Photonische Kristalle machen verblüffenden Regenbogen-Farbwechsel möglich

Erstaunliches Farbenspiel: Panther-Chamäleons durchlaufen beim Farbwechsel fast den ganzen Regenbogen - eine selbst für solche Verwandlungskünstler verblüffende Leistung. Möglich wird dies durch photonische Kristalle in ihrer Haut, wie Forscher herausgefunden haben. Diese Technik ist einzigartig unter Chamäleons und im Tierreich extrem selten, wie sie im Fachmagazin "Nature Communications" berichten.
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© Michel C. Milinkovitch, www.lanevol.orgMännliche Panther-Chamäleons sind nicht nur ziemlich bunt, sie sind auch begabte Farbwechsler
Die Männchen der Panther-Chamäleons sind begabte Verwandlungskünstler: Sehen sie einen Rivalen oder ein Weibchen, ändern sie innerhalb von Minuten ihre Farbe von quietschgrün gestreift zu knallrot - und dies mit farblichen Übergängen einmal quer durch den Regenbogen. Dies aber deutet daraufhin, dass das Chamäleon die Spektralfarbe des reflektierten Lichts allmählich verändert. Durch einfaches Ausdehnen oder Zusammenziehen von Pigmentzellen in der Haut ist dies nicht zu erklären.

Neben Pigmenten müssen daher beim Panther-Chamäleon auch Strukturfarben im Spiel sein. Bei diesen manipulieren Nanostrukturen in der Haut das reflektierte Licht und lassen so selektiv nur bestimmte Farbanteile zurückscheinen. Ob das beim Chamäleon der Fall ist, haben Jérémie Teyssier von der Universität Genf und seine Kollegen nun untersucht. Sie analysierten dafür die Haut von mehreren adulten Männchen, Weibchen und von Jungtieren des Panther-Chamäleons.

Gitter aus Nanokristallen

Und tatsächlich entdeckten die Forscher Ungewöhnliches: Die Haut der Panther-Chamäleon-Männchen ist im Gegensatz zu der anderer Echsen und Chamäleons aus zwei Schichten spezialisierter Zellen aufgebaut. In diesen sogenannten Iridiophoren befinden sich Kristalle aus Guanin in unterschiedlichen Größen und Anordnungen. Die untere Schicht dient dabei als ein nicht veränderbarer heller Hintergrund. Hier liegen größere Kristalle, die rund die Hälfte des einfallenden Lichts reflektieren, wie die Forscher berichten.

Für den Farbwechsel entscheidend ist aber die obere Zellschicht, die nur bei adulten Männchen voll ausgebildet ist. In ihr bilden kleinere Guanin-Kristalle ein regelmäßiges Gitter. "Diese Schicht hat das Potenzial, sich wie ein photonischer Kristall zu verhalten", erklären die Forscher. Denn die regelmäßige Kristallanordnung kann das Licht auf selektive Weise reflektieren und so die Färbung verändern.

Der Abstand macht's

Wie diese Kristalle den Farbwechsel bewirken, zeigten nähere Untersuchungen: "Wie wir feststellten, verändert sich die Größe der Kristalle zwar nicht, wohl aber ihr Abstand zueinander", berichten die Forscher. In Ruhe liegen die Kristalle eng beieinander. Regt sich das Chamäleon-Männchen aber auf, dann weichen die Kristalle auseinander - und verändern damit auch die optischen Eigenschaften dieser Hautschicht.


"Bei einem solchen photonischen Kristall können schon kleine Veränderungen der Geometrie dramatische Veränderungen in der Farbe erzeugen", so Teyssier und seine Kollegen. Und beim männlichen Panther-Chamäleon verändert sich der Kristallabstand zwischen Ruhe- und Anregungszustand immerhin um 30 Prozent. Nach Ansicht der Forscher ist es daher wahrscheinlich, dass diese Veränderung dafür sorgt, dass sich das Spektrum des reflektierten Lichts vom kurzwelligen blau-grünen in den langwelligen rötlichen Bereich verschiebt - und damit den Farbwechsel bewirkt.

Selten selbst unter Farbwechslern

Mit dieser Entdeckung reiht sich das Panther-Chamäleon endgültig in die elitäre Reihe der "fortgeschrittenen" Farbwechsler ein. Denn bisher ist ein so schneller, gradueller Farbwechsel nur von einer Handvoll Tierarten bekannt, wie die Forscher betonen. Zu diesen gehören einige Tintenfischarten, die ebenfalls mehrschichtige Anordnungen von Iridiophoren für diese Veränderung nutzen.

Unter den Chamäleons sind die Panther-Chamäleons bisher die einzigen, die eine Doppelschicht dieser kristallhaltigen Zellen besitzen. "Das ist eine evolutionäre Neuheit für diese Tiergruppe", so Teyssier und seine Kollegen.

(Nature Communications, 2015; doi: 10.1038/ncomms7368) (Nature, 11.03.2015 - NPO)