Pfauenfedern, Schmetterlingsflügel und bunt schillernde Bakterien: Forscher gehen der Genetik der irisierenden Farben auf den Grund.
Cambridge/Wien.Pfauenfedern leuchten in lebhaft schillernder Farbenpracht, ebenso wie die erfinderisch gemusterten Flügelpaare zahlreicher Schmetterlingsarten oder die dicken Panzer einiger Käfer. Doch wie die Natur ihren poppigen Schiller malt, ist weitgehend unbekannt. Wissenschafter der britischen Universität Cambridge haben den genetischen Code für die lebende Buntheit ein Stück weit entschlüsselt. Es sei die erste Studie zur Genetik der strukturellen Farbgebung, berichtet das Team in den "Proceedings" der US-Akademie der Wissenschaften (PNAS).
Villads Egede Johansen vom Institut für Chemie der Universität Cambridge und seine Kollegen haben bestimmte Bakterien aus dem Hafenbecken von Rotterdam untersucht. Es handelt sich dabei um Flavobakterien, die zu metallisch leuchtenden, gelben, grünen, roten, rosa-violetten oder blauen Flächen-Kolonien heranwachsen.
Farben entstehen auf unterschiedliche Art und Weise. Am geläufigsten sind die Farbpigmente - farbgebende Substanzen, deren molekulare Struktur bestimmte Lichtwellenlängen reflektiert. Das irisierende Blau des Morphofalters (siehe Foto) und das intensive Grün der Pfauenfedern entstehen aber nicht über Pigmente, sondern durch die winzigen Nanostrukturen der Flügel und Federn. Auf sie fallen sichtbare Lichtwellen nicht einfach ein, sondern sie überlagern sich, wenn sie reflektiert werden. Dabei entstehen außergewöhnlich dynamische Farbeffekte. Im Tierreich bietet das evolutionäre Vorteile - ob zur Tarnung, Wärmeregulierung, Photosynthese oder zur sexuellen Selektion. Wenig bekannt ist jedoch, wie die Evolution solche Farbenpracht erzeugt. Das Flavobakterien-Modell wirft Licht auf das Rätsel. "Das Wachstum der einzelnen Bakterien folgt einem genetischen Programm, das ihnen vorgibt, sich in einem bestimmten Verhältnis zu einander zu organisieren und aneinander zu binden. Das Ergebnis der Zellteilung dieser Flavobakterien ist eine Struktur, die der Kolonie insgesamt eine schillernde Farbe verleiht, wenn Licht auf sie einfällt", erläutert Johansen im Telefonat mit der "Wiener Zeitung".
Farben, die von selbst wachsen
Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit dem niederländischen Biotech-Unternehmen Hoekemine BV durchgeführt, das den Einsatz von Mikoorganismen in der Industrie erforscht. Das Ziel sind Farben, die von selbst wachsen. Um zu analysieren, wie die Gene Farbe regulieren, verglich das Team optische Eigenschaften und Anatomie der Kolonien aus dem Rotterdamer Hafen mit genetisch veränderten Bakterien im Labor. Mutationen veränderten Form, Bewegungs- und Bindungsfähigkeit der einzelnen Mikroben, wodurch sich die Geometrie der Kolonien änderte und mit ihr die Farbe - etwa vom ursprünglichen metallischen Grün zu allen Farben des Regenbogens. Auch gedeckte Töne konnten erzeugt werden. Neben den Genen mischte außerdem noch der Speiseplan mit: "Etwa intensivierte ein stärkehaltiges Nährmedium die Schattierungen von Grün bis Lila", sagt Johansen. Als Nächstes müsse untersucht werden, wie die Nanostrukturen in größeren Systemen, etwa bei Schmetterlingen, zustande kommen.
"Wir haben eine Landkarte der Gene, die das Wachstum der Kolonien organisieren, was für die Farbgebung entscheidend ist", betont Hauptautor Colin Ingham, Chef von Hoekmine BV. Damit könnte die Industrie künftig umweltfreundliche Farben ganz ohne chemische Zusätze von selbst wachsen lassen.