Hoe de kever glanst in duizend kleuren

Gestapelde lagen materiaal vormen het geheim achter de iriserende kleuren van kevers, vlinders en vogels. Promovendus Bodo Wilts ontrafelde de structuren.

In het dekschild van de diamantsnuitkever (links) zitten putjes, met daarin kleurige schubjes (boven). Van dichtbij gezien reflecteren ze allerlei kleuren (onder). Samen maakt dat iriserend groen. Foto's Bodo Wilts

Kijk toch eens hoe prachtig, die diamantsnuitkever. Zie zijn donkerzwarte dekschilden bezaaid met rijen groen iriserende putjes. Maar ho! Zijn ze wel echt groen? Nou nee, niet als je ze van dichtbij bekijkt, door een loep. Want dan zie je iets heel anders. Dan blijken in elk putje tientallen schubben langs en over elkaar te liggen. Elke schub blijkt opgebouwd uit één, twee of drie zogeheten domeinen, en elk domein heeft een andere kleur. Geel, blauw, groen, roze. „Het mooie is: in elk putje is de optelsom van al die kleuren steeds hetzelfde als je van een afstand kijkt. Namelijk groen”, zegt natuurkundige Bodo Wilts, die gisteren promoveerde aan de Rijksuniversiteit Groningen. Hij onderzocht bij diverse vlinders, kevers en een paradijsvogel hoe hun prachtige iriserende kleuren worden gevormd.

Kleuren komen op twee manieren tot ons. Via pigmenten en zogeheten fotonische structuren. Pigmenten zijn het meest gangbaar. Ze kleuren planten, huid, onze kleren, meubels. Een spijkerbroek oogt blauw omdat het pigment erin alle kleuren absorbeert behalve het blauw. Dat wordt teruggekaatst, in alle richtingen. Daarom zien we de spijkerbroek altijd blauw, van welke kant we hem ook bekijken.

Fotonische structuren bestaan uit minstens twee verschillende materialen die het licht elk onder een verschillende hoek terugkaatsen. En vaak liggen de materialen ook nog in meerdere lagen op elkaar. Vanuit al die lagen kaatsen lichtgolven terug. Dat levert complexe interferentiepatronen op. Soms versterken de golven elkaar, en dan geven ze een heldere kleur. Soms doven ze elkaar uit. De iriserende kleuren veranderen met de hoek waaronder je ze bekijkt. Denk aan een oliefilm op het water.

Wilts bracht bij diverse diersoorten de fotonische structuur in beeld. En hij bepaalde de optische eigenschappen ervan. Zo bestudeerde hij de groene en rode vlekken op de vleugels van Parides sesostris, een Amerikaanse vlinder uit de familie van de pages. Van deze vlinder was al bekend dat zich in de iriserende vlekken netwerken van chitine bevinden, een veelvoorkomende bouwstof bij schimmels en geleedpotigen. De chitinemoleculen liggen strak geordend, in een kristal. Dat netwerk ligt onder een honingraatstructuur. En die structuur, zo heeft Wilts nu ontdekt, bestaat uit lucht en een pigment dat blauw en violet licht absorbeert. De kristallen in de groen gekleurde schubben reflecteren vooral licht met een golflengte rond de 500 nanometer (de golflengte voor groen). En in de rode vlekken vooral lichtgolven vanaf 700 nanometer (rood en infrarood). De vlekken fungeren volgens Wilts om vijanden af te schrikken.

Hij onderzocht ook de blauw-zilverachtige nekvlek van Lawes’ parotia, een paradijsvogel die op Papoea Nieuw Guinea voorkomt. Alleen de mannetjes hebben die nekvlek, en ze gebruiken hem om vrouwtjes te verleiden. Wilts zoomde in op de uiteinden van de iriserende nekveren. En dan specifiek op de zogeheten baarden, dat zijn de aftakkingen van de veerschacht. Wilts trof daar een gelaagde structuur aan van twee materialen. Keratine, dat is een taai, waterafstotend eiwit dat veel voorkomt in huidcellen, nagels, snavels en veren. Afgewisseld met rijen staafjes van het pigment melanine. Wilts telde 6, soms 7 lagen melaninestaafjes. De baarden reflecteren heel gericht violet en blauw licht.

„Maar het meest trots ben ik toch op mijn werk aan de diamantsnuitkever”, zegt Wilts via de telefoon vanuit het Britse Cambridge waar hij tegenwoordig werkt. Hij bestudeerde de groen oplichtende putjes in de dekschilden. In het bijzonder de iriserende schubben in die putjes. Zo ontdekte hij dat de schubben bestaan uit een driedimensionaal netwerk van chitine. „Net als bij de vlinder Parides sesostris liggen de chitinemoleculen in een kristal”, zegt Wilts. Ook kwam hij erachter dat de kleurverschillen op een schub worden veroorzaakt doordat het bouwwerk van chitine en lucht net even een andere oriëntatie heeft. Waardoor lichtgolven iets anders worden gereflecteerd, en er een andere kleur ontstaat. „Dit heeft me aangenaam verrast”, zegt Wilts.

Volgens hem dienen de groen oplichtende putjes in de dekschilden als camouflage. Zodat de snuitkever niet opvalt tussen de bladeren.

In Cambridge onderzoekt Wilts nu het oppervlak van bloemen en bloembladeren. Om erachter te komen hoe bijen die vlakken zien.