Kleurvorming bij vlindervleugels

Bijna nergens in de natuur kom je zoveel kleurenpracht tegen als op de vleugels van vlinders. Toch weten wetenschappers nog steeds niet goed hoe deze kleuren precies gevormd worden. Marco Giraldo onderzocht daarom de structuur van het vleugeloppervlak van het koolwitje en andere vlindersoorten. Hij ontdekte onder andere waarom Europese koolwitjes vaker blauwtjes lopen dan Japanse koolwitjes. Giraldo promoveert op 25 januari 2007 aan de Rijksuniversiteit Groningen.

De kleuren op vlindervleugels dienen als een soort uithangbord. Vlinders kunnen via de patronen op de vleugels op een relatief grote afstand soortgenoten herkennen en mannetjes van vrouwtjes onderscheiden - wat wel zo handig is bij het zoeken van een partner. Als in een pointilistisch schilderij is het vleugeloppervlak samengesteld uit een grote verzameling gekleurde punten, de schubben, die zo'n 50 bij 250 micrometer groot zijn. Wetenschappers weten echter nog maar heel weinig over hoe de kleuren op de vleugels gevormd worden. Wel is bekend dat er op twee verschillende manieren kleuren ontstaan: via pigmenten en via nanostructuren op de schubben, die ervoor zorgen dat licht op een soms spectaculaire manier verstrooid wordt. Deze zogenaamde structuurkleuren zijn goed waar te nemen bij de zogenaamde morphovlinders uit de Zuid-Amerikaanse regenwouden.

Marco Giraldo heeft in detail gekeken naar de structuur en de pigmenten van vleugels van het koolwitje en andere soorten 'witjes' (die de familie Pieridae vormen). De natuurkundige koos voor de witjes omdat deze vlindersoorten relatief eenvoudige kleuren hebben. Door het vergelijken van de schubstructuur van verschillende soorten via electronenmicroscopie kwam hij erachter hoe de kleurvorming bij witjes precies wordt veroorzaakt. Giraldo maakte voor het eerst duidelijk hoe de kleur van deze vlinders beïnvloed wordt door de nanostructurele eigenschappen.

Alhoewel de ruimtelijke structuur van een schub afhangt van de vlindersoort, zijn er een aantal gemeenschappelijke karakteristieken: Een schub bestaat uit twee lagen, verbonden door pilaren. De onderlaag is vrijwel vlak en zonder structuur, maar de bovenlaag wordt gevormd door een groot aantal langgerekte en parallele richels, met een onderlinge afstand van een tot twee micrometer. De kleur wordt bepaald door de lichtverstrooiing aan de schubstructuren en door de absorptie van licht door eventueel aanwezige pigmenten. De pigmenten bij het koolwitje absorberen bijvoorbeeld sterk ultraviolet en bij de citroenvlinder blauw licht, maar daarnaast verstrooien ze ook sterk wit respectievelijk geel licht.

Giraldo ontdekte onder andere dat de vleugels van witjes op een verbazingwekkend effectieve manier geconstrueerd zijn. Aan beide kanten van de vleugels zitten twee laagjes met overlappende schubben die licht reflecteren. Hoe meer schubben, hoe meer licht er gereflecteerd wordt. Die lichtreflectie is heel belangrijk, omdat je graag zichtbaar wilt worden als vlinder. Giraldo ontdekte dat deze twee lagen een optimale constructie vormen: bij meer dan twee schublagen wordt de reflectie nog wel iets beter, maar de zwaarte van de vleugel neemt dan onevenredig toe.

Giraldo ontdekte ook waarom Japanse mannetjeskoolwitjes beter zijn in het herkennen van vrouwtjes dan Europese koolwitjes, die zich nog al eens vergissen op dit terrein. Dit komt doordat de vleugels van Japanse mannetjes- en vrouwtjeskoolwitjes, in tegenstelling tot hun Europese familieleden, op een subtiele wijze verschillen: de schubben op de vleugels van de Japanse vrouwtjeskoolwitjes missen specifieke pigmentkorrels, die ervoor zorgen dat UV-licht geabsorbeerd wordt. Deze pigmentkorrels zijn er wel bij de mannetjes (en ook bij beide sexen van de Europese koolwitjes). Door dit verschil is het voor Japanse mannetjeskoolwitjes, die, in tegenstelling tot mensen, UV-licht kunnen waarnemen, makkelijker om mannetjes van vrouwtjes te onderscheiden.

Met de kennis die voortgevloeid is uit het onderzoek van Giraldo kunnen er nieuwe kleurmethodes ontwikkeld worden. Met de nanostructuren die afgekeken worden van vlinders kunnen er mogelijk indrukwekkende optische effecten gegeven worden aan zaken als verf, lak, cosmetica, verpakkingen en kleding. De industrie volgt dan ook het vlindervleugelonderzoek met grote interesse.

Marco Antonio Giraldo (Colombia, 1978) studeerde natuurkunde aan de University of Antioquia in Medellin in zijn geboorteland. De titel van zijn proefschrift luidt: Butterfly wing scales - pigmentation and structural properties. Hij zet zijn onderzoek naar vlindervleugels voort in een samenwerkingsverband met de University of Antioquia.

Bron: Groenportaal