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31.07.2013

Flexible Farbigkeit unter Wasser

Forscher entschlüsseln ein weiteres Geheimnis der veränderlichen Farben von Kopffüßern

Es gibt kaum geheimnisvollere Tiere in der Tiefsee als Kalmare: Seefahrerlegenden erzählen von riesigen Exemplaren, die ganze Schiffsbesatzungen in die Tiefe gerissen haben sollen. Meeresforscher sind seit Jahrzehnten diesen Riesen auf der Spur. Doch in der zoologischen Klasse der Kopffüßer mit rund tausend Arten, zu denen neben dem Kalmar auch der Tintenfisch gehört, gibt es noch weitere Geheimnisse. Eines davon hat ein amerikanisches Wissenschaftlerteam nun gelüftet: Sie haben herausgefunden, wie die Tiere in Sekundenschnelle ihre Farbe verändern können.

Der Gemeine Kalmar ist im Mittelmeer, aber auch im Atlantik weit verbreitet und ist ein beliebter Speisefisch. Bezeichnet wird er auch als Tintenfisch. Foto: Hans Hillewaert, CC-Lizenz
Kalmar, Foto: Hans Hillewaert, CC-Lizenz

Die Färbung der Kopffüßer, die keineswegs riesenhaft sein müssen, sondern häufig nur armlang sind, kann von durchsichtig über Blau, Gelb und Grün bis hin zum Rot reichen. Durch rasche Farbwechsel sind die Tiere in der Lage, sich an den jeweiligen Hintergrund anzupassen. Auch können sie Farbmuster erzeugen, um gezielt Fressfeinde zu verwirren. Manche zeigen durch eine gestreifte Färbung an, dass sie paarungsbereit sind oder signalisieren durch Rot, wenn sie von potenziellen Partnern besser in Ruhe gelassen werden.

Dass die Farben nicht durch Pigmente zustande kommen, sondern durch Lichteffekte an Strukturen in der Haut, war schon länger bekannt. Unklar war bisher jedoch, wie diese Strukturen im Detail Farbe entstehen lassen und wie es zu diesen extrem schnellen Farbumschlägen kommt. Die Wissenschaftler von der Universität in Santa Barbara fanden nun im Gewebe der Tiere spezialisierte Zellen, die Falten in ihrer Außenmembran aufweisen, die sich tief in den Zellkörper hinein erstrecken.

Durch die Zugabe eines Botenstoffs konnten die Wissenschaftler die Farbe der Zellen von Gewebeproben gezielt steuern: Jedes Objekt auf dem Bild ist eine einzelne Zelle, der schwarze Fleck in der Mitte ist der Zellkern. Foto: UCSB
Kopffuesser, Foto: UCSB

Diese Falten in den Zellmembranen wirken als sogenannte Bragg-Reflektoren: Bei dieser Art der Reflexion werden die Lichtwellen an den regelmäßigen Strukturen gebeugt. Es kommt zu Überlagerung der Wellen und schließlich zur Reflexion des Lichts. Da der Effekt von der Wellenlänge abhängt, hängt von der Struktur der Falten auch die Farbe des reflektierten Lichts ab.

Eine solche Änderung der periodischen Lamellenstruktur wird über eine Kaskade von chemischen Reaktionen bewirkt, in deren Folge die Lamellen entweder Wasser aufnehmen oder abgeben, fanden die Wissenschaftler heraus. Auslöser ist ein Botenstoff, ein sogenannter Neurotransmitter, der in der Haut der Tiere abgegeben wird. "Die Präzision, mit der sich damit die Nanostruktur der Lamellen verändern lässt, ist verblüffend", erklärt Daniel Morse, einer der beteiligten Wissenschaftler.

Aus der Entdeckung könnten einmal auch technische Anwendung entstehen, glauben die Wissenschaftler: So könnten beispielsweise flexible Filter entstehen, die durch Zugabe von Botenstoffen gesteuert werden. Möglichkeiten sehen die Forscher auch überall in der Telekommunikation, wo durch Licht Informationen übertragen werden. (ud)