Een bont gezelschap

EEN BONTE

PARADE

De kleurenpracht van de natuur is een inspiratiebron geweest voor talloze schilders en er is geen natuurliefhebber die er géén oog voor heeft. De kleuren van dieren en planten spelen een enorme rol in de ervaring van natuur. Maar hoe stelt de natuur haar kleurenpalet samen? Wetenschapsjournalist Marcus Werner legt uit hoe de kleuren die wij zien in de natuur tot stand komen.

TEKST: MARCUS WERNER

iriserende structuren.

Iriserende kleuren, zoals die van de rug- en kopveren van de ijsvogel, vormen misschien wel de spectaculairste kleuren die in de natuur zijn te vinden. Het metaalblauw van de ijsvogel lijkt eerder kunstmatig opgewekt dan dat het thuishoort in de wereld van de biologie. Lange tijd tastten wetenschappers in het duister over de verklaring voor zulk iriserend blauw en ook vaak groen in de natuur. Onder meer door het werk van wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen begint hier verandering in te komen. Zo werden veren van de borst, rug en staart van ijsvogels geanalyseerd onder een elektronenmicroscoop. Alle drie de veertypes bevatten in de baardjes (de vertakkingen van de baarden van veren, die weer vertakkingen zijn van de veerschacht) aan de basis van de veerschacht korrels van het zwarte pigment melanine. Dat verklaarde de grijze of grijs-zwarte kleur van de onderste delen van de veren. In de borstveren zaten de baardjes aan het uiteinde van de veer vol korrels oranje pigment, een verklaring voor het matte oranje van de ijsvogelborst. Maar in de baardjes van de veeruiteinden van rug- en staartveren van de ijsvogel zaten geen pigmentkorrels. Deze lieten een sponsachtig binnenste zien van holtes en schotten van enkele duizendsten van een millimeter groot. Het bleek dat weerkaatsing en verstrooiing van licht in deze zogeheten fotonische structuren in de verder kleurloze baardjes het iriserend blauw opwekt. INFORMATIEF

INFORMATIEF

spiegeltje, spiegeltje .

Een in het bos fladderend mannetje van de citroenvlinder valt op tientallen meters afstand al op. Dat komt in de eerste plaats door de gele kleur van de bovenkant van de vleugels van het mannetje (die van het vrouwtje zijn bleek geelgroen). Zoals vaker bij vlinders wordt de vleugelkleur voornamelijk bepaald door pigmenten in de minuscule schubben die het vleugeloppervlak bedekken. De vleugelschubben lijken weliswaar op visschubben, maar zijn veel ingewikkelder gebouwd. Meestal zit er op een platte en massieve onderschub een dunne lamelvormige tweede schub. In die bovenste schub zitten microscopische richels en dwarsverbindingen. Binnen de vlinderfamilie van de witjes, waartoe de citroenvlinder behoort, lopen de richels en dwarsverbindingen kriskras door elkaar en

bloemen met lipgloss.

De kleuren van de meeste bloemen uit het plantenrijk zijn het resultaat van korrels pigment in de cellen van de bloembladeren. Die geven de bloem zijn verzadigde matte kleur. Sommige bloemen hebben echter een extra intense kleur. De boterbloem is met zijn ‘geler dan geelbloemen’ hier een voorbeeld van. Onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen maten met speciale optische apparatuur de lichtabsorptie en -verstrooiing van de bloembladeren van boterbloemen en bestudeerden stukjes bloemblad onder een elektronenmicroscoop. Net zoals bij andere bloemen ontlenen boterbloemen hun matte basiskleur aan in de cellen van de bloembladen opgehoopte pigmenten, in dit geval gelige carotenoïden. Maar bijzonder aan de boterbloem is dat tussen de opperhuid van de bloembladen en de onderliggende cellen een dunne luchtlaag is te vinden. De opperhuid, één laag cellen dik en eveneens gevuld met carotenoïden, blijkt in combinatie met de luchtlaag te werken - ongeveer zoals een olielaag op een oppervlak, lipgloss op menselijke lippen bijvoorbeeld. Licht aan beide kanten van de cellaag, op de grens tussen cellen en

ADOBE

lucht, wordt weerkaatst. Dit levert een bijzondere glans op. Omdat witte zetmeelkorrels in de cellen onder de luchtlaag óók licht weerkaatsen, reist licht twee keer door de opperhuid. De glans en de weerkaatsing in het binnenste van het bloemblad hebben een kleurversterkend effect.

verstrooien licht naar alle kanten. Dit geeft bij afwezigheid van pigment in de onderschubben het karakteristieke wit van de vleugels waaraan de vlindergroep zijn naam dankt. Mét pigment ontstaat een pastelkleur – geel in het geval van de citroenvlinder – door de stof xanthopterine. Maar er is nóg iets dat het geel van het citroenvlindermannetje extra doet oplichten. Zoals intussen bij een reeks vlindersoorten is ontdekt, zijn in de bovenschubben de richels in parallelle lagen geordend. Daardoor gaan zij onder een bepaalde hoek invallend licht sterk weerkaatsen. Met zijn microscopische spiegeltjes op de vleugels haalt de citroenvlinder dezelfde truc uit als de gele reflectiestrips op de werkkleding van bijvoorbeeld wegwerkers.

chemische lichtval .

‘Groen’ wordt vaak gebruikt als een ander woord voor ‘natuur’, die door de meeste mensen als prettig wordt ervaren. Geen wonder, want in natuurlijke of halfnatuurlijke gebieden is veel groen door de planten die er groeien. Dat planten als lamsoor een groene kleur hebben, heeft niets te maken met eventuele voorkeuren van mensen, maar met een chemisch proces dat voor planten letterlijk van levensbelang is. Groene planten in de natuur gebruiken energie uit zonlicht om koolhydraten te maken uit water en koolstofdioxide uit de lucht. Die koolhydraten vormen de brandstof voor álle levensprocessen van planten: de vorming van chemische bouwstenen als eiwitten en cellulose waaruit planten zijn opgebouwd, de groei en uiteindelijk nakomelingen, nieuwe planten dus. Planten halen energie uit licht met het bijzondere biologische molecuul chlorofyl; bladgroenkorrels in bladeren van planten. Ook andere delen van de plant zitten er vol mee. De chemische structuur van chlorofyl is zo uitgekiend dat het zoveel mogelijk energie uit zonlicht haalt. Blauw licht uit het ‘spectrum’ van lichtkleuren in normaal licht is het meest energetisch en daarom wordt voornamelijk dit licht door chlorofyl opgenomen. De overgebleven kleuren worden teruggekaatst en dit geeft een groene kleur. Het groen van planten is te danken aan een efficiënte chemische lichtval.

intens rood.

peper en zout.

Wetenschappers braken zich al langer het hoofd over waarom klaproosbloemen zo’n intense rode kleur hebben, terwijl de bloembladen van deze plant maar drie cellagen dik zijn. Weinig ruimte om grote hoeveelheden pigmentcellen in op te slaan, zo leek het, om door de weerkaatsing van rood licht het diepe rood te veroorzaken. Het antwoord op het klaproosmysterie werd opnieuw geleverd door optisch en elektronenmicroscopisch onderzoek aan de Rijksuniversiteit Groningen. Bij de klaproos blijken de buitenste lagen cellen van de bloembladen uitzonderlijk veel pigment te bevatten, een zogeheten anthocyanine. Dit verklaarde deels de intense kleur. Het geheim van het intense klaproosrood blijkt echter te liggen in de middelste cellaag. Hierin weerkaatsen met lucht gevulde ongekleurde cellen (met kronkelige tussenliggende celwanden) het door het bloemblad reizend licht in alle richtingen. Dit licht treft zo opnieuw het in de buitenste cellagen opgehoopte pigment, met als resultaat een kleurversterkend effect als dat van de boterbloem. Dit leverteen bijzondere glans op.

ADOBE

Omdat witte zetmeelkorrels in de cellen onder de luchtlaag óók licht weerkaatsen, reist licht twee keer door de opperhuid. De glans en de weerkaatsing in het binnenste van het bloemblad hebben een kleurversterkend effect.

MARCEL VAN KAMMEN De vacht van veel wilde zoogdieren is grijsbruin met een donkere ‘spikkeling’. Volgens wetenschappers is deze vachtkleur, agouti genaamd, de meest oorspronkelijke. Alle andere vachtkleuren van zoogdieren zijn hiervan afgeleid. Dit komt door slechts twee pigmenten die in de haren van alle zoogdieren zijn te vinden: eumelanine en phaeomelanine. In een agouti-gekleurde vacht wisselen per haar banden eumelanine (zwart/bruin) en phaeomelanine (rood/ geel) elkaar af. Het effect is dat de vacht in zijn geheel grijsbruin kleurt. Het spikkeleffect ontstaat doordat van individuele haren aan het oppervlak van de vacht soms een eumelanineband is te zien en soms een phaeomelanineband. Andere vachtkleuren van zoogdieren zijn het resultaat van veranderingen in de verhouding tussen eumelanine- en phaeomelaninebanden in de haren. Deze zijn deels genetisch bepaald en deels afhankelijk van omgevingsomstandigheden. Naarmate het aantal banden phaeomelanine afneemt, kleurt de vacht naar bruin en uiteindelijk zwart. Andersom kleurt de vacht, wanneer het aantal banden eumelanine afneemt, naar roodbruin. Verdere ‘bleking’ van beide typen melanine levert lichtgrijze, zilveren en uiteindelijk witte haren, dan wel rode, oranje en crèmekleurige haren. Bij de ree is in winter de vacht van rug, flanken, hals en kop min of meer agouti-gekleurd. De buik is grijswit door bleking van phaeomelaninebanden en in iets mindere mate van eumelaninebanden. De omgeving van de anus is door nog verdere bleking geheel wit. In de zomer is de vacht door meer phaeomelaninebanden opvallend roodbruin. Buik en spiegel zijn eveneens door bleking lichter, maar met een gelige tint omdat relatief meer eumelanine is verdwenen.

INFORMATIEF

Hoewel de kleur blauw alomtegenwoordig is in de zichtbare natuurlijk wereld om ons heen - de lucht is blauw, zeeën, meren en rivieren zijn blauw - is ‘echt’ blauw in de dierenwereld opmerkelijk zeldzaam. Een reden hiervoor is dat er van nature heel weinig blauw gekleurde mineralen zijn. Zo ontdekten mensen honderdduizend jaar geleden rode en gele okers voor hun rotstekeningen, maar wisten pas in de zesde eeuw voor Christus uit de blauwe halfedelsteen lapis lazuli kleurstof te maken. Om bijvoorbeeld blauwe veren te krijgen via het voedsel, zoals flamingo’s roze kleuren door hun dieet van garnalen vol rode zogeheten carotenoïden, is er in de natuur nauwelijks iets voorhanden. Planten en dieren gaan het maken van blauwe pigmenten uit de weg vanwege de fysica van licht, zo lijkt het. Wil een chemische stof werkelijk blauw kleuren, dan is het nodig dat de stof rood licht absorbeert en daaruit energie opneemt, om dat vervolgens als blauw licht uit te zenden. Omdat rood licht weinig energie bevat, zijn voor deze truc complexe moleculen nodig die voor een plant of dier kostbaar zijn om te maken. Bij planten heeft minder dan 10% van de driehonderdduizend soorten blauwe bloemen en daarbij is de kleur het resultaat van het mengen van anders gekleurde pigmenten, zoals een schilder kleuren mengt. Onder dieren zijn blauwe veren, zoals bij de blauwborst, nagenoeg altijd te wijten aan microscopische structuren daarin of geven zij door reflecties de illusie van blauw.

true blue.