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Blütenblätter einer schwarzen Tulpe

Was Pflanzen zum Schillern bringt

Wie manche Tiere können auch viele Pflanzen färbig schillern, und das ganz ohne entsprechende Farbpigmente. Sie verdanken das ihrer Oberflächenstruktur. Die Anordnung der Pflanzenfasern erzeugt die optischen Effekte, wie Forscher berichten.

Biophysik 16.09.2015

Licht- und Farbenspiele

Die Studie

"Tunable Nano-wrinkling of Chiral Surfaces Structure and Diffraction Optics" von P. Rofouie et al., erschienen am 15. September 2015 im "Journal of Chemical Physics" (sobald online).

Die spätblühende Tulpe "Queen of night" macht ihrem Namen alle Ehre. Der ungewöhnliche Farbton ihrer Blüten changiert zwischen dunklem Violett und irisierendem Schwarz. Ähnlich beeindruckend ist das farbliche Wechselspiel des Regenschirmfarns, einer malaysischen Wasserpflanze. Sobald sie "untertaucht", werden ihre im trockenen Zustand blau schimmernden Blätter grün.

Diese Farbenspiele werden nicht durch Pigmente verursacht, beide Pflanzen verdanken sie bestimmten Strukturen. Derartige Strukturfarben sind in der Natur gar nicht so selten. Man sieht sie etwa an den Flügeln von Schmetterlingen und am Panzer mancher Käfer.

Geschichtete Fasern

Das Schichtmodell der Pflanzenfasern

S. Vignolini

Das Schichtmodell der Pflanzenfasern

Für ihre Studie haben die Forscher um Alejandro Rey von der McGill University in Montreal nun ein Modell der Pflanzenfaserstrukturen entwickelt, das die optischen Besonderheiten erklärt.

Die Zellwände von Pflanzen bestehen zum großen Teil aus Zellulose. Die Mikrofasern aus Zellulose liegen den Wissenschaftlern zufolge dabei in Schichten übereinander, wobei sich die Ausrichtung der Faser mit jeder Schicht etwas ändert. Diese Phasenverschiebung von Schicht zu Schicht verleiht den Pflanzen ihre Festigkeit, so die Autoren. Neben diesem mechanischen Nutzen produziere diese verdrehte Struktur aber auch die optischen Effekte.

Denn auf der Oberfläche entstehen dadurch winzige, nur wenige Nanometer große Furchen, im Abstand von Mikrometern. Diese Rillen brechen das weiße Licht und erzeugen so den irisierenden Schein.

Die Forscher untersuchten außerdem, wie die Menge an Wasser in den Pflanzenfasern das Aussehen der Pflanzen verändert. Demnach wächst durch die Feuchtigkeit der Abstand zwischen den Rillen, was wie beim malaysischen Regenschirmfarn auch die Farbe verändern kann. Die Ergebnisse könnten nach Angaben der Forscher in Zukunft auch eine praktische Anwendung finden, z. B. für optische Sensoren, die sich bei Feuchtigkeit verfärben.

Eva Obermüller, science.ORF.at

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