Lichtwechsel bewirkt Farbwechsel in der Fischhaut

(19.05.2015) Wie manche Reptilien, Amphibien und andere Fischarten kann der vom Amazonas stammende Neontetra-Zierfisch auf photonische Strukturen in seiner Haut zurückgreifen, um auf einen äußeren Auslöser hin die Hautfarbe zu ändern.

Ein breiter Streifen auf der Fischseite erscheint im Hellen grün-blau, im Dunkeln indigo. Wie dieser Mechanismus funktioniert, konnten nun israelische Wissenschaftler eindeutig klären. Ihre Ergebnisse, die auf das sogenannte Jalousiemodell hinweisen, präsentieren die Forscher in der Zeitschrift Angewandte Chemie.


Untersuchung der physiologisch aktiven Hautzellen des farbigen Streifens des Neontetra durch Microspot-Röntgenbeugungsanalyse
Nach dem Jalousiemodell führen Lagen von Kristallen der Nucleobase Guanin eine Kippbewegung durch, wodurch sich die Dicke der zwischen den Kristallen liegenden Schichten aus Zellplasma ändert, was die Farbe beeinflusst.

Das ebenfalls diskutierte Akkordeon-Modell sieht jedoch den Einstrom von Flüssigkeit in die Zwischenschichten als alleinige Ursache für die Dickenänderung vor. Welches der Modelle ist das richtige? Die Forschungsgruppen von Lia Addadi und Steve Weimar vom Weizmann Institute of Science in Israel sowie Peter Fratzl am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung untersuchten nun physiologisch aktive Hautzellen des farbigen Streifens des Neontetra durch Microspot-Röntgenbeugungsanalyse. Weil sich unter Hell- und Dunkelanpassung die Spots im Beugungsmuster deutlich verschoben, erkannten die Wissenschaftler das Jalousiemodell als gültig.

Mit diesen Ergebnissen in der Hand wollen die Forscher nun auch die Auslösung der Verkippung durch das Lichtsignal erklären. Kann man den Farbwechsel der Guaninkristallschichten steuern, bieten sich unzählige interessante Anwendungen an.

Dvir Gur, Koautor des Artikels, erklärt: "Guaninkristalle sind unbedenklich und biokompatibel und werden deshalb sehr gerne von der kosmetischen Industrie verwendet ... Sie verleihen Produkten wie Nagellack, Wimperntusche und Makeup einen schimmernden Glanz".

Man stelle sich nur einen Lidschatten vor, der bei Wechsel von Sonnenlicht in Kunstlicht seine Farbe anpasst! Neben rein dekorativen Anwendungen sind auch optische Elektroniken interessant wie zum Beispiel die Anwendung als neuartiger Bandpassfilter, oder im Bereich neuer Materialien für die Industrie.

Mit Blick auf die Manipulationsmöglichkeiten erläutert Gur weiter: "Will man die Strategie des Fischs nachahmen, muss man gezielt den Abstand der Guaninkristalle beeinflussen ... Hält man die Guaninkristalle an einem Ende fest, ändert sich der Kippwinkel, ähnlich wie im Neontetra-System." Der Neontretra und sein Spiel mit den Guaninkristallen könnte also zur wertvollen Inspirationsquelle für das Design neuer Materialien avancieren.



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