Wie Schmetterlinge ihre Flügel durchsichtig machen
"Wir Menschen halten uns für so brillant, weil wir herausgefunden haben, wie man Glas mit einer Blendschutzbeschichtung versieht, aber Schmetterlinge haben das im Grunde schon vor Millionen von Jahren entdeckt." Das sagt der Direktor des US-Marine Biological Laboratory (MBL) Nipam Patel. Sein Team versucht, dem Geheimnis der natürlichen Tarntechnik beim Glasflügel-Schmetterling Greta oto auf die Schliche zu kommen. Was die Forschenden erforscht haben, ist jetzt im Journal of Experimental Biology nachzulesen.
Wie sie entstehen
Obwohl transparente Strukturen bei Tieren gut bekannt sind, treten sie bei aquatischen Organismen viel häufiger auf. "Es ist eine interessante biologische Frage, weil es einfach nicht so viele transparente Organismen an Land gibt", analysiert Hauptautor Aaron Pomerantz, Doktorand in Integrativer Biologie an der University of California, Berkeley. "Wir haben uns also gefragt, wie die transparenten Flügel entstehen."
Schmetterlingsflügel sind bekannt für ihre farbenfrohen Muster, die durch winzige, überlappende Chitinschuppen entstehen, die verschiedene Wellenlängen des Lichts reflektieren oder absorbieren, um Farben zu erzeugen. Diese Färbung der Schuppen ist gut erforscht, während die Transparenz bei landlebenden Schmetterlingen bisher nicht untersucht wurden. "Transparenz ist sozusagen das Gegenteil von Farbe", sagt er.
Fokus auf die Transparenz
Doktorvater und MBL-Direktor Patel beschloss also, "einige der transparenten Schmetterlings- und Mottenarten, die ich in meiner Sammlung hatte und die ich nie wirklich im Detail untersucht hatte, in den Kurs zu bringen". Eine Gruppe von Studenten stellte sich der Aufgabe und untersuchte die Flügel mit verschiedenen Mikroskopen. "Sie fanden heraus, dass so ziemlich jeder Weg, den man sich vorstellen kann, um einen Flügel durchsichtig zu machen, von irgendeinem Schmetterling oder einer Motte gefunden worden war."
Unterschiedliche Schuppen
"Was Greta oto macht, ist, weniger Schuppen zu bilden und zwar in dieser sehr unterschiedlichen, borstenartigen Form", erklärt Patel. "Aber die Schuppen aus dem Weg zu räumen, ist nur ein Teil des Problems, um Transparenz zu erzeugen. Aaron machte auch eine Reihe von Beobachtungen über Nanostrukturen auf dem Flügel, die Blendung bei hellem Sonnenlicht verhindern. "Wenn Licht auf diese kleinen Anordnungen von Nanostrukturen trifft, wird es nicht reflektiert - es geht direkt hindurch. Das sorgt also für eine viel bessere Transparenz", sagt er.
Wachsartig
Außergewöhnliche Flügelschuppen und Nanostrukturen sind nur ein Teil der Geschichte. Eine zweite Schicht aus wachsartigen Kohlenwasserstoff-Nanosäulen liegt auf der Flügeloberfläche und sorgt für weitere Antireflexionseigenschaften. Die Forscher untersuchten das Reflexionsvermögen der Flügel vor und nach dem Entfernen der Wachsschicht.
"Wir haben die Lichtmenge gemessen, die von den Flügeln reflektiert wurde", sagt Pomerantz. "Diese Experimente zeigten, dass diese obere Schicht sehr wichtig war, um die Blendung zu reduzieren." Bisher dachte man, dass sie in erster Linie dazu beitragen, ein Insekt vor dem Austrocknen zu bewahren. "Aber in diesem Fall scheint es, dass sie auch als Blendschutz verwendet werden."
Jetzt hofft Pomerantz, dass "wenn wir mehr darüber lernen, wie die Natur Nanostrukturen schafft, das für menschliche Anwendungen sehr aufschlussreich sein kann." Die Arbeit macht die Geheimnisse der natürlichen Transparenz jedenfalls deutlich weniger undurchsichtig.
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