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31.01.2007

Das Geheimnis der weißen Käfer

Forscher entdecken, wie die Insekten mit wenig Materialaufwand ein extrem reines Weiß erzeugen

Er ist heller als Milch, und Zahnschmelz lässt er gleich um Längen hinter sich: Der weiße Panzer asiatischer Mistkäfer ist nicht nur eines der wenigen Beispiele für ein weißes Material im Tierreich, sondern er ist auch sehr viel weißer als die meisten anderen, natürlichen weißen Substanzen. Und auch künstlichen Stoffen haben die Käferhüllen etwas voraus, denn sie erreichen ihr blendendes Weiß mit einem sehr viel geringeren Materialaufwand. Den Trick dahinter haben nun britische Forscher aufgespürt: Die Käfer kultivieren in ihrem dünnen Panzer eine ganz besondere Form der Unordnung.

Käfer mit Panzer, Foto: P. Vukusic, University of Exeter
Käfer mit Panzer, Foto: P. Vukusic, University of Exeter
Kontrollierte Unordnung, Foto: P. Vukusic, University of Exeter
Kontrollierte Unordnung, Foto: P. Vukusic, University of Exeter
 

Reines Weiß gehört im Tierreich zu den eher unbeliebten Farben – aus gutem Grund, schließlich leben nur wenige Tiere in einer hellen Umgebung und würden daher mit einem weißen Fell-, Feder- oder Schuppenkleid extrem auffallen. Das gilt jedoch nicht für Käfer der Gattung Cyphochilus: Sie bewohnen weiße Pilze und sind mit ihrem weißen Panzer daher gut getarnt.

Ein derartiges weißes Gewand zu kreieren, ist allerdings gar nicht so einfach. Weiße Pigmente, die den Käferpanzer färben könnten, gibt es in der Natur praktisch nicht. Und auch den Trick mit den regelmäßig angeordneten photonischen Kristallen, dem Schmetterlinge und Pfauenfedern ihre intensiven Farben verdanken, können die Käfer nicht verwenden. Denn während diese Kristalle so konstruiert sind, dass sie den größten Teil des Sonnenlichts schlucken und nur einen bestimmten Wellenlängenbereich reflektieren, muss ein weißes Material das gesamte auftreffende Licht zurückwerfen.

Bei weißem Papier wird dieser Effekt beispielsweise erreicht, indem gebleichte Zellulosefasern kreuz und quer übereinandergelegt werden. Tatsächlich verwenden auch die Käfer ein ähnliches Prinzip, entdeckten nun Pete Vukusic und seine Kollegen aus dem britischen Exeter, als sie den Panzer der Krabbeltiere unter die Lupe oder vielmehr unters Elektronenmikroskop nahmen: Die übereinandergeschichteten Schuppen, aus denen der Panzer besteht, enthalten in ihrem Inneren ebenfalls ein wildes Durcheinander von miteinander vernetzten Fasern aus einem Material, das nur wenig Licht schluckt.

Etwa 70 Prozent des zur Verfügung stehenden Raums wird von diesen Fasern belegt, erklären die Forscher, die restlichen 30 Prozent sind für winzige Luftkammern reserviert. Auf diese Weise erreichen die Käfer hervorragende Reflexionseigenschaften ihrer Schuppen, so dass sie mit einer Panzerdicke von nur fünf tausendstel Millimetern ein ungewöhnlich reines Weiß erzeugen. Zum Vergleich: Um die gleiche Brillanz und Helligkeit zu erreichen, muss ein Blatt Papier fast 25-mal so dick sein.

Die Forscher sind begeistert von dem Käfertrick und denken schon darüber nach, wie sie ihn für künstliche Materialien ausnutzen könnten. Man könnte, so eine ihrer Visionen, beispielsweise weiße Leuchtdioden mit einem nachgeahmten Käferpanzer beschichten und so ihre Helligkeit und Farbe verbessern. Und auch Zahnpasta ließe sich mit einer solchen Substanz anreichern. Das Panzerimitat würde sich dann in einer extrem dünnen Schicht auf dem Zahnschmelz ablagern und das Gebiss blendend weiß erscheinen lassen – für ein besonders strahlendes Lächeln.