Nanokristallnetz sorgt für Farbwechsel bei Chamäleons

Von grün zu blau oder rot innerhalb kürzester Zeit – viele Chamäleons besitzen die einzigartige Fähigkeit, ihre Farbe schnell zu ändern. Den Mechanismus hinter diesem Phänomen hat ein Team aus Biologen und Physikern nun im Detail untersucht: Demnach besitzen die Tiere in ihrer Haut ein in zwei übereinanderliegenden Schichten angeordnetes Netz aus Nanokristallen, das sie aktiv anpassen können. Diese Struktur ermöglicht nicht nur einen raschen Farbwechsel, berichten die Wissenschaftler in der Zeitschrift „Nature Communications“, sondern bietet auch einen effektiven Wärmeschutz.

Neben braunen, roten und gelben Pigmenten zeigen Chamäleons und andere Reptilien sogenannte strukturelle Farben. „Diese Farben werden ohne Pigmente erzeugt, durch das physikalische Phänomen der optischen Interferenz. Sie resultieren aus der Interaktion zwischen bestimmten Wellenlängen und nanoskopisch kleinen Strukturen, wie etwa den winzigen Kristallen in der Haut von Reptilien“, erläutert Teammitglied Michel Milinkovitch von der Universität Genf. Diese Nanokristalle befinden sich in sogenannten Iridophoren – das sind Pigmentzellen, die Licht reflektieren können – und sind gemeinsam mit Zellplasma in Schichten angeordnet. Diese Struktur ermöglicht eine selektive Reflektion bestimmter Wellenlängen, wodurch die leuchtenden Hautfarben vieler Reptilien entstehen.

“Wir haben herausgefunden, dass die Tiere ihre Farbe durch ein aktives Anpassen des Nanokristallnetzes in ihren Hautzellen ändern. Wenn das Chamäleon ruhig ist, sind die Nanokristalle in einem engen Netz angeordnet und reflektieren die blaue Wellenlänge. Ist das Tier hingegen aufgeregt, lockert sich das Kristallgitter. Dadurch können andere Farben wie beispielsweise gelb oder rot reflektiert werden”, erklären Jérémie Teyssier und Suzanne Saenko, beide von der Universität Genf. Diese Struktur stelle ein einzigartiges Beispiel für ein sich selbstorganisierendes interzelluläres optisches System dar.

Die Wissenschaftler konnten außerdem eine zweite, tiefer liegende Schicht von Iridophoren in der Chamäleonhaut nachweisen. „Diese Zellen, die größere und weniger strukturiert angeordnete Kristallen enthalten, reflektieren einen wesentlichen Anteil der infraroten Wellenlängen“, berichtet Milinkovitch. Das schützt die Tiere vor Hitze, der die Tiere durch die hohe Sonneneinstrahlung in niedrigen Breitengraden ausgesetzt sind. Künftig wollen die Forscher herausfinden, wie genau der Mechanismus funktioniert, der für die Entwicklung eines geordneten Nanokristallgitters innerhalb der Iridophoren sorgt und mit welchen molekularen und zellulären Mechanismen ein Chamäleon in der Lage ist, die Geometrie dieses Netzes zu kontrollieren.