Jalousiemodell erklärt Farbenspiel der Fischhaut

Ein Lichtwechsel bewirkt den Farbwechsel in der Haut von Neontetras durch das Kippen von Guanin-Kristallschichten.


Neontetra Farbwechsel

Abbildung: Ergebnis der Untersuchung der physiologisch aktiven Hautzellen des farbigen Streifens eines Neontetras durch Microspot-Röntgenbeugungsanalyse. [Bildquelle: Angewandte Chemie, Wiley-VCH]



 

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 so genannte Jalousiemodell hinweisen, präsentierten die Forscher in einem Artikel in der Zeitschrift Angewandte Chemie [siehe Hinweis unten].

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: "Guanin-Kristalle 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.

 

Über den Autor

Prof. Lia Addadi hat den Dorothy and Patrick E. Gorman Chair of Biological Ultrastructure at Weizmann Institute of Science inne. Ihre Forschungsinteressen umspannen die vielen Aspekte der Biokristallisation wie die Biomineralisation, Kristall-Antikörper-Wechselwirkungen und die kristallinduzierte Zellhaftung.





Weitere Infos:

Veröffentlicht am: 19.05.2015

Dvir Gur, Dr. Benjamin A. Palmer, Ben Leshem, Prof. Dan Oron, Prof. Peter Fratzl, Prof. Steve Weiner und Prof. Lia Addadi:
The Mechanism of Color Change in the Neon Tetra Fish: A Light-Induced Tunable Photonic Crystal Array.
In: Angewandte Chemie; online erschienen am 27. April 2015, DOI 10.1002/ange.201502268

Quelle: Angewandte Chemie, Pressemitteilung Nr. 19 aus 2015








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