ONLINE: All things bright and beautiful: Perspectives on biological colour
Wie kommt es eigentlich, dass Schmetterlinge so schillernd schön aussehen? Wie erschafft die Natur diese brilliante Farberscheinungen? Im ersten Teil unserer Veranstaltungsserie "Chemistry Meets Physics", zusammen mit dem Jungchemiker-Forum (jCF) Oldenburg organisiert, haben wir für diese Fragen den britischen Physiker Prof. Pete Vukusic von der Univerity of Exeter eingeladen.
Die Erkenntnis: Insbesondere auffällige Farben werden in der Natur gar nicht durch die uns gut bekannten Pigmente erzeugt. Pigmente sind Stoffe, deren Farbe durch Absorption eines bestimmten Teil des sichtbaren Lichtes und Reflektion des restlichen Teils entsteht. Viele Pflanzen oder Tiere wie der oben gezeigt Blaue Morphofalter nutzen jedoch ein ganz anderes physikalisches Prinzip: die Interferenz von Lichtwellen. Wie Pete Vukusic uns zeigen konnte, weisen die Schuppen des Schmetterlings eine faszinierende Mikro-Struktur auf. Mit etlichen winzigen Haaren, die aussehen wie Farne. Bei genauerer Untersuchung sieht man, dass die Zweige eines solchen "Farns" ganz bestimmte Abstände zueinander haben. Welchen Einfluss hat das auf die Farbe des Schmetterlings? Von oben einfallendes Licht wird an diesen Zweigen reflektiert und überlagert (interferiert) mit Licht, das an höheren oder tieferen Zweigen reflektiert wurde. Entspricht der Wegunterschied dieser überlagerten Lichtwellen genau der Wellenlänge des einfallenden Lichts (hier blau), wird das abstrahlende Licht verstärkt (konstruktive Interferenz), andernfalls abgeschwächt (destruktive Interferenz). Diesen Effekt kennen Physiker zB vom Doppelspaltexperiment.
Als Folge wird nur eine ganz bestimmte Wellenlänge vom Schmetterling zurückgestrahlt und unser menschliches Auge nimmt dieses intensive Blau wahr.
Interessant ist, dass auch bestimmte Algen und Pflanzen den selben Effekt nutzen. Und bald auch Menschen, wie Pete Vukusic anhand ein paar Beispielen erläuterte. So lässt sich diese Häärchenstruktur zB mit einem dehnbaren Material nachbauen. Deht man es, ändert sich der Abstand der Zweige und somit auch die Wellenlänge des abgestrahlten Lichts. Ein Material, dass sich bei Verformung verfärbt - zB eine Bandage, die die Farbe ändert, falls man sie zu stramm wickelt. Sehr praktisch!
Wir bedanken uns bei Pete Vukusic für diesen wirklich spannenden Beitrag und die neue Sichtweise auf biologische Farben.
Physical methods for investigating structural colours in biological systems
P. Vukusic1,* and D.G. Stavenga2 Copyright © 2009 The Royal Society