Die Flügel von Schmetterlingen gehören zu den faszinierendsten Farbenspielen der Natur. Sie tragen grünlich, bläulich oder rot schimmernde Flecken und scheinen bei manchen Bewegungen sogar die Farbe zu wechseln. Das Blau des tropischen Schmetterlings Morpho rhetenor leuchtet beispielsweise so intensiv, dass es noch aus einem knappen Kilometer Entfernung zu sehen ist. Das zeigen Untersuchungen des britischen Physikers Peter Vukusic. Was aber ist das Geheimnis dieses starken Schimmerns?
Bei Blumen, Tierfellen und nahezu allen Alltagsgegenständen sorgen Pigmente für die Färbung. Diese Farbstoffe werfen nur bestimmte Farbanteile des Lichts wieder zurück und erscheinen deshalb farbig. Bei Schmetterlingen und anderen schimmernden Insekten ist das anders. Sie haben meist gar keine Pigmente. Woher aber kommt ihr Schillern dann? Einen ersten Verdacht hatte schon 1672 der Physiker Isaac Newton. Er vermutete, dass winzige physikalische Strukturen den Insekten helfen, irgendwie das Licht zu manipulieren. Und er hatte recht, wie man heute weiß: Das Geheimnis der schimmernden Schmetterlingsfarben verbirgt sich in ihrer Flügelstruktur.
Dachziegel aus Dünnfilmstapeln
Die Flügel der Schmetterlinge sind mit hunderttausenden winzigen, übereinanderlappenden Schuppen bedeckt. „Diese Schuppen sind 1 bis 3 Mikrometer dick und wie die Ziegel auf einem Dach angeordnet“, sagt Vukusic. Jede einzelne Schuppe besteht aus zahlreichen ultradünnen, übereinandergestapelten Keratin-Schichten. Keratin ist das Protein, aus dem auch unsere Fingernägel und Haare aufgebaut sind. Zwischen den Keratinschichten ist jeweils ein kleiner Luftraum.
Trifft das Licht auf die oberste dieser transparenten Schichten, wird ein kleiner Teil davon reflektiert. Der Rest durchdringt das Keratin. An dessen Unterseite, beim Übertritt in den Luftraum, wird ein weiterer Teil des Lichts zurückgestrahlt. Durch diese versetzte Reflexion verschieben sich die vom Flügel zurückgeworfenen Lichtwellen um ein Weniges untereinander. Die Wellentäler und Berge der beiden reflektierten Wellen laufen nicht mehr parallel.
Vukusic vergleicht den Effekt mit Meereswellen, die durch zwei enge Hafenöffnungen laufen: An einigen Stellen treffen zwei Wellenberge zusammen und bilden eine besonders hohe „Superwelle“. An anderen heben sich ein Wellenberg und ein Tal gegenseitig auf. Beim Schmetterlingsflügel sorge die Nanostruktur der Schuppen dafür, dass einige Wellenlängen des Lichts – und damit bestimmte Farben – besonders verstärkt werden.
Gerichtete Reflexion lässt Farben wechseln
Die Flügelschuppen können aber noch mehr: Jede Schicht strahlt das reflektierte Licht jeweils nur in eine bestimmte Richtung ab. Deshalb erscheint uns der Schmetterlingsflügel je nach Blickrichtung mal leuchtend blau, dann eher grünlich oder unauffällig braun.
„Pigmentfarben leuchten meist nicht sehr hell, weil sie das einfallende Licht ungerichtet reflektieren“, sagt Vukusic. Strukturfarben wie die der Schmetterlinge können dagegen durch die gezielte Rückstrahlung sehr hohe und wechselnde Intensitäten erzeugen. Ihnen verdankt der männliche Morphofalter sein weithin leuchtendes Blau, mit dem er noch über hunderte von Metern Weibchen anlocken kann.
22.02.2013 – NPO/dapd
