihn,

verschwindet er einfach.

Er hat Leuchtorgane im Mund,

in den Flossen,

in einer Schleimschicht auf dem Rücken und dem Bauch,

alle mit anderen Funktionen.

Einige davon kennen wir, andere nicht.

Und wir haben einiges über Biolumineszenz durch Pixar gelernt,

und ich danke Pixar sehr, dass sie mein Lieblingsthema

mit so vielen Menschen geteilt haben.

Ich wünschte mir, dass sie von ihrem Budget

nur ein kleines bisschen mehr Geld dafür verwendet hätten

einen armen, verhungernden Studenten zu bezahlen,

der ihnen hätte sagen können, dass so Augen

eines Fisches aussehen, die in Formalin konserviert wurden.

Und so sehen Augen eines lebenden Seeteufels aus.

Er hat einen Köder, den er

vor diese lebende Mausefalle

voller messerscharfer Zähne hält

um ahnungslose Beute anzulocken.

Und dieser hier hat einen Köder,

an dem alle möglichen interessanten Fäden hängen.

Wir dachten zunächst, dass unterschiedliche Formen des Köders

unterschiedliche Beute anlocken sollen,

aber die Analyse des Mageninhalts solcher Fische,

von Wissenschaftlern, oder wahrscheinlicher von ihren Doktoranden,

zeigte, dass sie alle

ziemlich das Gleiche essen.

Daher glauben wir jetzt, dass die männlichen Seeteufel

die weiblichen an der Form

des Köders erkennen,

weil viele dieser Männchen das sind,

was wir als zwergenhaft kennen.

Dieser kleine Kerl hier

hat keine sichtbaren Hilfen zur Selbstversorgung.

Er hat keinen Köder um Beute anzulocken

und keine Zähne um sie zu fressen.

Seine einzige Hoffnung zu überleben

ist eine Liebhaberin.

Er muss eine Freundin finden und dann

sein ganzes Leben an ihr festhalten.

Dieser kleine Kerl hier

hat eine Freundin gefunden

und Sie sehen, dass er schlau war und

sich so an ihr festhält, dass er sie nicht anschauen muss.

(Lachen)

Aber er weiß, was gut für ihn ist

und besiegelt die Beziehung mit einem ewigen Kuss.

Sein Körper vereint sich mit ihrem,

ihr Blutkreislauf wächst in seinen Körper

und er wird zu nichts anderem als einem Samensack.

(Lachen)

Das ist die Tiefseeversion der Emanzipation.

Sie weiß immer wo er gerade ist

und sie muss nicht monogam sein,

weil einige der Weibchen haben

mehrere Männchen an sich hängen.

Sie nutzen es also um Fressen und Partner zu finden.

Viele nutzen es zur Verteidigung in vielen verschiedenen Arten.

Viele von ihnen können ihr Luciferin, ihre Luciferase, ausstoßen,

wie ein Krake oder ein Oktopus eine Tintenwolke.

Dieser Schrimp schießt tatsächlich

Licht aus seinem Mund,

wie ein feuerspuckender Drachen,

um Viperfische zu blenden oder abzulenken,

damit er in die Dunkelheit davon schwimmen kann.

Und es gibt viele verschiedene Tiere, die das können.

Zum Beispiel Quallen, Kraken,

und viele verschiedene Krustentiere.

Es gibt sogar Fische, die das können.

Dieser Fisch hier heißt Schlauchschulterfisch

weil er einen Schlauch auf seiner Schulter hat

aus dem er Licht herausspritzen kann.

Und ich hatte Glück und konnte so einen Fisch

fangen, als wir für den Tiefseeteil von "Unser blauer Planet"

auf einer Fischerei-Expedition

an der Nordwestküste von Afrika waren.

Wir hatten ein spezielles Schleppnetz,

mit dem wir die Tiere lebend an Bord brachten.

Wir haben also so einen gefangen und ins Labor gebracht.

Ich halte ihn fest, und als ich

den Schlauch auf seiner Schulter berühren will,

sehen Sie Biolumineszenz.

Was mich aber erstaunt hat

war nicht nur die Menge des erzeugten Lichts,

sondern, dass es nicht nur Luciferin und Luciferase waren.

Bei diesem Fisch waren es sogar ganze Zellen

mit Kernen und Hüllen.

Das kostet den Fisch sehr viel Energie

und wir wissen nicht, warum er das macht.

Ein weiteres großes Rätsel, das wir lösen wollen.

Eine andere Form der Verteidigung ist das,

was wir Alarmanlage nennen.

Genau wie bei der Alarmanlage in Ihrem Auto,

sollen die Hupe und die blinkenden Lichter

Aufmerksamkeit erzeugen und im besten Fall

kommt die Polizei und nimmt den Dieb fest.

Wenn ein Tier in den Fängen eines Jägers ist,

ist es vielleicht seine einzige Hoffnung auf Flucht,

ein größeres Tier anzulocken,

das den Angreifer angreift

und somit die Chance zur Flucht schafft.

Diese Qualle zum Beispiel hat eine

spektakuläre Biolumineszenz-Anzeige.

Hier verfolgen wir sie in unserem U-Boot.

Das ist noch keine Lumineszenz, das ist Licht von den Keimdrüsen.

Wir haben sie mit Spezialausrüstung vorne am U-Boot gefangen,

so dass wir sie in ihrem ursprünglichen Zustand nach oben

ins Schiffslabor bringen können.

Um dann die Reaktion herbeizurufen, die sie gleich sehen.

Ich habe sie einmal pro Sekunde

mit einer scharfen Spitze an ihrem Nervenring berührt,

wie die scharfen Zähne eines Fisches.

Und wenn das Leuchten einmal begonnen hat, habe ich sie nicht mehr berührt.

Das ist eine unglaubliche Lichtshow,

dieses leuchtende Rad.

Ich habe berechnet, dass Jäger das

in bis zu 100m Entfernung sehen können.

Und ich dachte mir,

das könnte ein ziemlich guter Köder sein

Weil eins der Dinge, die mich

als Tiefseeforscher frustrierten,

sind die vielen Tiere im Ozean, über die wir quasi nichts wissen

aufgrund der Art und Weise, wie wir den Ozean erforschen.

Das meiste erfahren wir über den Ozean,

indem wir rausfahren und Netze hinter Schiffen herschleppen.

Ich fordere Sie auf mir eine andere Wissenschaft zu nennen,

die immer noch hunderte Jahre alte Technologie verwendet.

Die zweite oft verwendete Technik

ist das Tauchen mit U-Booten und ferngesteuerten Fahrzeugen.

Ich bin schon hunderte Male in einem U-Boot getaucht.

Wenn ich aber in so einem U-Boot sitze weiß ich,

dass ich nicht gerade unauffällig bin,

mit den hellen Lichtern und lauten Motoren.

Tiere die das wahrnehmen werden längst verschwunden sein.

Daher will ich schon lange eine andere Möglichkeit finden

die Tiefen zu erforschen.

Und vor einiger Zeit hatte ich die Idee für ein Kamerasystem.

Es ist eigentlich nichts weltbewegendes, wir nennen es das "Auge im Meer"

und Wissenschaftler an Land machen das schon lange,

wir nutzen einfach nur eine Farbe, die die Tiere nicht sehen können

und dann eine Kamera, die diese Farbe sehen kann.

Man kann im Meer kein Infrarot verwenden.

Wir haben rotes Licht verwendet, aber auch das ist

problematisch, weil es schnell absorbiert wird.

Wir hatten eine sensible Kamera

und wollten eine elektronische Qualle bauen.

Das Problem in der Wissenschaft ist:

Man muss den Geldgebern sagen, was man entdecken wird,

bevor sie einem Geld geben.

Und ich wusste nicht was ich entdecken werde,

daher bekam ich kein Geld dafür.

Also kümmerte ich mich selbst darum, die Harvey Mudd Engineering Clinic

machte daraus ein Studentenprojekt

und ich sammelte Gelder von vielen verschiedenen Quellen.

Das Monterey Bay Aquarium and Research Institute

stellte seinen Unterwasserroboter zur Verfügung,

damit wir es testen konnten um zum Beispiel

herauszufinden, welches Spektrum des roten Lichts wir verwenden müssen,

damit wir die Tiere sehen, sie uns aber nicht,

damit die elektronische Qualle funktioniert.

Und Sie können sehen, wie knapp unser Budget war,

wir haben die 16 LED in Epoxid gegossen

und in der Gussform können Sie noch

das Wort Ziploc erkennen.

Selbstverständlich gibt es, wenn es so zusammengeschustert ist,

viele Probeläufe und Hindernisse um es zum Laufen zu bringen.

Aber es kam der Moment, an dem alles passte

und alles funktionierte

und dieser Moment wurde vom Fotografen Mark Richards

bildlich festgehalten,

der zufällig gerade in dem Moment dabei war,

als wir merkten, dass alles funktionierte.

Das ganz links bin ich,

rechts meine damalige Doktorandin Erica Raymond

und Lee Fry, der Ingenieur des Projekts.

Wir haben dieses Bild in unserem Labor an einen Ehrenplatz

gehängt, mit dem Text: "Ingenieur macht zwei Frauen auf einmal glücklich."

Und wir waren sehr, sehr glücklich.

Damit hatten wir jetzt ein System,

das wir an einen Ort brachten,

der eine Art Oase am Meeresgrund ist

und möglicherweise von großen Jägern besucht wird.

Wir haben es also zu einem

Becken mit höherem Salzgehalt am Meeresgrund gebracht,

im Norden des Golfs von Mexiko.

Das ist ein magischer Ort.

Ich weiß, dass diese Bilder für Sie nichts Besonderes sind -

wir hatten damals eine schlechte Kamera -

aber ich war begeistert.

Wir sind am Rande des Salzwasserbeckens

und sehen einen Fisch, der auf die Kamera zuschwimmt.

Er wird von uns offensichtlich nicht gestört.

Und somit hatte ich ein Fenster in die Tiefsee

und konnte zum ersten mal beobachten, wie sich die Tiere verhalten,

wenn sie nicht von uns gestört werden.

Wir haben die elektronische Qualle so programmiert, dass sie

vier Stunden nach dem Aufstellen

das erste mal aktiviert wird.

86 Sekunden, nachdem ihre

LEDs leuchteten

haben wir das hier aufgezeichnet.

Das ist ein über zwei Meter langer Krake,

der der Wissenschaft nicht bekannt ist

und daher keiner Familie zugeordnet werden kann.

Ich hätte mir keinen besseren Beweis denken können.

Und damit ging ich zurück zur National Science Foundation

und sagte: "Das ist es, was wir entdecken werden."

Und dann gaben sie mir genug Geld um es richtig gut zu machen,

wofür die Entwicklung der ersten Tiefseewebcam nötig war.

Sie ist seit einem Jahr

im Monterey Canyon installiert.

Und seit kurzem gibt es eine

modulare Version des Systems,

die sehr mobil ist

und einfacher eingesetzt und wieder abgebaut werden kann.

Ich hoffe sie kann genutzt werden um Sylvia's

"hope spots" zu erkunden

und diese Gebiete zu schützen

und damit ich mehr über Biolumineszenz

an diesen Orten lernen kann.

Eine wichtige Botschaft hier ist also,

dass es in den Meeren immer noch viel zu entdecken gibt.

Und Sylvia hat gesagt,

dass wir die Meere zerstören, bevor wir sie überhaupt kennengelernt haben,

und sie hat Recht.

Wenn Sie also jemals die Möglichkeit haben

in einem U-Boot zu tauchen,

nehmen Sie sie unbedingt wahr

und schalten Sie bitte die Lichter aus.

Ich verspreche Ihnen, Sie werden es lieben.

Vielen Dank.

(Applaus)