Warum die Flügel mancher Schmetterlinge schillern
Farben entstehen entweder durch die Einlagerung von Farbpigmenten oder durch Lichtreflexion, daher unterscheidet man zwischen Pigmentfarben und Strukturfarben. Bei den Pigmenten ist das Melanin für die dunklen Farben verantwortlich, für gelb bis rötliche Farben das Carotin. Für das Blattgrün bei den Pflanzen ist z.B. das Chlorophyll zuständig. Der Schmetterling nimmt die Pigmente entweder über die Nahrung der Raupe auf oder erzeugt sie aus Abfallprodukten seines Stoffwechsels, aus der Harnsäure. Während einer Entwicklungsphase der Puppe werden die Pigmente in die sich gleichzeitig bildenden Flügel eingelagert. Die helle Farbe der Weißlinge entsteht durch Leucopterin, die gelbe Farbe des Zitronenfalters hingegen durch Xanthopterin. Der auffallende Farbunterschied zwischen Männchen und Weibchen der gleichen Art (Geschlechtsdimorphismus) hingegen entsteht lediglich durch eine geringfügige Veränderung der chemischen Pigmentstruktur. Optisch beeindruckende Farbtöne und Farbübergänge entstehen durch Mischung von verschieden pigmentierten Schuppen. Bei manchen Faltern (Glasflügler) sind die Flügel teilweise unbeschuppt und man sieht hauptsächlich das geäderte, glasige Flügelmembran. Einige tropische Spinner besitzen auch transparente Fensterchen in der Flügelzeichnung.
Viel komplizierter verhält es sich mit den Strukturfarben, sie entstehen durch ein Zusammenspiel physikalischer Gegebenheiten. Dabei kann der Schillerglanz auf zwei verschiedene Weisen entstehen. Zum ersten möchte ich den Tyndall-Effekt erwähnen, welcher bei Libellen, Smaragdeidechsen, Fischen u. A. zu beobachten ist, nicht jedoch bei Schmetterlingen. Der Tyndall-Effekt entsteht nur am lebenden Tier. Durch den durchsichtigen Hautpanzer der Tiere einfallendes Licht trifft auf strukturierte Epidermiszellen, welche gewisse Spektralfarben verstärkt zurückreflektieren. Stirbt das Tier, dann verliert sich der Effekt zugleich mit dem Gewebeverfall.
Der Schmetterlingsflügel besteht aus einer transparenten Haut, welcher durch die Äderung seine Form und Stabilität erhält. Diese Haut ist beidseitig dicht mit Schuppen bedeckt, daher der Name "Lepidoptera = altgriechisch Schuppenflügler". Bei großen Schmetterlingen sind deren Flügelschuppen oft noch mit bloßem Auge erkennbar. Diese Schuppen können die mannigfaltigsten Formen erreichen, sie können abgerundet, eckig, wellig, spitz zulaufend oder in ein Haar auslaufend geformt sein. Es gibt sogar Schuppen mit einer Funktion: die sogenannten Duftschuppen der weiblichen Falter, welche Pheromone absondern, womit sie von den Männchen geortet werden können. Die Oberfläche der Schuppen besitzt wiederum eine Struktur von längs- und querliegenden Rippen, zwischen denen sich eine Luftschicht befindet. Durch verschiedenartige Schuppenstrukturen wird verschiedenartige Farbreflexion erreicht. Weiß entsteht durch die diffuse Reflexion an dünnschichtigen Lufteinschlüssen der Schuppe. Der Schillerglanz der Schmetterlingsflügel bleibt auch nach dem Tod des Tieres erhalten, da er durch die Struktur der toten Kutikula entsteht. Diese Schichtungen liegen genauso wie die Wellenlängen des Lichtes im Nanometerbereich und verursachen die Farbillusion. Der metallisch-glänzende Farbeindruck wird durch den jeweiligen Abstand der Lamellenstruktur erzielt und reicht von Blautönen über Grün und Orange bis Bronze.
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| Lamellenstruktur einer Schuppe |
Besonders prächtig glänzen die Flügel der Morphofalter. Bei näherer Betrachtung mit freiem Auge fällt zunächst die etwas ungewöhnliche Riffelung der Schuppen auf. Bei starker Vergrößerung mit dem Mikroskop erst tritt die komplizierte Struktur der Schuppen zutage und zeigt einen bäumchenförmigen Querschnitt. Hierdurch wird der Blau-Anteil des einfallenden Lichts mehrfach reflektiert, mit jeder zusätzlichen Schicht verstärkt sich der Anteil des Blauspektrums. Daß dabei gerade der Blau-Anteil des Lichtes zum Tragen kommt, ergibt sich aus dem Abstand und der Dicke der Lamellen. Bei größeren Abständen und dickeren Lamellen würde der Grün-Anteil bzw. in weiterer Folge der Orangerote-Bereich des Lichts reflektiert werden, bei geringeren Dimensionen würde der ultraviolette Bereich wirksam, denn blaues Licht wird stärker gebrochen. Das hier beschriebene Phänomen wird auch Interferenz genannt.
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Interferenz [lat.], alle Erscheinungen, welche durch Überlagerung zweier oder mehrerer Wellen am gleichen Ort entstehen, kann bei Schallwellen, Radiowellen, Materiewellen und Lichtwellen entstehen. Wenn bei Wellen gleicher Schwingungszahl Berg und Tal von zwei Wellen zusammentreffen, löschen sie sich gegenseitig aus. Treffen hingegen Berg mit Berg und Tal mit Tal zusammen, so verstärken sie sich. Die Interferenz von Lichtwellen erscheint bei dünnen und durchlässigen Schichten, wie Seifenblasen, einer Ölschicht auf Wasserpfützen, auf der Rückseite von CD-ROM's, auf Perlen, Vogelfedern und eben auch auf Schmetterlingsflügel. Die an Vorder- und Rückseite einer durchlässigen Schicht reflektierten Lichtwellen ergeben die Interferenzfarben. |
Die Mikrostruktur mit den luftgefüllten Poren der Flügelschuppen bewirkt aber auch, daß sich kein Schmutz an den Flügeln festsetzen kann. Eventuell auf den Flügeln abgelagerter Staub wird bereits beim nächsten Flügelschlag schon wieder abgeschüttelt. Der Entomologe bemerkt diesen Effekt besonders dann, wenn er Risse in den Schmetterlingsflügeln zusammenkleben will. Nicht einmal Klebstoff will an den Flügeln haften - er zieht sich perlenförmig zusammen und bildet schließlich einen Tropfen.