Biologen lüften komplexe optische Geheimnisse um die Färbung der Hahnenfußblüte

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Da das Licht, das durch die Stärkeschicht reflektiert wird, zweimal durch die Pigmente dringt, entsteht eine satte gelbe Färbung (Van der Kooi)

Sie ist vor allem für ihre intensive und glänzende gelbe Farbe bekannt: Seit über einem Jahrhundert haben Biologen versucht, herauszufinden, wieso sich die besondere Färbung der Hahnenfußblüte von anderen Blüten abhebt. Forschern der Universitäten Groningen in den Niederlanden und Lausanne in der Schweiz ist es nun gelungen, im Rahmen einer Studie neue Erkenntnisse über die optischen Besonderheiten der Blüte zu gewinnen. Die Ergebnisse der Studie werden am 22. Februar 2017 im Journal of the Royal Society Interface veröffentlicht.

Die Anatomie der Hahnenfußblütenblätter lieferte den ersten Hinweis für die Lösung des Farbgeheimnisses. Die Blütenblätter verfügen über eine Epidermis von der Dicke einer Zelle, die gelbe Pigmente beinhaltet und unter der sich eine Luftkammer befindet. Die Lichtspektren, die von dieser dünnen Zellschicht reflektiert werden, hat der niederländische Biologe Casper van der Kooi während seiner Doktorandenzeit an der Universität Groningen untersucht und gemessen. Aktuell arbeitet Van der Kooi an der Universität Lausanne.

“Wir haben entdeckt, dass die Zellschicht als eine Art dünner, optischer Film dient, ähnlich wie bei dem farberzeugenden Mechanismus von Öl auf Wasser oder einer Seifenblase“, so Van der Kooi. “Das Licht wird auf beiden Seiten der Epidermis reflektiert, an der Schnittstelle zwischen Zellen und Luft. Da die Zellschicht sehr glatt und dünn ist, entsteht eine optische Interferenz und ein weißer Schimmer, der die Blütenblätter so glänzen lässt.“

Diese Art von pigmentiertem, dünnem Film ist in der Welt der Pflanzen einzigartig. „Schmetterlinge sowie einige Vogelarten nutzen ähnliche Strukturen, um Farbe zu erzeugen“, so Van der Kooi weiter. “In der Flora jedoch sind die Hahnenfußblüten das einzig bekannte Beispiel dafür.” Die Struktur der Epidermis wurde schon früher beschrieben, doch Van der Kooi und seine Kollegen sind die ersten, die die Lichtspektren vermessen haben und daraus auf eine Zellschicht als optischen Film schließen konnten.

Neben der Luftkammer sind die Hahnenfußblüten noch mit einer weiteren einzigartigen Struktur ausgestattet: Einer Stärkeschicht, die ebenfalls Licht streut und es teilweise zurück durch die pigmentierte Epidermis reflektiert. „Da das Licht, das durch die Stärkeschicht reflektiert wird, zweimal durch die Pigmente dringt, entsteht eine satte gelbe Färbung“, so Van der Kooi.

Die Vorteile für die Pflanze in der Bildung solch komplexer Blütenblätter sind für Van der Kooi zweigeteilt. Einerseits kann die glänzende Reflexion der Blätter unter passenden Bedingungen und im richtigen Licht die Blüte für bestäubende Insekten von weitem sichtbar machen. Andererseits „folgt“ die Blüte der Sonne und kann mithilfe ihrer Form das Sonnenlicht direkt in das Zentrum der Blüte reflektieren, in dem die reproduktiven Strukturen angesiedelt sind.

“ Wir arbeiten aktuell an weiteren Messungen, aber unserer Hypothese nach erhöht das Licht die Temperatur der Fortpflanzungsorgane der Blüte, was die Reifung von Samen und Pollen unterstützt“, erklärt Van der Kooi. Bisherige Messungen anderer Forscher haben gezeigt, dass das Zentrum der Hahnenfußblüte um einige Grad wärmer sein kann als die Außentemperatur, was allerdings auch teilweise mit dem Schutzeffekt der Blätter vor Wind zusammenhängen kann.

Insgesamt scheint es, dass die Forscher das Mysterium rund um die Hahnenfußblüte lösen konnten: “Wir sind nun in der Lage, die Effekte der komplexen Blattanatomie zu erklären“, so Van der Kooi abschließend.

Referenzen:

van der Kooi CJ, Elzenga JTM, Dijksterhuis J, Stavenga DG. 2017. Functional optics of glossy buttercup flowers. Journal of the Royal Society Interface 20160933. dx.doi.org/10.1098/r­sif.2016.0933

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