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Physik im Alltag und Naturphänomene

Wie macht der Kohlweißling sein Weiß?

Immer wenn ich den Kohlweißling (Pieris rapae) beobachte, bin ich von seinem makellosem Weiß und dem effektvoll kontrastierenden schwarzen Punkt auf seinen Flügeln beeindruckt. Nachdem ich mir an einigen anderen Beispielen (z.B. hier und hier) klar gemacht habe, dass hinter der Weißheit meist keine Licht absorbierenden Pigmente, sondern andere physikalische Vorgänge stehen, bin ich der Sache etwas auf den Grund gegangen.
Farben von Gegenständen entstehen dadurch, dass sie von weißem Licht, z.B. Sonnenlicht, bestrahlt werden, mit dem Licht in Wechselwirkung treten und die nicht absorbierten Anteile wieder ausstrahlen. Die Wechselwirkungen bestehen zum einen darin, dass Pigmente einzelne Wellenlangen des weißen Lichts absorbieren und die Komplementärfarbe als Farbe des Gegenstands wieder aussenden. Zum anderen können sie aber auch von der Struktur des Gegenstands mitbestimmt werden, indem das einfallende Licht durch Interferenz, Beugung und/oder Streuung modifiziert wird. Dabei spielen strukturelle Variationen der Materialien eine entscheidende Rolle.
Bei der Farbentstehung der Schmetterlingsflügel spielt die Struktur der Schuppen, die nach einem allgemeinenen Bauplan in einem mehr oder weniger regelmäßigen Muster angeordnet sind, eine wichtige Rolle.  Die Struktur der weißen Flügelschuppen des Kohlweißlings unterscheidet sich in charaktereistischer Weise von der anderer Schmetterlinge. An rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen* erkennt man, dass die Kreuzrippen dicht mit eiförmigen Perlen verziert sind. Diese Perlen streuen das einfallende Licht in alle Richtungen und erhöhen das Reflexionsvermögen der Flügel für alle Wellenlängen, sodass ein kräftiges Weiß entsteht (siehe untere Abbildung rechts). Im Bereich des charakteristischen schwarzen Flecks des Schmetterlings fehlen diese Perlen, sodass das einfallende Licht weitgehend absorbiert wird und er schwarz erscheint (untere Abbildung links).
Weitere Mechanismen für die Erzeugung der Farbe Weiß in der Natur findet man z.B. beim Schnee, der Blüte des Buschwindröschens und der Schneebeere.


Quelle
* Stavenga D.G., Stowe S., Siebke K., Zeil J. und Arikawa K.. Butterfly wing colours: scale beads make white pierid wings brighter. Proc. Roy. Soc. Lond. B 271 (1548), 1577–1584 (2004)

Diskussionen

4 Gedanken zu “Wie macht der Kohlweißling sein Weiß?

  1. Haben diese Perlen noch eine andere Funktion?
    Wenn nicht, welche Funktion könnte reines Weiß haben?

    Verfasst von kopfundgestalt | 25. Juli 2020, 00:11
    • Ich kann mir kaum vorstellen, dass die Perlen nur dazu dienen, dem Tierchen ein strahlendes Weiß zu verpassen. Vermutlich ist das ein Nebeneffekt einer ganz anderen Funktion. Welche Funktion die Farbe Weiß hat, führt zu der allgemeinen Frage, welche Funktionen die Farben im Tier und Pflanzenreich überhaupt haben. Da eine große Fülle von Farben vorhanden ist, diese aber auch von unterschiedlichen Spezies unterschiedlich wahrgenommen werden, ist es schwierig eine allgemeine Antwort zu finden. Vermutlich ist die Farbe in vielen Fällen ein Nebeneffekt anderer Funktionen.

      Verfasst von Joachim Schlichting | 25. Juli 2020, 08:18
      • Ja, die Ackerschmalwand verfügt über 11 Arten von Farbrezeptoren und das Cyanobakterium über 27. Es gibt eben verschiedene Ansätze in der Natur, den Photonenstrom „auszulesen“.

        Verfasst von kopfundgestalt | 25. Juli 2020, 08:32
      • Schön gesagt. Es zeigt auch, wie wenig wir über unsere Mitgeschöpfe wissen.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 25. Juli 2020, 09:26

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