Photonische Kristalle in den Schuppen des Chitinpanzers sorgen bei den Insekten f\u00fcr einzigartige Lichteffekte.<\/p>\n
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Farbstoffe sind zwar die naheliegendste M\u00f6glichkeit, das Leben bunt zu gestalten. Aber nicht nur der Pfau verdankt sein pr\u00e4chtiges Outfit haupts\u00e4chlich sogenannten Strukturfarben. Von speziellen Mikrostrukturen hervorgerufen, faszinieren solche Farben oft durch metallischen Glanz. Au\u00dferdem haben sie den Vorteil, dass sie nicht ausbleichen, manchmal sogar \u00fcber Jahrmillionen intakt bleiben. Das belegen zum Beispiel buntschillernde K\u00e4ferfossilien aus der \u00d6lschiefergrube Messel bei Darmstadt. K\u00e4fer halten bislang auch das Monopol f\u00fcr photonische Kristalle. Peter Vukusic und Roy Sambles<\/a> von der University of Exeter haben sie vor zehn Jahren in den winzigen Schuppen entdeckt, mit denen sich R\u00fcsselk\u00e4fer – \u00e4hnlich wie Schmetterlinge – einzukleiden pflegen. In diesen Schuppen aus Chitin sind Nanostrukturen, die den Weg von Lichtwellen beeinflussen, in dreidimensionalen Mustern angeordnet, \u00e4hnlich wie die Atome oder Molek\u00fclen in einem Kristallgitter.<\/p>\n Der Chitinpanzer der meisten Insekten gl\u00e4nzt mit Hilfe von Strukturfarben, ohne dass photonische Kristalle beteiligt sind. Manche K\u00e4fer lassen das Licht auf hauchd\u00fcnne Rillen fallen, die dann als Beugungsgitter wirken. Am h\u00e4ufigsten arbeiten Insekten jedoch mit Stapeln von hauchd\u00fcnnen Pl\u00e4ttchen, die Licht reflektieren. Die Lichtwellen \u00fcberlagern sich dann derart, dass bestimmte Wellenl\u00e4ngen ausgel\u00f6scht werden. Welche das sind, h\u00e4ngt davon ab, in welchem Winkel das Licht einf\u00e4llt. Je nach Blickwinkel ergeben sich deshalb unterschiedliche Farbt\u00f6ne. Die photonischen Kristalle der R\u00fcsselk\u00e4fer sind in jeder einzelnen Schuppe vielseitig aufgestellt. Dadurch erscheint ihr Farbton aus jedem Blickwinkel gleich, was f\u00fcr Warnfarben ebenso n\u00fctzlich sein kann wie f\u00fcr Tarnfarben.<\/p>\n In der Evolution der R\u00fcsselk\u00e4fer – von denen viele wie Kornk\u00e4fer und Haselnussbohrer eher trist gef\u00e4rbt sind – scheinen photonische Kristalle nur ein einziges Mal entstanden zu sein, sich dann aber vielf\u00e4ltig entwickelt zu haben. Dieses Fazit pr\u00e4sentierte Ainsley Seago von der Australian National Insect Collection in Canberra<\/a> k\u00fcrzlich auf der Jahrestagung der Evolutionsbiologen \u201eEvolution 2013\u201c<\/a> in Snowbird, Utah. Wie die Zeitschrift \u201eScience\u201c (Bd. 341, S. 120)<\/a> berichtet, nahmen Seago und ihre Kollegen 64 Arten aus der gro\u00dfen Familie der R\u00fcsselk\u00e4fer genauer unter die Lupe. Zun\u00e4chst studierten sie die mehr oder minder farbenfrohen Schuppen ihrer Forschungsobjekte unter dem Raster-Elektronenmikroskop und unterzogen die photonischen Kristalle zus\u00e4tzlich einer R\u00f6ntgenstrukturanalyse. Um die verwandtschaftlichen Beziehungen zwischen den verschiedenartigen R\u00fcsselk\u00e4fern zu kl\u00e4ren, verwendeten sie Verfahren der Molekulargenetik.<\/p>\n Der so erstellte Stammbaum zeigt, dass einige urt\u00fcmliche Spr\u00f6sslinge der R\u00fcsselk\u00e4ferfamilie mutma\u00dfliche Vorl\u00e4ufer der photonischen Kristalle mit sich herumtragen: Manche ihrer Schuppen enthalten ein schwammartiges Chitinger\u00fcst, das Licht in alle Richtungen streut und dadurch wei\u00dfe Flecken erzeugt. Mit derartigen Sprenkeln sind K\u00e4fer, die im Erdreich oder in vermoderndem Holz leben, wahrscheinlich gut getarnt. Echte photonische Kristalle finden sich jedoch nur in einem j\u00fcngeren Zweig der Familie, den Dickmaulr\u00fcsslern (Otiorhynchinae). Als sie auf gr\u00fcne Pflanzen umstiegen, war neue Tarnkleidung gefragt. In ihren Schuppen bildeten sich allm\u00e4hlich wohlgeordnete Strukturen heraus, deren Arrangement dem Kristallgitter von Diamanten \u00e4hnelte. Passend zum neuen Ambiente lieferten diese Kristalle aus Chitin leuchtende Gr\u00fcnt\u00f6ne, wie sie heutzutage zum Beispiel f\u00fcr Blattnager (Gattung Phyllobius) typisch sind.<\/p>\n Mit der Zeit entwickelten sich weitere Varianten der Kristallstruktur, die den R\u00fcsselk\u00e4fern neue \u00f6kologische Nischen er\u00f6ffnet haben. Wie die photonischen Kristalle in den K\u00e4ferschuppen entstehen, w\u00e4hrend das Tier noch in seiner Puppenh\u00fclle steckt, ist bislang ein R\u00e4tsel. Wom\u00f6glich, so vermutet Seago, stellen die lebenden Zellen der heranwachsenden Schuppen passend platzierte Membranen bereit, die als Bauger\u00fcst dienen. Von einschl\u00e4gigen Untersuchungen verspricht sich Seago k\u00fcnftig Einblicke in die biologischen Werkst\u00e4tten f\u00fcr photonische Kristalle. Angesichts pr\u00e4chtig bunter R\u00fcsselk\u00e4fer hat sie aber noch weitere Projekte im Sinn. Wenn der Entstehungsprozess in den K\u00e4ferschuppen bekannt ist, so hofft sie, lassen sich eines Tages vielleicht auch k\u00fcnstlich solche Kristalle herstellen: umweltfreundlich, biologisch abbaubar – und trotzdem mit einer exquisit leuchtenden Farbpalette.<\/p>\nAuf optischen Irrwege im Panzer<\/h2>\n
R\u00fcsselk\u00e4fer zum R\u00f6ntgen<\/h2>\n