Camouflage mit Superschwarz

 Gut getarnt: die Westafrikanische Gabunviper <i>Bitis rhinoceros</i>
Gut getarnt: die Westafrikanische Gabunviper Bitis rhinoceros
Die Westafrikanische Gabunviper ist eine gefährliche Jägerin: Stundenlang lauert die gefleckte Schlange bewegungslos am Waldboden, um dann plötzlich zuzuschnappen und ihre Beute mit Gift zu lähmen. Ihr größter Vorteil ist dabei ihr von hellen und schwarzen Flecken übersäter Tarnanzug. Denn das einzigartig samtige Tiefschwarz ihrer Flecken lässt diese wie Vertiefungen erscheinen und löst die Körperform des Reptils gegenüber dem kontrastreichen Waldboden nahezu komplett auf. Wie dieses "Superschwarz" zustande kommt, haben deutsche Forscher jetzt aufgeklärt. Demnach sorgt eine raffinierte Mikro- und Nanostruktur auf den dunklen Schuppen dafür, dass das auftreffende Licht fast vollständig absorbiert wird. Eine solche schwarze Strukturfarbe war bei Schlangen bisher unbekannt - und sie könnte sogar künstliche Materialien verbessern helfen.
Die Westafrikanische Gabunviper ( Bitis rhinoceros) ist mit gut zwei Metern Länge und bis zu zehn Kilogramm Gewicht eine der größten und schwersten Giftschlangen der Welt. Kein Wunder also, dass sie nicht gerade ein Ausbund an Bewegungsfreude ist. Sie liegt nahezu bewegungslos auf dem Laub des Waldbodens herum und wartet darauf, dass eine Ratte oder ein anderer Kleinsäuger in ihre Nähe kommt. Angst vor Entdeckung muss die Viper dabei nicht haben, denn ihre scheckige Färbung macht sie nahezu unsichtbar. "Geometrische Flecken erzeugen falsche Kanten und maskieren so die tatsächliche Silhouette und Form des Schlangenkörpers", erklären Marlene Spinner von der Universität Kiel und ihre Kollegen.

Dass das Schwarz der Flecken selbst bei direkter Beleuchtung besonders dunkel erscheint und damit den Kontrast zu den hellen Schuppenpartien verstärkt, hatte man schon früher beobachtet. Es gab auch bereits Vermutungen, dass ein optischer Effekt mit im Spiel ist, der durch die Feinstruktur der Oberfläche hervorgerufen wird - ähnlich wie bei den schillernden Flügeln mancher Schmetterlinge. "Aber eine Mikrostruktur, die die Wirkung des Pigments verstärkt, hatte man bisher noch bei keiner Schlange gefunden", erklären die Forscher.

Blättchen mit Rippen und Härchen

Für ihre Studie untersuchten Spinner und ihre Kollegen zunächst die Mikrostruktur der Schlangenschuppen mit Hilfe von Licht- und Elektronenmikroskop. Dabei zeigte sich: Die hellen und dunklen Schuppenbereiche unterscheiden sich nicht nur in ihrem Pigmentgehalt, auch ihre Oberfläche ist völlig anders geformt. An den hellen Stellen ähnelt sie einer flachen, mit niedrigen Rippen und Graten bedeckten Landschaft, wie die Forscher berichten. Die schwarzen Bereiche sind dagegen mit blattartigen Mikrostrukturen besetzt, die ihrerseits von noch kleineren, verzweigten Rippen und Vorsprüngen überzogen sind. Und auch auf den Flächen zwischen den Mikroblättern habe man Rippen gefunden, die dort zusätzlich mit feinen, haarartigen Vorsprüngen bedeckt waren.

"Das ist das allererste Mal, dass solche blattartigen Mikrostrukturen mit sowohl Nanorippen als auch haarähnlichen Nanovorsprüngen im Zusammenhang mit schwarzer Hautfärbung entdeckt wurden", konstatieren Spinner und ihre Kollegen. Zwar nutze auch der Odysseusfalter ( Papilio ulysses) Nanostrukturen, um ein Superschwarz zu erzeugen, diese sind aber in mehreren Schichten angeordnet. Eine nicht geschichtete, hierarchisch gegliederte Ornamentierung wie bei der Gabunviper sei daher einzigartig.

Samtiger als Samt

Um herauszufinden, welche optische Wirkung diese Mikrostruktur hat, bestrahlten die Forscher Schuppenteile mit Licht unterschiedlicher Wellenlängen. Das Ergebnis: Die mikrostrukturierten schwarzen Oberflächen reflektierten im Durchschnitt das Licht um einen Faktor vier schlechter als die hellen. Dieser lichtschluckende Effekt war dabei nahezu unabhängig vom Betrachtungswinkel, wie Spinner und ihre Kollegen berichten. Damit übertreffe dieses Material sogar die lichtschluckende Wirkung von Samt. Dieser reflektiert ebenfalls sehr wenig Licht und erscheint daher dunkler als andere, glattere Materialien - aber nur aus bestimmten Blickwinkeln. Aus anderen scheint der Samt dagegen zu glänzen. "Die dunklen Schuppen der Gabunviper haben auch einen Samteffekt - aber aus allen Richtungen", so die Forscher. Möglicherweise könnte diese Struktur daher dazu beitragen, bereits existierende ultradunkle Materialien noch weiter zu verbessern.

Und noch etwas stellten die Wissenschaftler fest: Besonders ausgeprägt war die lichtschluckende Wirkung der Vipern-Schuppen bei Licht kurzer Wellenlängen zwischen 500 und 600 Nanometern. Dies entspricht grünlichen und bläulichen Lichtfärbungen. "Betrachtet man den Lebensraum der Gabunviper, ist das ein großer Vorteil", erklären die Forscher. Denn in dem von den Blättern gedämpften Licht des Waldes dominiert der grüne Anteil. Liegt die Schlange dort inmitten von herabgefallenen Blättern am Boden herum, erscheint ihr Fleckenmuster besonders kontrastreich und verhilft ihr so zu einer effektiven Tarnung. Und auch in der Dämmerung, wenn die Viper aktiv wird, ist sie dank ihrer Schuppenstruktur bestens angepasst. Denn dann sind neben den rötlichen Tönen der niedrigstehenden Sonne die bläulichen Lichtanteile stark vertreten. "Das tarnt die Schlange, wenn sie auf Beute lauert", so die Forscher.
Marlene Spinner (Universität Kiel) et al., Scientific Reports, doi: 10.1038/srep01846

© wissenschaft.de - Nadja Podbregar


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