Holzproben, die mit dem Hallimasch-Pilz Desarmillaria tabescens behandelt wurden, leuchten grün in der Dunkelheit.
Bild Empa

Möglich macht das Leuchtholz ein Schmarotzer: Der Hallimasch-Pilz ist ein Erreger der Weissfäule bei Bäumen und damit eigentlich ein Holzschädling. Manche Arten produzieren den Naturstoff Luciferin, der in einem zweistufigen enzymatischen Prozess zum Leuchten angeregt wird. Von Pilzfäden durchzogenes Holz strahlt daher ein grünes Licht aus. ‹Natürlich leuchtendes Holz wurde das erste Mal schon vom griechischen Philosophen Aristoteles beschrieben›, erläutert Francis Schwarze.

Genaugenommen lässt sich das verwobene Gebilde aus Pilz und Holz als natürliches Biohybrid bezeichnen, eine Kombination von lebenden Materialien. ‹Künstlich erzeugt, wären derartige Kompositmaterialien für viele Anwendungsarten interessant›, sagt der Empa-Forscher. Doch was der Natur scheinbar mühelos gelingt, war für die Biotechnologie bisher eine (zu) grosse Herausforderung. Nun ist es dem Empa-Team erstmals gelungen, den Prozess unter kontrollierten Bedingungen im Labor zu induzieren und zu steuern.

Von der Natur ins Labor

Die Leuchtpilze hat Biotechnologe Francis Schwarze in der Natur aufgespürt, im Labor analysiert und ihren genetischen Code entziffert. Als besonders leistungsstark entpuppte sich der Ringlose Hallimasch (Desarmillaria tabescens). Nach Vorversuchen mit verschiedenen Holzarten startete Schwarze mit Balsaholz (Ochroma pyramidale), einem Holz mit besonders geringer Dichte.

Mittels Spektroskopie beobachteten die Forscherinnen und Forscher, wie der Pilz in den Balsaholz-Proben Lignin abbaut, das für Steifigkeit und Druckfestigkeit verantwortlich ist. Dass damit die Stabilität des Holzes jedoch nicht verschwindet, zeigten Röntgen-Diffraktionsanalysen: Die Cellulose, die im Holz für Zugfestigkeit sorgt, blieb intakt.

Feuchtes Milieu bevorzugt

Maximale Leuchtkraft erreicht das Biohybrid aus Pilz und Holz, wenn es drei Monate im Brutschrank inkubiert wurde. Dabei liebt es Desarmillaria besonders feucht: Die Balsaholz-Proben nahmen in dieser Zeit das Achtfache ihres Gewichts an Feuchtigkeit auf. Beim Kontakt mit Luft beginnt schliesslich die Enzymreaktion im Holz.

Das Leuchten entfaltet seine ganze Pracht nach zehn Stunden, wobei grünes Licht mit einer Wellenlänge von 560 nm abgestrahlt wird, wie Empa-Forscherin Giorgia Giovannini vom ‹Biomimetic Membranes and Textiles›-Labor bei Fluoreszenzspektroskopie-Analysen ermittelte. Derzeit hält der faszinierende Prozess rund zehn Tage an. ‹Jetzt optimieren wir die Labor-Parameter, um die Leuchtkraft künftig weiter zu steigern.›

Natürliche Biolumineszenz

In der Natur kommt Biolumineszenz bei verschiedensten Organismen vor. Das Licht entsteht dank chemischer Prozesse, die Energie als Licht und Wärme abgeben. Vergleicht man die lichterzeugende Reaktion in der Natur anhand ihrer sogenannten Quantenausbeute, siegt das Glühwürmchen mit einem Wert von 40%. Leuchtquallen bringen es auf 17%, und Leuchtpilze erreichen 2%.

Über 70 Pilzarten zeigen Biolumineszenz. Sie erzeugen in verfaulendem Holz ein als ‹Foxfire› bezeichnetes Leuchten. Hinter dem Begriff verbirgt sich ein französisch-englisches Mischwort aus ‹faux› und ‹fire› für ‹falsches Feuer›. Der Zweck der Biolumineszenz bei Pilzen ist nicht gänzlich klar. Möglicherweise soll sie Insekten anlocken, um Pilzsporen zu verbreiten.

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