Wie Zebrafische ihre Farbe verändern

Ob bunte Schmetterlingsflügel oder Vogelfedern – für einige Beispiele tierischer Farbenpracht sind keine Farbstoffe verantwortlich, sondern filigrane Strukturen. Solche sogenannte Strukturfarben reflektieren das einfallende Licht in verschiedenen Wellenlängen und lassen auch manche Fische farbenfroh schillern. Zebrafische, auch Zebrabärblinge genannt, können ihre Farbe sogar aktiv ändern. Wie sie beim Farbwechsel winzige Kristalle verkippen und welche Moleküle dabei entscheidend sind, entschlüsselte ein Forschungsteam nun. Die Ergebnisse präsentieren die Forschenden in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“.

Für ihre Analysen nutzten Dvir Gur vom Weizmann Institute of Science in Rehovot bei Tel Aviv und sein Team mehrere Methoden. Mit einem Rasterelektronenmikroskop, hochauflösender Fluoreszenzmikroskopie und mithilfe der Streuung von Röntgenstrahlung untersuchten sie den Aufbau der schillernden Fischhäute. Dabei entdeckten sie, dass spezielle Biokristalle für die Farbeindrücke verantwortlich sind: sogenannte Iridophore. Diese Biokristalle können sich sogar koordiniert um etwa 20 Grad verkippen. Sowohl die Winkel der Kristalle zueinander als auch die Abstände zwischen ihnen verändern sich dabei. Das lässt die Kristalle Licht unterschiedlich reflektieren. So verändern sich die schillernden Farben und können etwa von blau zu gelb wechseln.

Den verantwortlichen Proteinen auf der Spur

Schillernde Zebrafischschuppen

Gur und sein Team gingen bei ihrer Analyse noch einen Schritt weiter und untersuchten röhrenförmige Proteinkomplexe, die Mikrotubuli, und das Motorprotein Dynein – Stoffe, von denen man bereits annahm, dass sie eine entscheidende Rolle für die Farbwechsel spielen. Den Zebrabärblingen fügten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen Hemmstoff für das Protein Dynein zu. Das Ergebnis: Ohne das Protein änderte sich die Farbe nicht mehr. So fanden die Forschenden heraus, dass die Proteine maßgeblich dafür sind, dass sich die Kristalle verkippen und damit die Fischhaut ihre Farbe wechselt.

Mit dieser Studie entschlüsselten die Forschenden erstmals nicht nur die biophysikalischen, sondern auch die biochemischen Prozesse für die Farbwechsel bei Zebrabärblingen. In weiteren Analysen will das Team untersuchen, ob auch andere Tiere die Farben der Strukturfarben wechseln können. Denn das spielt eine zentrale Rolle, etwa wenn Tiere sich tarnen, mit Artgenossen interagieren oder schlicht ihre Körperwärme regulieren. Zudem ließen sich möglicherweise auch künstliche Strukturfarben nach den natürlichen Vorbildern entwickeln, die dann quasi auf Knopfdruck ihre Farbe verändern könnten.