Nacktkiemer gelten als Schmetterlinge der Meere. Die Nacktschnecken leben weltweit vor allem in warmen flachen Meeresregionen und fallen durch extravagante Farbenpracht und Formenvielfalt auf. Wie sie ihre bunten Muster erzeugen, hat nun ein Team des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam und der Universität Cambridge herausgefunden. Demnach entsteht die Farbe durch Nanostrukturen, die jeweils einen bestimmten Farbeindruck erzeugen. „Dass Nacktkiemer Strukturfarben verwenden, hat uns überrascht“, sagt Samuel Humphrey, der die Untersuchungen am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung gemacht hat. „Denn Biologen gingen bislang davon aus, dass die Farben durch Pigmente entstehen.“ Pigmente sind chemische Verbindungen, deren Farbe von der chemischen Zusammensetzung abhängt.
Im Gegensatz dazu entsteht die Farbe von Strukturfarben nicht durch unterschiedliche chemische Zusammensetzungen, sondern durch die Abmessungen der Nanokristalle, aus denen das Material besteht. Bei den Nanostrukturen handelt es sich um sogenannte photonische Kristalle, die auch Chamäleons sowie vielen Vögeln und Schmetterlingen ihre Farbe geben. In solchen Strukturen wird die Farbe durch die regelmäßige Anordnung von Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex erzeugt. Im Fall der Nacktkiemer wie auch bei Chamäleons handelt es sich bei einer Komponente um den DNA-Bausteins Guanin. Die Guaninmoleküle können Kristalle formen, wobei deren Abmessungen bestimmen, welche Farbe der Kristall reflektiert. „Dank dieses raffinierten Mechanismus der Farbgebung sind diese Tiere in der Lage, aus einem einzigen Material eine erstaunliche Vielfalt an Farben zu erzeugen“, sagt Humphrey.
Matter Farbeindruck durch tupfenförmige Anordnung der Strukturfarben
Die Farben der Nacktkiemer wurden auch deshalb bislang Pigmenten zugeschrieben, weil ihre Muster matt erscheinen. Dagegen schillern die Strukturfarben photonischer Kristalle gewöhnlich. Das ist bei Nacktkiemern nicht der Fall, weil ihre Strukturfarben in Form mikroskopischer Pixel organisiert sind. Anders ausgedrückt ähnelt der Farbauftrag dem von impressionistischen Malern, die in ihren Bildern Tupfer unterschiedlicher Farben nebeneinander setzten. Das fanden Samuel Humphrey und seine Kollegen heraus, indem sie sechs Arten von Nacktschnecken mit einer Kombination aus optischer und Elektronenmikroskopie untersuchten. In den mikroskopischen Farbtupfern der Nacktkiemer sind die Guaninkristalle jeweils unterschiedlich orientiert. „Sie reflektieren das Licht einer Farbe daher in ganz verschiedene Richtungen, sodass die Farben nicht schillern wie bei Schmetterlingen, sondern matt wirken“, sagt Samuel Humphrey.
Der pixelförmige Farbauftrag ermöglicht es Nacktschnecken zudem, unterschiedliche Farben auf zwei verschiedene Weisen zu erzeugen. Zum einen können sie die Eigenschaften der einzelnen Kristalle variieren, zum anderen können sie ähnlich wie in einem impressionistischen Bild oder einem Fernseher verschiedenfarbige Tupfer beziehungsweise Pixel mischen und so etwa aus rot und blau etwa violett erzeugen. „Oft lassen wir uns bei der Entwicklung neuer Materialien und Techniken von der Natur inspirieren“, sagt Silvia Vignolini, in deren Abteilung am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung die Studie stattfand. „Es könnte möglich sein, nachhaltige Farben zu entwickeln, die auf denselben Prinzipien beruhen wie die Farben der Nacktkiemer.“
MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung
Originalpublikation:
S. Humphrey et al.: Nudibranch color diversity shares a common physical basis in guanine photonic structure ‘pixels’, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (12) e2525419123, https://doi.org/10.1073/pnas.2525419123 (2026).
