Zukünftige Städte könnten von Algen beleuchtet werden

Die Art und Weise, wie wir Licht erzeugen, hat sich seit der Entwicklung der ersten Glühbirne durch Thomas Edison im Jahr 1879 überraschend wenig verändert.

Die LED-Glühbirne hat die Stromkosten in letzter Zeit erheblich gesenkt, sie nutzen jedoch immer noch dieselbe Stromquelle und tragen weiterhin zur globalen Erwärmung bei, da der größte Teil des Stroms immer noch aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe stammt.

Wir brauchen eine neue Methode zur Lichterzeugung, die statt konventionellem Strom die Energie der Natur nutzt.

In den USA untersuchen einige engagierte Forscher seit einigen Jahren biolumineszierende Algen, es ist ihnen jedoch nie gelungen, das gesamte biolumineszierende System innerhalb der Algen zu kartieren. An der Technischen Universität Dänemark (DTU) führen wir die erste dänische Forschung auf diesem Gebiet durch und sie zeigt, dass biolumineszierende Organismen eines Tages unsere Städte in türkisblauem Licht erstrahlen lassen könnten.

Es müssen jedoch noch einige klare Herausforderungen gelöst werden, bevor dies Realität wird. Möglicherweise müssen wir Gene von biolumineszierenden Organismen auf andere grüne Organismen übertragen, vielleicht auf höhere Pflanzen, die Licht effektiver aussenden können.

Algen kommen überall an Land und im Meer vor und sind für das Leben, wie wir es kennen, immens wichtig.

Viele Menschen assoziieren Algen mit Algen (Makroalgen), tatsächlich handelt es sich bei den meisten Algen jedoch um Mikroalgen. Diese Algen sind so klein, dass man sie nur durch ein Mikroskop erkennen kann.

Einige von ihnen, sogenannte Dinoflagellaten, strahlen nachts ein starkes blaues Licht aus. Dieses Phänomen ist als Biolumineszenz bekannt, wobei lebende Organismen durch chemische Reaktionen Licht erzeugen.

Sie können es zu bestimmten Jahreszeiten in wärmeren Klimazonen, rund um den Äquator von Brasilien bis Australien, selbst sehen.

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Obwohl Menschen dieses Phänomen im Meer seit mehr als 2.500 Jahren beobachten, wissen wir immer noch erstaunlich wenig über die beteiligten Algen und wie sie Licht produzieren.

Beim Schütteln strahlen die Algen ein blaues Licht aus. Zum Beispiel, wenn ein Raubtier schwimmt, indem es eine Strömung erzeugt, oder wenn die Algen in Küstengewässern von Wellen getroffen werden.

Für die Lichterzeugung sind vor allem zwei Moleküle wichtig: Luciferase (ein Enzym) und Luciferin (ein durch Photosynthese hergestelltes Molekül).

Wenn Algen eine Störung registrieren, wird eine Kette zellulärer chemischer Prozesse in Gang gesetzt, die dazu führen, dass der pH-Wert sinkt. Dadurch werden die Luciferase-Enzyme aktiviert, die sich an das Luciferin binden und über einen als Oxidation bekannten Prozess Energie auf das Luciferin übertragen. Es ist die Freisetzung von Energie aus Luciferin, die wir als blaues Licht sehen.

Bisher wurde es nur theoretisch und nicht experimentell nachgewiesen.

Die biolumineszierenden Algen benötigen Energie, um Licht auszusenden, genau wie Ihre Nachttischlampe, die an eine Steckdose angeschlossen wird, um Strom zu erhalten. Algen beziehen ihre Energie jedoch aus einer anderen Quelle: der Sonne.

Sie nutzen Sonnenlicht zur Energiegewinnung mittels Photosynthese, um eine ganze Reihe von Prozessen auf zellulärer Ebene durchzuführen.

Man kann sich Algen als winzige Einzellampen vorstellen, die von einer Solarzelle angetrieben werden. Sie „laden“ sich tagsüber auf, sodass sie die ganze Nacht über ihr blaues Licht ausstrahlen können.

Es gibt eine Reihe biolumineszierender Tiere, Pilze und Bakterien. Sie alle benötigen Nahrung, um die für die Beleuchtung benötigte Energie zu produzieren. Algen nutzen Sonnenlicht und Kohlendioxid (CO2): Zwei unerschöpfliche, umweltfreundliche und CO2-neutrale Energiequellen.

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Wir verbrauchen einen großen Teil des Stroms für die Beleuchtung unserer Häuser, Straßen, Parkplätze usw. Dieser Strom stammt größtenteils aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe, was den CO2-Gehalt in der Atmosphäre erhöht und die globale Erwärmung vorantreibt. Deshalb brauchen wir eine nachhaltigere Lichtquelle.

Mikroalgen wachsen im Salzwasser, aber solange sie in einem geschlossenen Behälter wachsen, können sie als biologische Lampe fungieren, die als Glühbirnen zur Beleuchtung unserer Städte, Schaufenster, Gebäude, Straßen und Parkplätze verwendet werden könnte.

Biolumineszierende Algen sind die erste Stufe in der Entwicklung von biologischem Licht, doch es gibt einige klare Herausforderungen bei der Verwendung von Algen in einer Lampe. Algen müssen in Bewegung versetzt werden, bevor sie leuchten, was bei einer Lampe problematisch ist. Darüber hinaus leuchten sie aufgrund der Energiebegrenzung nur für eine relativ kurze Zeit.

Um biologische Lampen herzustellen, die die ganze Nacht über bewegungslos leuchten können, müssen wir völlig neu denken.

Im Moment versuchen wir genau herauszufinden, welche Gene zum Aussenden von Licht verwendet werden, und diese Gene dann auf andere photosynthetische Organismen zu übertragen, um eine biolumineszierende Pflanze zu erzeugen, die die ganze Nacht über Licht aussenden kann.

Wir sind noch nicht am Ziel und es wird viele Jahre der Forschung erfordern. Aber stellen Sie sich vor, Sie betreten eine Stadt der Zukunft, die in blaues Licht getaucht ist, das von Pflanzen erzeugt wird.

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Kristian Ejlsted gründete Allumen IVS, das biolumineszierende Algen zur Verwendung im Unterricht als Lehrmittel und für Kunden verkauft, die ihre eigenen biolumineszierenden Algen zu Hause züchten möchten.

Übersetzt von: Catherine Jex

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