In een lab vol zelfgebouwde instrumenten onderzoekt Doekele Stavenga (83) het geheim van iriserende dierenkleuren

Van de azuurwaterjuffer tot het oranjetipje, van de citroenvlinder tot de gouden tor: in de Nederlandse voorjaarsnatuur barst het van de kleurige insectensoorten. Maar hoe kan het dat sommige keverschildjes zo glanzen? Waarom heeft de ene vlinder intensere kleuren dan de andere? En wat zien insecten zelf eigenlijk?

Emeritus hoogleraar biofysica Doekele Stavenga (83) doet al ruim zestig jaar onderzoek naar de natuurkunde achter dierenkleuren. In zijn lab op de campus van de Rijksuniversiteit Groningen heeft hij een grote ladekast vol doosjes staan. Keverschildjes, vlindervleugels, papegaaienveren – allemaal netjes geordend. „Neem deze ara-veer bijvoorbeeld”, zegt Stavenga terwijl hij een geel met blauwe veer tevoorschijn haalt. „De gele kleur wordt uitsluitend gevormd door een pigment dat het blauwe deel van het licht absorbeert. Heel anders is het met de blauwe kleur, waar microscopisch kleine structuren juist voor de weerkaatsing van het licht zorgen. Zo’n structuurkleur zie je bijvoorbeeld ook bij zeepbellen. Die ontstaat dankzij het uiterst dunne zeepbelvlies.” Afhankelijk van de hoek waaronder je kijkt zie je dan verschillende kleuren, een effect dat ook wel ‘iridisering’ of ‘irisering’ wordt genoemd.

De fascinatie van Stavenga begon ooit vanuit zijn opleiding als fysicus, toen hij in aanraking kwam met keverschilden. „Die kunnen zo geweldig metaalachtig glanzen. Kijk hier, dit doosje met Buprestidae – prachtkevers. Hun geheim schuilt in de ordening van melanine in hun schild. Melanine is een heel algemeen pigment, wij hebben het ook in onze huid, en als het willekeurig geordend is oogt het bruin of zwart. Maar in keverschilden zitten talloze laagjes melanine, met een hoge brekingsindex, die afgewisseld worden met laagjes chitine, waar de brekingsindex lager is. De laagjes hebben een dikte minder dan een micrometer [dat is een duizendste millimeter] en vormen samen een zogeheten optische multilaag, met een intense structuurkleur.”

Ze zien elkaar en de wereld om hen heen dus heel anders dan wij dat doen

Ook de metallic-gekleurde veren van bijvoorbeeld paradijsvogels, eenden en eksters hebben sterk vergelijkbare multilagen, maar dan van melanine en keratine. „En bij de structuurkleuren van de veren van kolibri’s en pauwen spelen bovendien ook luchtkanaaltjes nog een belangrijke rol.”

Stavenga’s lab staat vol met ingenieuze onderzoeksinstrumenten, die hij de afgelopen decennia zelf bouwde, samen met technisch assistent Hein Leertouwer (88). „Ze worden nu ook intensief gebruikt door collega-onderzoekers, bijvoorbeeld door bioloog Casper van der Kooi, die onderzoek doet naar de kleuren van bloemen en vlinders. Een speciaal instrument is de scatterometer, een apparaat met veel lenzen en een ellipsvormige spiegel, waarmee de lichtverstrooiing van bijvoorbeeld vlinderschubben gemeten wordt.”

Stavenga wijst naar een piepkleine felblauwe schub die in de opstelling is geplaatst. „Het intense blauw van de morphovlinder, Morpho didius, ook een structuurkleur, is te danken aan laagjes chitine met daartussenin lucht.” Schubben van vlindervleugels lijken op kleine, platte zakjes van een paar micrometer dik en hooguit 200 micrometer lang. De onderste laag is plat, maar de bovenste heeft een ingewikkelde structuur van parallelle ruggen en dwarsribben. „Dat geldt voor de exotische morpho net zo goed als voor Nederlandse soorten als de dagpauwoog en het zandoogje. Vanwege de geringe grootte van de vlinderschubben zijn hun structuurkleuren moeilijk te bestuderen, maar de scatterometer biedt uitkomst.”

Door de jaren heen publiceerde Stavenga honderden wetenschappelijke artikelen, en nog altijd is hij gegrepen door de wetenschap: „Dankzij de universiteit kan ik nog steeds onderzoeken wat ik heel interessant vind.” Hij verdiept zich niet alleen in dierenkleuren maar ook in hoe insecten de wereld om hen heen (met daarin andere insecten en bloemen) waarnemen. „Insecten kunnen ultraviolet licht zien, en soms ook infrarood. Ze zien elkaar en de wereld om hen heen dus heel anders dan wij dat doen.”

Momenteel onderzoekt hij samen met biologiestudenten het ruimtelijk gezichtsvermogen van een fruitvlieg, ook weer met behulp van een opstelling die hij zelf ontwikkeld heeft. „Net als bij de mens is het zicht van vliegen niet homogeen. Recht vooruit zien ze scherper dan opzij, er zit een gradiënt in.”

Door het samengestelde fruitvliegoog vanuit alle richtingen te fotograferen met een ingewikkelde microscopische opstelling kan de variatie in de gezichtsscherpte berekend worden, en hoe die verschilt tussen mannelijke en vrouwelijke fruitvliegen. „Zie je dat groene vlekje in het samengestelde oog? Dat is de pseudopupil, die over het oog beweegt, afhankelijk van de richting van waaruit je het insect bekijkt. Daarmee kunnen we precies de blikveldverdeling bepalen. Uiteindelijk willen we te weten komen hoe de visuele informatieverwerking vanaf de fotoreceptoren tot in de hersenen in z’n werk gaat.”

Zie je ook hoe esthetisch, fraai en divers de ogen zelf zijn?

Aan de muur van het lab hangen ook prachtige, door Leertouwer gemaakte, uitvergrote foto’s van dazenogen. Bij die steekvliegen hebben de mannetjes een heel ander zicht dan vrouwtjes, zegt Stavenga: ze zijn heel goed in het onderscheiden van ultraviolet-blauw licht, zodat ze een potentiële partner duidelijk tegen de hemel kunnen zien afsteken. „Zie je ook hoe esthetisch, fraai en divers de ogen zelf zijn, met allerlei uiteenlopende kleuren en patronen? Tal van vlinders en vliegen en libellen hebben zulke fraai gekleurde ogen, waarbij verschillende pigmenten ook nog de gevoeligheid voor bepaalde lichtgolflengtes beïnvloeden.”

Delen





Mail de redactie