Kleurvorming bij vlindervleugels
Datum: 15 januari 2008
Bijna nergens in de natuur kom je zoveel kleurenpracht tegen als op de
vleugels van vlinders. Toch weten wetenschappers nog steeds niet goed
hoe deze kleuren precies gevormd worden. Marco Giraldo onderzocht
daarom de structuur van het vleugeloppervlak van het koolwitje en
andere vlindersoorten. Hij ontdekte onder andere waarom Europese
koolwitjes vaker blauwtjes lopen dan Japanse koolwitjes. Giraldo
promoveert op 25 januari 2008 aan de Rijksuniversiteit Groningen.
De kleuren op vlindervleugels dienen als een soort uithangbord.
Vlinders kunnen via de patronen op de vleugels op een relatief grote
afstand soortgenoten herkennen en mannetjes van vrouwtjes
onderscheiden - wat wel zo handig is bij het zoeken van een partner.
Als in een pointilistisch schilderij is het vleugeloppervlak
samengesteld uit een grote verzameling gekleurde punten, de schubben,
die zo'n 50 bij 250 micrometer groot zijn. Wetenschappers weten echter
nog maar heel weinig over hoe de kleuren op de vleugels gevormd
worden. Wel is bekend dat er op twee verschillende manieren kleuren
ontstaan: via pigmenten en via nanostructuren op de schubben, die
ervoor zorgen dat licht op een soms spectaculaire manier verstrooid
wordt. Deze zogenaamde structuurkleuren zijn goed waar te nemen bij de
zogenaamde morphovlinders uit de Zuid-Amerikaanse regenwouden.
Koolwitje
Marco Giraldo heeft in detail gekeken naar de structuur en de
pigmenten van vleugels van het koolwitje en andere soorten `witjes'
(die de familie Pieridae vormen). De natuurkundige koos voor de witjes
omdat deze vlindersoorten relatief eenvoudige kleuren hebben. Door het
vergelijken van de schubstructuur van verschillende soorten via
electronenmicroscopie kwam hij erachter hoe de kleurvorming bij witjes
precies wordt veroorzaakt. Giraldo maakte voor het eerst duidelijk hoe
de kleur van deze vlinders beïnvloed wordt door de nanostructurele
eigenschappen.
Schubstructuur
Alhoewel de ruimtelijke structuur van een schub afhangt van de
vlindersoort, zijn er een aantal gemeenschappelijke karakteristieken:
Een schub bestaat uit twee lagen, verbonden door pilaren. De onderlaag
is vrijwel vlak en zonder structuur, maar de bovenlaag wordt gevormd
door een groot aantal langgerekte en parallele richels, met een
onderlinge afstand van een tot twee micrometer. De kleur wordt bepaald
door de lichtverstrooiing aan de schubstructuren en door de absorptie
van licht door eventueel aanwezige pigmenten. De pigmenten bij het
koolwitje absorberen bijvoorbeeld sterk ultraviolet en bij de
citroenvlinder blauw licht, maar daarnaast verstrooien ze ook sterk
wit respectievelijk geel licht.
Effectief
Giraldo ontdekte onder andere dat de vleugels van witjes op een
verbazingwekkend effectieve manier geconstrueerd zijn. Aan beide
kanten van de vleugels zitten twee laagjes met overlappende schubben
die licht reflecteren. Hoe meer schubben, hoe meer licht er
gereflecteerd wordt. Die lichtreflectie is heel belangrijk, omdat je
graag zichtbaar wilt worden als vlinder. Giraldo ontdekte dat deze
twee lagen een optimale constructie vormen: bij meer dan twee
schublagen wordt de reflectie nog wel iets beter, maar de zwaarte van
de vleugel neemt dan onevenredig toe.
Japanse mannetjes
Giraldo ontdekte ook waarom Japanse mannetjeskoolwitjes beter zijn in
het herkennen van vrouwtjes dan Europese koolwitjes, die zich nog al
eens vergissen op dit terrein. Dit komt doordat de vleugels van
Japanse mannetjes- en vrouwtjeskoolwitjes, in tegenstelling tot hun
Europese familieleden, op een subtiele wijze verschillen: de schubben
op de vleugels van de Japanse vrouwtjeskoolwitjes missen specifieke
pigmentkorrels, die ervoor zorgen dat UV-licht geabsorbeerd wordt.
Deze pigmentkorrels zijn er wel bij de mannetjes (en ook bij beide
sexen van de Europese koolwitjes). Door dit verschil is het voor
Japanse mannetjeskoolwitjes, die, in tegenstelling tot mensen,
UV-licht kunnen waarnemen, makkelijker om mannetjes van vrouwtjes te
onderscheiden.
Verfindustrie
Met de kennis die voortgevloeid is uit het onderzoek van Giraldo
kunnen er nieuwe kleurmethodes ontwikkeld worden. Met de
nanostructuren die afgekeken worden van vlinders kunnen er mogelijk
indrukwekkende optische effecten gegeven worden aan zaken als verf,
lak, cosmetica, verpakkingen en kleding. De industrie volgt dan ook
het vlindervleugelonderzoek met grote interesse.
Curriculum vitae
Marco Antonio Giraldo (Colombia, 1978) studeerde natuurkunde aan de
University of Antioquia in Medellin in zijn geboorteland. De titel van
zijn proefschrift luidt: Butterfly wing scales - pigmentation and
structural properties. Hij zet zijn onderzoek naar vlindervleugels
voort in een samenwerkingsverband met de University of Antioquia.
Noot voor de pers
Prof.dr. Doekele Stavenga (de promotor van Giraldo). Tel.: (werk):
050-363 4785. E-mail: d.g.stavenga@rug.nl
Rijksuniversiteit Groningen