See-Saphire – erst leuchtend blau, dann unsichtbar

12.10.2015 (11:06) von | Kategorie: W & W
Das Schillern der winzigen Sapphirinidae, das durch eine Anordnung regulärer Reihen dünner, transparenter Kristallplättchen entsteht, ist gleichzeitig auch das Geheimnis ihrer Unsichtbarkeit.  (© Weizmann Institut Israel)

Das Schillern der winzigen Sapphirinidae, das durch eine Anordnung regulärer Reihen dünner, transparenter Kristallplättchen entsteht, ist gleichzeitig auch das Geheimnis ihrer Unsichtbarkeit. (© Weizmann Institut Israel)

REHOVOT/EILAT (wi) – Der Trick winziger Ozeangeschöpfe, die sich See-Saphire nennen: Einen Moment lang leuchten sie in blau-lila-grünen Schattierungen und im nächsten Moment sind sie nicht mehr zu sehen (die blauen See-Saphire werden völlig unsichtbar). Wie machen sie das? Woher kommen diese leuchtenden Farben und wie verschwinden sie so plötzlich? Eine neue Forschungsarbeit des Weizmann Instituts für Wissenschaft hat das Rätsel dieser bunten, verschwindenden Geschöpfe, deren wissenschaftlicher Name Sapphirinidae lautet, lösen können. Die Ergebnisse, die kürzlich im Journal of the American Chemical Society erschienen, könnten zur Entwicklung neuer optischer Technologien führen.

Sapphirinidae gehören zu einer Untergruppe der Krebstiere, die sich Copepoda oder Ruderfußkrebse nennen. Sie leben in Seen oder Ozeanen. Für das menschliche Auge sind diese winzigen Lebewesen kaum erkennbar, denn sie sind nur einen oder wenige Millimeter lang. Es sind die männlichen Sapphirinidae mit den hell schillernden Farben. Die Weibchen der Sapphirinidae sind durchsichtig. Wissenschaftler meinen, dass dieser einzigartige Zaubertrick den Sapphirinidae ihnen bei der Flucht vor Feinden hilft, aber sie zeigen ihre leuchtenden Farben auch, wenn sich ein Weibchen ihrer Art – oder ein anderes Männchen – in der Nähe befindet.

Die Wissenschaftler, Prof. Lia Addadi und Prof. Steve Weiner sowie Dvir Gur und Maria Pierantoni aus dem Fachbereich Strukturbiologie am Weizmann Institut, Prof. Dan Oron und Ben Leshem aus dem Fachbereich Physik Komplexer Systeme und Dr. Viviana Farstey vom Interuniversity Institute for Marine Sciences in Eilat, Israel, untersuchten den Aufbau der Kristallschichten des Rückenpanzers der männlichen Sapphirinidae unterschiedlicher Arten. Sie führten zuerst Messungen der Reflexion durch, welche die Farbe festlegt, und dann wandten sie eine mikroskopische Methode an, die sich cryo-SEM nennt und betrachteten die Anordnung der Kristalle und das Zellmaterial, welches diese Kristalle an Ort und Stelle hält.

Diese schillernden Farben entstehen durch eine Lichtreflexion auf sich wiederholenden Strukturen. Diese mehrschichtigen Reflektoren – eine Struktur, die Wissenschaftler photonische Kristalle nennen – bestehen aus dünnen, transparenten Guanin-Kristallen. Guanin ist einer der Nukleinsäurebausteine der DNS.

Die Forschungsgruppe fand heraus, dass die Guaninplättchen in den Sapphirinidae in sehr präzisen, wiederkehrenden Reihen angeordnet sind. Aber wie werden die einzigartigen Farben der einzelnen Arten festgelegt? Ihre Untersuchung enthüllte, dass der Hauptgrund für das gelbe, blaue oder lilafarbene Leuchten des Tierchens in den Abständen zwischen den einzelnen Plättchen zu finden ist und von den dünnen Schichten des Zellmaterials zwischen ihnen bestimmt wird.

Die Forscher konnten außerdem zeigen, wie diese komplexe Anordnung der Plättchen es einigen Sapphirinidae ermöglicht, völlig zu verschwinden: Wenn bestimmte Arten der männlichen Sapphirinidae bei einem spiralenförmigen Schwimm-Manöver ihren Rücken in einem 45-Grad-Winkel zum Licht drehen, wird die Wellenlänge des reflektierten Lichts in das unsichtbare Ultraviolett verschoben und somit für unser Auge nicht mehr erkennbar. Im Gegensatz dazu bringt direkt einschlagendes Licht die schöne blaue Farbe erneut zurück. Im Licht des Ozeans, das von oben einschlägt, kann dieses winzige Geschöpf die Sichtbarkeit, von Neonfarben bis zur hin zu völliger Unsichtbarkeit, mit seinem Ruder beeinflussen.

Der Abstand zwischen den Plättchen fungiert als eine Art „Einstellung“ für die Wellenlänge des Lichts und kontrolliert somit die Farbe des Tierchens: Je näher die Plättchen beieinander liegen, desto kürzer ist die Wellenlänge, d.h. desto blauer ist das Licht, welches von ihnen reflektiert wird. Diese raffinierte Strategie der Lichtmanipulierung, meinen die Wissenschaftler, könnte beim Design künstlicher, photonischer Kristallstrukturen eingesetzt werden – Nanostrukturen, die den Photonenfluss manipulieren können. Dies könnte diverse potenzielle Anwendungen bieten, wie beispielsweise anpassungsfähige und auswechselbare reflektierende Beschichtungen und somit Spiegel und Displays verbessern.

(Weizmann Institut Israel)

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