Faszinierendes Farbenspiel: Die kleinen Sapphirina-Krebse beeindrucken durch ihr intensiv blaues oder buntes Leuchten – und sie können sich sogar unsichtbar machen. Was hinter diesem Trick steckt, haben Forscher jetzt herausgefunden. Raffiniert geschichtete Nanoplättchen aus Kristall erzeugen das irisierende Farbspiel der See-Saphire und können einfallendes Licht sogar in den UV-Bereich verschieben.
Ruderfußkrebse sind normalerweise eher unauffällige Zeitgenossen, denn sie sind winzig klein und nahezu transparent. Doch es gibt eine Ausnahme: die Gattung Sapphirina. Denn dieses im Ozean lebende Krebschen strahlt in einzigartiger Schönheit und Intensität. Wenn Licht auf den zarten Panzer der Männchen fällt, leuchtet er weithin sichtbar knallblau auf. Dies gab ihnen auch den Beinamen See-Saphire.
„Edelstein-Wasser“ und unsichtbares UV
In Japan ließen die See-Saphire zu bestimmten die Zeiten die ganze Meeresoberfläche aufleuchten, Fischer nannten dieses Phänomen „Tama Mizu“ – Edelstein-Wasser. Aber die nur wenige Millimeter kleinen Krebschen strahlen nicht nur Blau, je nach Lichteinfall wechselt die Farbe zu irisierendem Rot, Gelb oder Grün. Einige See-Saphire können sogar ganz verschwinden: Sie verschieben das von ihnen reflektierte Licht in den ultravioletten Bereich und werden damit für unsere Augen unsichtbar.
Die Ursache des bunten Leuchtens der See-Saphire sind nicht Pigmente, sondern Strukturfarben, wie Forscher vor einigen Jahren herausfanden: Der Rückenpanzer dieser Ruderfußkrebse ist von dünnen, sechseckigen Plättchen bedeckt, die jeweils aus mehreren Schichten von Kristallen bestehen. Trifft Licht auf diese Kristallschichten, dann wird es an jeder Schicht etwas anders gebrochen. Dadurch verschieben sich die Wellenlängen des Lichts gegeneinander und bestimmte Farbkomponenten werden verstärkt, andere geschluckt. Das Resultat ist eine extrem intensiv strahlende Farbe.
Die Trennschicht ist entscheidend
Dvir Gut und seine Kollegen vom Weizman Institute of Science in Israel haben herausgefunden, warum nicht alle See-Saphire im gleichen Farbton leuchten und wie genau der Farbwechsel zustande kommt. Für ihre Studie haben sie die Feinstruktur der irisierenden Rücken-Plättchen näher analysiert und ermittelt, wie diese jeweils Licht bestimmter Wellenlängen bricht und zurückwirft.
Dabei zeigte sich: Die Kristallschichten der Plättchen bestehen aus Guanin, der Base, die auch einen der „Buchstaben“ im genetischen Code bildet. Zwischen den übereinander gestapelten Schichten der Guanin-Kristalle liegt jeweils ein dünnes Häutchen aus Zellplasma – und dieses ist für die Farbe entscheidend. „Die Dicke der Trennschicht ist hauptsächlich dafür verantwortlich, welche verschiedenen Farben der Copepode erzeugen kann“, berichten die Forscher.
Neue Ideen für künstliche photonische Kristalle
Je dicker das Trennhäutchen ist, desto weiter liegen die einzelnen Kristallschichten auseinander – und dies beeinflusst das Brechungsmuster des einfallenden Lichts. Das zeigt sich auch bei der Sapphirina-Art, die sich per UV-Schein unsichtbar machen kann: Ihre Plättchen-Struktur ist so optimiert, dass es das in einem 45 Grad-Winkel einfallende Licht in den ultravioletten Bereich verschoben zurückwirft.
Die neuen Erkenntnisse zu dieser irisierenden Nanostruktur könnten auch dabei helfen, neue optische Materialien zu entwickeln, so die Forscher. Solche photonischen Kristalle könnten beispielsweise reflektierenden Beschichtungen, Spiegel oder Displays verbessern helfen. (Journal of the American Chemical Society, 2015; doi: 10.1021/jacs.5b05289)
(American Chemical Society, 20.07.2015 – NPO)
