Farbton-Geheimnis von Schmetterlingsflügeln gelöst

Die Studie, die von Wissenschaftlern der University of California in Berkeley und des Marine Biological Laboratory in Woods Hole durchgeführt wurde, wurde im „eLife“ veröffentlicht. Dabei wird erklärt, wie sich der Farbton bei Schmetterlingen ändert.

Die Biologen erforschten die Schmetterlingsart „Junonia Coenia“ des Züchters, da diese normalerweise braun sind und durch selektive Paarung leuchtend blaue Flügel trugen. Sie nutzten die Gelegenheit, um herauszufinden, was die Farbänderung der winzigen, überlappenden Schuppen verursachte. Wie hat sich der Farbton verändert?

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass andere Junonia-Arten einen Regenbogen struktureller Farben erzeugen können. Sie ändern einfach die Dicke der unteren Schicht der Flügelschuppe (der Lamina), wodurch schillernde Farben wie bei einer Seifenblase entstehen.

Farbton ändert sich

Die häufig bei Schmetterlingen und anderen Tieren verwendeten Strukturfarben Blau und Grün werden durch mikroskopische Strukturen erzeugt. Sie interagieren mit Licht, intensivieren einige Farben und verringern andere. Im Gegensatz dazu wird die Pigmentfärbung durch Absorption bestimmter Farben (Wellenlängen) des Lichtes erzeugt und üblicherweise zur Erzeugung von Farben wie Gelb, Orange und Braun verwendet.

„Es war eine Überraschung, dass die Schicht, ein dünnes Blatt, das sehr einfach und schlicht aussieht, die wichtigste Quelle für strukturelle Farben in so vielen Schmetterlingsflügelschuppen ist“, sagt die leitende Autorin Rachel Thayer. Frühere Studien zur Strukturfärbung konzentrierten sich hauptsächlich auf einige extreme Beispiele. Sie hatten hauptsächlich die Analyse komplexer 3D-Formen auf der Oberseite der Skalen als Thema.

Zunächst zeigt das Team, dass das Blau in den Junonia-Flügeln tatsächlich eine strukturelle Farbe ist. Besagte Schicht erzeugt diesen Farbton. Dann verglichen sie diese blauen Schuppen mit braunen Wildtyp-Schuppen und fanden dieselbe Struktur. Jedoch die Schicht in den blauen Schuppen war etwa 75 Prozent dicker. Schließlich maßen sie die Schichtdicke bei neun Junonia-Arten und einer zehnten Art, Precis octavia. Dabei fanden die Forscher eine wichtige Beziehung zur Schuppenfarbe.

Schichtdicke ausschlaggebend

„Bei jeder Junonia-Art kam die Strukturfarbe von der Schicht. Und sie produzieren eine große Auswahl an Schichtdicken, die einen Regenbogen in verschiedenen Farben erzeugen. Von Gold über Magenta über Blau bis Grün“, sagt Thayer. Sie erklärt weiter: „Dies hilft uns zu verstehen, wie sich die Strukturfarbe über Millionen von Jahren entwickelt hat.“ Die Farbe verschiebt sich mit zunehmender Schichtdicke.

„Die Farbe beruht auf einer relativ einfachen Änderung der Skala: Der Dicke der Schicht“, sagt Co-Autor Nipam Patel (Marine Biological Laboratory). „Wir glauben, dass dies ein genetisch verfolgbares System sein wird, mit dem wir die Gene und Entwicklungsmechanismen identifizieren können.“ Sie identifizierten ein Gen, welches die Strukturfarben der Lamina regulieren kann.

Paarungs-Experiment

Es war ein Glück, dass die Schmetterlingsforscherin Edith Smith gerade Junonia-Schmetterlinge (Junonia coenia) für ihr Paarungsexperiment ausgewählt hatte. Aus verschiedenen Gründen ist es eine ideale Spezies, mit der Wissenschaftler arbeiten können. „Wir sequenzieren das Junonia-Genom und andere Labore arbeiten damit. Sie haben eine Reihe von experimentellen Werkzeugen und Protokollen entwickelt“, sagt Patel. „Und diese Art wächst im Labor konstant, da viele Schmetterlinge schwer zu züchten sind.“ (CS)