GELB VOR NEID – FARBWECHSEL BEI TIEREN

Die Krone der Schöpfung?

Als Krone der Schöpfung sehen wir Menschen uns ja gerne, doch das entspricht nicht so ganz der Realität. Da können wir unsere Fähigkeiten mit denen verschiedener Tiere vergleichen, so oft wir wollen, aber, seien wir ehrlich, wir werden immer verlieren. Nehmen wir doch beispielsweise mal die Disziplin Farbwechsel: wird werden rot vor Zorn, ärgern uns schwarz, werden blau, wenn wir zu viel trinken oder zeigen bei Übelkeit eine grüne Gesichtsfarbe.

Man könnte tatsächlich meinen, wir wären die Meister des Farbwechsels. Dabei zeigen sich diese Farbänderungen allenfalls in leichten Nuancen oder sind in vielen Fällen nur symbolisch gemeint. Und warum? Weil wir Humanoiden keinerlei physiologische „Werkzeuge“ besitzen, um einen echten Farbwechsel zu vollziehen. Im Gegensatz zu diversen Tieren. Was uns bleibt? Immerhin die Möglichkeit gelb zu werden vor Neid oder graue Haare (der einzige Farbwechsel, zu dem wir in der Lage sind, worauf wir jedoch lieber verzichten würden) beim Nachdenken darüber zu bekommen, wie die Tiere das schaffen.

Doch das mit den grauen Haaren können wir uns sparen, denn die Lösung des Farbwechsel-rätsels hat bereits die Wissenschaft erledigt. Genauer gesagt: die Lösung der Farbwechsel-Rätsel – denn es sind unterschiedliche Faktoren, die hierbei eine Rolle spielen.

Dem Farbwechsel auf der Spur

Dröseln wir das Thema also Schritt für Schritt auf, indem wir uns fragen, welche Tiere wir kennen, die zu einem Farbwechsel fähig sind. Als erstes wird uns da wohl das Chamäleon einfallen, doch es gibt auch andere Reptilien, Amphibien, Insekten, ja, sogar Tintenfische (Mollusken) und Fische ohne Tinte (Pisces), die diese Kunst beherrschen. Vögel und Säugetiere dürfen wir bei dieser Aufzählung natürlich ebenfalls nicht vergessen.

Arten des Farbwechsels

Morphologischer Farbwechsel

Bei dieser Auflistung fällt auf, dass es verschiedene Arten des Farbwechsels geben muss. Und ja, das tut es. Nämlich, erstens, den morphologischen Farbwechsel. Diese Form findet man bei Säugern und Vögeln vor. Der Wechsel zieht sich über Wochen oder gar Monate hinweg, zeigt sich als wiederkehrendes Phänomen oder ist in manchen Fällen irreversibel. Beispiele für diese Art des Farbwechsels: der Übergang vom juvenilen zum adulten Federkleid bei vielen Vögeln (irreversibel), Sommer- und Winterfell bei Schneehase, Polarfuchs und Co., Wechsel der Flügelzeichnung bei Landkärtchen (Saisondimorphismus) oder die Ausbildung eines Brutkleids/einer Balzfärbung bei Vögeln.

Ausgelöst wird ein derartiger Farbwechsel durch Lichteinwirkung und/oder hormonelle Reize, der Vorgang dabei ein relativ einfacher – die Menge von Pigmenten in den farbgebenden Zellen baut sich kontinuierlich auf, beziehungsweise ab, oder es wachsen, im Falle eines Wechsels vom Jugend- zum Erwachsenengefieder, schlichtweg anders pigmentierte Federn nach.

Physiologischer Farbwechsel und zwei Mechanismen

Diese Art der Farbänderung, und das ist unser zweitens, findet man nicht bei Vögeln und Säugetieren, sondern ausschließlich bei Fischen, Amphibien, Mollusken und Reptilien wie den Chamäleons (so dachte man zumindest lange). Und hier wird es interessant, denn es ist zwischen zwei grundlegend verschiedenen Mechanismen zu unterscheiden, welche den Wechsel von einer zur anderen Farbe verursachen.

Grundlage für beide Mechanismen ist die selbe – konstant mit Pigmenten gefüllte Zellen, die sogenannten Chromatophoren. Doch es gibt Zellen, die ihre Form behalten und durch Umverteilung der Pigmente einen Farbwechsel erzeugen. Einfach ausgedrückt: sind die Pigmente in der Mitte der Zellen konzentriert, sehen wir eine helle Farbe, verteilen sie sich gleichmäßig in der ganzen Zelle, sehen wir eine dunkle Farbe. Beispiele hierfür findet man bei Fischen, Amphibien und Reptilien.

Der zweite Mechanismus schafft das, indem die Zelle ihre Form verändert, beispielsweise von einem Stern mit kleinem Körper und langen, spitzen Zacken (helle Farbe) auf einen Stern mit großem Körper und stumpfen Zacken (dunkel). Dieser Mechanismus der zellulären Gestaltänderung ist typisch bei Mollusken und Chamäleons.

Da aber ein Fisch oder Reptil meist nicht nur einfarbig ist, muss doch noch mehr dahinterstecken. Und auch hier: ja, das tut es. Des Rätsels Lösung ist das Vorhandensein von monochromen Chromatophoren verschiedener Farben oder von pigmenttragenden Zellen, die polychrom sind, also gleichzeitig mehrere verschiedenfarbige Pigmente enthalten.

Chamäleons und die besondere Raffinesse

Als wäre das nicht alles schon genug, setzen Chamäleons als ungekrönte Farbwechselkönige noch einen drauf. Das haben Forscher der Uni Genf allerdings erst 2014 herausgefunden, was zeigt, wie wenig wir wissen und wie ausgeklügelt die Natur ist.

Chamäleons operieren also mit Chromatophoren unterschiedlicher Farben – das wusste man schon lange. Dann aber stellte sich heraus, dass sie auch noch zwei übereinanderliegende Hautschichten besitzen, die mit Nanokristallen angereichert sind. Man nennt diese mit Kristallen bestückten Zellen Iridophoren. Sie steuern die Lichtreflexion und beeinflussen damit maßgeblich die Färbung der Haut.

Zuständig für den raffinierten Farbwechselmechanismus ist die obere der beiden Hautschichten. Sie enthält Nanokristalle, die in regelmäßiger Gitterstruktur angeordnet sind. Ist ein Chamäleon entspannt, liegen die Nanokristalle eng beieinander und reflektieren blaues, kurzweiliges Licht. So wirken gelbe Hautpigmente grün, rote violett und blaue noch blauer.

Tritt bei dem Tier aber ein Erregungszustand ein, wandern die Kristalle in Sekundenschnelle weiter auseinander und reflektieren nun langwelliges, rotes Licht. Aus Gelb wird nun Orange, aus Blau Lila und rote Töne intensivieren sich.

Im Zusammenklang mit den unterschiedlich gefärbten Chromatophoren erzeugen die Nanokristalle beeindruckende Farbschauspiele. Wofür aber die zweite, tieferliegende Hautschicht? In ihr befinden sich Kristalle, die deutlich größer sind, als die der äußeren Schicht und zudem relativ strukturlos verteilt herumliegen. Dergestalt reflektieren sie besonders langwelliges Licht in der Nähe des Infrarotbereichs, haben keinerlei Einfluss auf die Färbung der Haut, fungieren jedoch als wirksamer Schutz vor Überhitzung. Somit ist das Chamäleon nicht nur der Farbwechselkönig unter den Tieren, sondern sogar ein Farbwechselkönig mit eingebauter Klimaanlage!

Und uns, der selbsternannten Krone der Schöpfung, bleibt angesichts derartiger Wunderwerke der Natur, nur noch neidische Bewunderung. Ob wir dabei grün oder gelb werden wollen, bleibt uns selbst überlassen – verlieren werden wir den Wettbewerb ohnehin…

Quellen: Teyssier, Saenko, van der Marel, Milinkovitch: Photonic crystals cause active colour change in chamaeleons; Nature Communications, Juni 2014. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg: Farbwechsel; 2001

Bildnachweis: Schneehase Sommer: Alexas_Fotos (Alexandra), Schneehase Winter: Capri23auto (Ralph); Landkärtchen Frühling: Mike_68 (Michael Kleinsasser), Landkärtchen: Chaasflade; Krabbenspinne gelb: nidan (Heiko Stein), Krabbenspinne weiß: Kie-ker; Blau geringelter Krake: pen_ash (Penny). Alle über pixabay.