Frage: Welche Farbe haben Blaubeeren? Nur wenige Menschen kennen die Wahrheit!

Farbe ist eine Sprache der Pflanzen.

Anhand der Farben können wir die Anpassung und den Wettbewerb verschiedener Pflanzen in der Natur erkennen. Ein leuchtend roter Apfel, eine blühende rosa Blume und ein Grapefruitbaum voller gelber Früchte – diese repräsentativen Farben vermitteln auf subtile Weise die Weisheit des Pflanzenüberlebens.

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Betrachtet man jedoch die gesamte Natur, sind blaue Pflanzen (einschließlich Blumen und Früchte) nicht häufig. Blaubeeren sind vielleicht die erste blaue Pflanze (Frucht), an die Sie denken. Wenn man Blaubeeren jedoch zu Saft auspresst, entsteht entgegen der Intuition ein tiefes Rotviolett und kein Indigoblau.

Blaubeersorten mit niedrigem Kältebedarf (Foto mit freundlicher Genehmigung von Diggers)

Woher bekommt die Blaubeere ihre blaue Farbe?

Warum ist Blau in der Natur so selten?

Ursprung der Farbe

Mitte des 17. Jahrhunderts führte der Wissenschaftler Exar Newton ein berühmtes Experiment durch: die Streuung von Licht. Er ließ einen Strahl weißen Lichts durch ein Prisma passieren und das weiße Licht wurde in ein sichtbares Spektrum von Rot bis Violett zerlegt. Der Grund für dieses Phänomen liegt darin, dass das weiße Licht im Prisma gebrochen wird und jede Lichtfarbe tatsächlich eine andere Frequenz hat, sodass auch die Geschwindigkeit beim Durchgang durch das Prisma unterschiedlich ist, was dazu führt, dass die Farben in unterschiedlichen Winkeln gebogen werden und sich in ein sichtbares Spektrum aufspalten.

Ein Strahl weißen Lichts passiert ein Prisma und zeigt ein Farbspektrum. Quelle: BBCbitesize

Dieses Experiment zeigt, dass weißes Licht tatsächlich eine Mischung aus mehreren Farben ist. Wenn Licht unterschiedlicher Frequenzen (wie etwa Sonnenlicht) auf unsere Augen scheint, kombiniert unser Gehirn die verschiedenen Farben automatisch zu Weiß.

Wenn das weiße Licht jedoch woanders hin strahlt, ändert sich die Situation. Beispielsweise die blauen Verkehrsschilder, die man häufig am Straßenrand sieht. Wenn Sonnenlicht auf die Oberfläche scheint, werden die meisten Farben absorbiert, während blaues Licht reflektiert wird. Daher ist das Licht des Verkehrsschildes, das auf unsere Augen scheint, hauptsächlich blaues Licht, und das Schild erscheint unseren Augen auch blau.

Dasselbe Prinzip gilt für die meisten Dinge, die wir im Alltag sehen: Blaubeeren erscheinen blau, weil sie blaues Licht reflektieren, und Blätter erscheinen grün, weil sie grünes Licht reflektieren und andere Farben absorbieren.

Einfach ausgedrückt: Die bunte Welt, die wir sehen, entsteht dadurch, dass weißes Licht auf ein Objekt fällt, einige Farben reflektiert und der Rest absorbiert wird.

Die rote Farbe des Apfels spiegelt sich in unseren Augen. Bildquelle: dentalcare

Nachdem wir nun den Ursprung der Farbe verstanden haben, gehen wir einen Schritt weiter: Wodurch wird bestimmt, welche Farben reflektiert werden?

Was für ein Blau ist das Blau in Blaubeeren?

Wie wir alle wissen, enthalten Pflanzen biologische Pigmente. Die Moleküle in diesen Pigmenten interagieren auf unterschiedliche Weise mit Licht verschiedener Farben, sodass sie bestimmte Lichtfarben selektiv absorbieren und andere Lichtfarben reflektieren können. Dies ist auch die erste Art und Weise, wie Farbe erzeugt wird.

Ein typisches Beispiel ist Chlorophyll. Viele Pflanzen, die Photosynthese betreiben müssen, besitzen Chlorophyll. Wenn Sonnenlicht auf sie scheint, werden fast alle roten, blauen, gelben und anderen Lichtfarben absorbiert, grünes Licht jedoch nicht. Im Gegenteil, grünes Licht wird reflektiert, wodurch die Pflanzen grün erscheinen.

Blätter reflektieren grünes Licht. Bildquelle: vedantu

Dieser Überlegung folgend glauben viele Menschen auch, dass Blaubeeren blau erscheinen, weil sie Anthocyane enthalten. Doch neueste Forschungsergebnisse zeigen deutlich, dass die Farbe von Heidelbeeren nicht von den darin enthaltenen Pigmenten bestimmt wird. Obwohl Heidelbeeren hohe Konzentrationen an Anthocyanen enthalten, ist ihre Streukurve im Allgemeinen dunkelrot, was sich völlig vom Indigo auf der Schale unterscheidet. Nach dem Abziehen der Schale der Heidelbeeren kommt das dunkelrote Fruchtfleisch zum Vorschein.

Wie bekommen Blaubeeren ihre blaue Farbe?

Die Antwort ergibt sich aus der zweiten Art der Farberzeugung: der Strukturfarbe. Diese Farbform ist weniger verbreitet, kann aber einige der leuchtendsten Farben der Natur hervorbringen. Im Gegensatz zur Art und Weise, wie die erste Farbe erzeugt wird, können Nanostrukturen nicht absorbierender Moleküle durch Welleninterferenz mit Licht interagieren und helle, stark gesättigte Farben reflektieren.

Beispiele für Strukturfarben in der Natur. Bildquelle: Biomimiikry

Woher kommt also die Strukturfarbe der Blaubeeren? Ich weiß nicht, ob Ihnen aufgefallen ist, dass die Oberfläche von Blaubeeren immer mit einer Schicht einer weißen, frostähnlichen Substanz bedeckt ist. Dabei handelt es sich eigentlich um ihr Schutzwachs, das viele Pflanzen besitzen. Dieses Pflanzenschutzwachs verfügt über selbstordnende und selbstreparierende Fähigkeiten und bestimmt die meisten Eigenschaften der Pflanze, wie etwa Hydrophobie, Selbstreinigung und Resistenz gegen Insekten und mikrobielle Krankheitserreger.

Schutzwachs auf der Oberfläche von Heidelbeeren (Bildquelle: plantura)

Natürlich sind Pflanzenwachse, wie auch andere Biomaterialien wie Zellulose, ein heißes Forschungsthema, doch überraschenderweise konzentrierte sich die Forschung zu Wachsen bisher hauptsächlich auf die Hydrophobie ihrer Oberflächen, während die optischen Eigenschaften der Wachse kaum erforscht wurden.

Rox Middleton, ein Forscher der University of Bristol in Großbritannien, widmete sich diesem Bereich. Er interessierte sich sehr für die Quelle der blauen Farbe der Blaubeeren und nahm daher eine Probe des Wachses auf der Oberfläche der Blaubeeren, rekristallisierte es und reproduzierte so die indigoblaue Farbe der Blaubeeroberfläche.

Rasterelektronenmikroskopie ergab, dass die wachsartige Beschichtung auf der Oberfläche von Blaubeeren zufällig verteilte Kristallstrukturen aufweist, die blaues und ultraviolettes Licht streuen und Blaubeeren so ihr einzigartiges indigoblaues Aussehen verleihen.

Durch In-vitro-Rekristallisation wird das strukturelle Farbschutzwachs reproduziert. Bildquelle: Forschungsarbeit beigefügt

Warum ist Blau so selten?

In der Natur kommt Blau bei lebenden Organismen selten vor. Auch die wenigen Arten mit blauer Farbe, wie Glockenblumen, Schmetterlinge und tropische Frösche, verlassen sich in erster Linie auf Strukturfarben, um diese Farbe hervorzubringen, hauptsächlich zum Zweck der Verteidigung gegen Raubtiere. Sogar blaue Gesteine ​​und Mineralien wie Saphir und Lapislazuli sind in der Natur äußerst selten.

Azurit Bildquelle: sergebriez

Der Grund hierfür liegt darin, dass natürliche blaue Pigmente in Tieren und Pflanzen fast nicht vorkommen. Und im Vergleich zu Licht mit längerer Wellenlänge und niedrigerer Energie wie rotem Licht erfordert die Reflexion von blauem Licht ein Photon mit niedriger Energie, das eine kleine Menge Energie absorbiert. Um den roten Teil des Spektrums zu absorbieren, haben Pflanzen Schwierigkeiten, so große, komplexe Moleküle zu produzieren. Daher bietet die Strukturfarbe eine kostengünstige Möglichkeit, „blau zu werden“.

Die leuchtend blauen Federn der Vögel. Bildquelle: wrearodsawang

Obwohl Blau in der Natur selten vorkommt, hat der Mensch durch die Nachahmung zweier Arten der Farberzeugung verschiedene Blautöne geschaffen. Ob durch die Verwendung chemischer Methoden zum Mischen von Pigmenten oder durch die geschickte Ausnutzung der Reflexion von Licht und Struktur: Blau hat sich von einer seltenen Farbe zu einer alltäglichen Verzierung des Lebens entwickelt.

Verweise

Selbstorganisierte, ungeordnete Strukturfarbe aus Fruchtwachsblüten

https://doi.org/10.1126/sciadv.adk4219

Bioinspirierte Materialien: Strukturfarben in der Natur

https://www.sbnature.org/publications/blog/2/posts/66/bio-inspired-materials-structural-color-in-nature

Warum ist die Farbe Blau in der Natur so selten?

https://www.livescience.com/why-blue-rare-in-nature.html

Autor: Fisch

Herausgeber: Dong Xiaoxian

Rezensent: Liu Kun und Li Peiyuan