Blüten-Halo zur Anlockung von Bestäubern vielfach konvergent

Viele Vogelfedern oder Schmetterlingsflügel begeistern durch ihre Farbenpracht. Dabei können die Farben auf unterschiedliche Weise hervorgebracht werden: durch Farbpigmente (Pigmentfarben) oder durch besondere Strukturen im Nano- bis Mikrometerbereich auf Oberflächen, an denen einfallendes Licht gestreut wird. Je nach Einfallswinkel und Betrachtungsrichtung führt dies zu unterschiedlichen Farbreflexionen (Strukturfarben). Die Mischung von Pigment- und Strukturfarben kann zusätzliche Farbschattierungen hervorrufen.

Strukturfarben kommen auch auf zahlreichen Blüten vor und können eine wichtige Rolle bei der Anlockung bestäubender Insekten spielen. Bekanntlich sind Insekten in der Lage, UV-Licht optisch wahrzunehmen, und sie reagieren besonders auch auf Blautöne. Zwar sind Pflanzen kaum in der Lage, entsprechende Farbpigmente zu synthetisieren, doch hier helfen Strukturfarben aus. Viele Arten bilden leicht ungeordnete, filigrane Rillenstrukturen in der Größe von einigen hundert Nanometern auf den inneren Bereichen ihrer Kronblätter und erzeugen auf diese Weise Strukturfarben in den von den Blütenbesuchern „gern gesehenen“ Farben, mit denen Insekten angelockt werden können. Eine deutsch-britische Forschergruppe hat diesen Effekt an Blüten von zwölf Arten mit flachen Kronblättern genauer elektronenmikroskopisch untersucht (Moyroud et al. 2017). Sie fanden heraus, dass die feinen Rillen nicht perfekt periodisch angeordnet, sondern leicht ungeordnet sind, indem sie in Breite und Abstand variieren. Doch das scheint kein Nachteil zu sein, sondern gerade die passende Reflexion des Lichts zu ermöglichen. Auf diese Weise entsteht im inneren Bereich der Blüte ein blauer bis ultravioletter Ring (Halo) aus einem relativ intensivem Streulicht, das am besten unter einem schmalen Blickwinkel von bis zu 25 Grad sichtbar ist (Abb. 1).

Abb. 1: Bei der in Südafrika vorkommenden Schönen Bärenkamille (Ursinia speciosa, Familie Korbblütler) ist der blaue Halo wegen dunkler Pigmente auch für das menschliche Auge sichtbar, anders als bei heller gefärbten Blüten. (Botanischer Garten der Cambridge University, CC BY-SA 3.0)

Die Wissenschaftler setzten künstliche Blüten mit und ohne Haloeffekt ein und konnten damit zeigen, dass die als Versuchstiere eingesetzten Hummeln nach entsprechendem kurzem Training nur auf Blüten mit dem durch Strukturfarben erzeugten Halo flogen, während Blütenmuster mit flacher Oberfläche ohne blau-ultraviolettes Streulicht trotz Einfärbung mit Farbpigmenten verschmäht wurden.

Die untersuchten Blüten stammen von Arten unterschiedlicher systematischer Zugehörigkeit aus allen größeren Gruppen der bedecktsamigen Blütenpflanzen (Angiospermen). Dabei zeigte sich, dass Größe, Höhe und Anordnung der Nanostrukturen auf den Blüten stark variieren, aber letztlich denselben Streulichteffekt verursachen. Nicht eine ganz bestimmte Größe und Anordnung ist für den Schillerglanz entscheidend, sondern der Grad der Unordnung und die Art der Variation der Höhe und Abstände der Nanostrukturen. Die Autoren folgern daraus, dass die optischen Eigenschaft des winkelabhängigen Streulichts vielfach unabhängig, also konvergent entstanden sind, denn insgesamt sind Blüten mit ungeordneten Nanostrukturen selten und werden bei Arten, die als stammesgeschichtlich ursprünglich angesehen werden, nicht angetroffen. Das konvergente Auftreten ist erstaunlich, denn die strukturellen Anforderungen für die Erzeugung von Strukturfarben sind anspruchsvoll. „Die Entwicklungsbiologie dieser Strukturen ist ein wirkliches Geheimnis“, wird Beverley J. Glover, eine der an den Untersuchungen beteiligten Forscherinnen, zitiert (https://www.sciencedaily.com/releases/2017/10/171018132826.htm). Je anspruchsvoller eine Struktur, desto unwahrscheinlicher ihre Entstehung durch ungerichtete natürliche Mutations- und Auslesevorgänge; das gilt erst recht bei mehrfach unabhängiger Entstehung.

R. Junker

[Moyroud E, Wenzel T et al. (2017) Disorder in convergent floral nanostructures enhances signalling to bees. Nature 550, 469–474.]