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24.11.2004

Warum Seeschnecken so farbenprächtig schimmern

Gleich zwei optische Tricks sorgen für die Schillereffekte.

Seeschnecken der Gattung Haliotis werfen sich ganz schön in Schale: Je nach Betrachtungswinkel schimmert und schillert ihr Gehäuse in ganz unterschiedlichen Farben, von zartem Rosa bis zu einem satten Blau-Grün. Bei diesem Effekt sind gleich zwei optische Tricks im Spiel, haben Forscher aus Singapur entdeckt: Rillen auf ihrer Schalenoberfläche beugen das auftreffende Licht, während es gleichzeitig an Stapeln winziger Perlmuttplättchen im Inneren der Schale reflektiert wird und dabei ein Interferenzmuster erzeugt.

Weichtiere wie die Seeohren Haliotis glabra haben ihre Schale sozusagen im Blut. Denn dieses enthält im Vergleich zu dem der meisten anderen Tiere sehr viel Kalzium. Wenn sich dieses Mineral in den Zellen des Mantelgewebes anreichert, bilden sich dort Kalziumcarbonatkristalle, der Hauptbestandteil der wunderschön schimmernden Schale.

Farbgebung bei Meeresschnecken. Foto: Augustine Tan
Farbgebung bei Meeresschnecken. Foto: Augustine Tan

Um dem Geheimnis des besonderen Schimmerns auf die Spur zu kommen, schauten sich Augustine Tan und seine Kollegen von der Technischen Universität in Nanyang die Schale unter einem Rasterelektronenmikroskop sehr genau an – und erlebten eine Überraschung: Die äußerste Schicht, auch Periostrakum genannt, ist gar nicht so glatt, wie der samtige Schimmer vermuten lässt. Vielmehr ist sie von vielen – allerdings mikroskopisch kleinen – Furchen durchzogen. Diese Riefen bilden eine Art Karo-Muster, wobei der Abstand zwischen zwei Rillen in der einen Richtung deutlich größer ist als in der anderen.

Diese Struktur ist kein Zufall, stellten die Forscher bei der weiteren Untersuchung fest: Als sie nämlich die Rillen mit Laserlicht bestrahlten, sahen sie ein Muster aus ganz speziell angeordneten Linien und Punkten. Solche Muster entstehen durch die so genannte Beugung dann, wenn Lichtwellen an Hindernissen abgelenkt werden und sich die dadurch entstehenden neuen Wellen überlagern. Dabei kommt es zu Interferenz-Effekten: In einigen Bereichen verstärkt sich die Lichtintensität, während sich an anderen Stellen die überlagerten Wellen gegenseitig auslöschen. Auf diese Weise verschwinden einige Wellenlängen des auf die Schale auftreffenden weißen Lichts und das Material erscheint farbig.

Doch damit sind die optischen Tricks von Haliotis noch nicht erschöpft, entdeckten die Wissenschaftler. Denn die tieferen Schichten der Schale tragen ebenfalls zu den irisierenden Farbeffekten bei: Sie enthalten aufeinander gestapelte, extrem dünne Schichten winziger Plättchen aus Aragonit, einer besonderen Form von Kalk. Dazwischen befinden sich wie eine Art organischer Mörtel noch dünnere Lagen von Conchiolin, einer sehr harten Mischung aus Chitin und Proteinen.

Fällt nun Licht auf diese schindelartige Struktur, wird es von den Kristallplättchen reflektiert. Doch da nicht nur eine, sondern mehrere Schichten das Licht zurückwerfen, passiert etwas ähnliches wie bei der Beugung: Überall dort, wo sich mehrere zurückgeworfene Lichtwellen treffen, kommt es ebenfalls zu Interferenz. Welche Wellenlängen dabei vom Auge wahrgenommen werden, verändert sich, je nachdem, in welchem Winkel sich der Betrachter zur Schale befindet.