Warum die Pazifische Putzergarnele so wahnsinnig weiß ist

Im Meer sticht die Pazifische Putzergarnele durch ihre leuchtend weiße Färbung auf ihrem Rücken und ihre schnurrhaarartigen Fühler aus der Masse hervor. Ein internationales Wissenschaftlerteam hat kürzlich die komplizierte biologische Technik hinter diesem strahlenden Weiß enthüllt und ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Nature Photonics veröffentlicht.

Wie der Name schon sagt, „säubert“ die Pazifische Putzergarnele Fische, indem sie Parasiten und abgestorbenes Gewebe von ihrer Haut frisst. Die intensive weiße Färbung des Krebstiers dient als auffällige Werbung und lockt Fische dazu, seine für beide Seiten vorteilhaften Hausmeisterdienste in Anspruch zu nehmen.

Die leuchtende Farbe der Pazifischen Putzergarnele ist doppelt beeindruckend, wenn man bedenkt, dass sie sich in einem Medium mit eingeschränktem Licht manifestiert. Wasser schränkt die Reichweite von Lichtteilchen (Photonen) erheblich ein. Innerhalb der ersten 10 Meter absorbiert Wasser mehr als 50 % der sichtbaren Lichtenergie. Jenseits von 200 Metern gibt es kaum noch nennenswertes Licht.

Objekte erscheinen weiß, wenn sie das gesamte Licht reflektieren. Aber da im Ozean weniger Lichtpartikel reflektiert werden müssen, ist es schwierig, ein so strahlendes Weiß zu erzielen. Das bedeutet, dass alles, was sich in der Kutikula (Haut) der Pazifischen Putzergarnelen befindet, extrem reflektierend sein muss.

Es muss außerdem extrem brechend sein – das Licht beugen. Strahlendes Weiß erfordert, dass ein Objekt das Licht viel stärker beugt als das Medium, in dem es existiert. Luft ist nicht sehr brechend, Wasser jedoch schon. Aus diesem Grund wird die Farbe eines weißen Gegenstands schwächer und erscheint fast grau, wenn man ihn ins Wasser taucht.

Um das Innenleben der weißen Kutikula der pazifischen Putzergarnele aufzudecken, nutzte das Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Dr. Ben Palmer, einem Assistenzprofessor am Fachbereich Chemie der Ben-Gurion-Universität des Negev, und seiner Studentin Tali Lemcoff Kryo -Rasterelektronenmikroskopie. Dabei wurde das weiße Gewebe der Garnelen tiefgefroren und anschließend mit fokussierten Elektronenstrahlen bestrahlt. Der Beschuss erzeugt bei der Interaktion mit Atomen in der Probe Signale, die zu einem bemerkenswert scharfen Bild im Nanomaßstab destilliert werden können.

Was sie in diesen Bildern sahen, war wirklich bemerkenswerte Biotechnik. In den Zellen der Garnele befanden sich kugelförmige Partikel mit einer Größe von etwa 300 Nanometern, von denen jedes Stapel von Molekülen enthielt, die in Speichen fast wie ein Fahrrad angeordnet waren. Durch die Positionierung wird ein Phänomen namens Optical Crowding überwunden, bei dem die Lichtreflexion abnimmt, wenn lichtstreuende Strukturen zu dicht gepackt sind. Wenn Sie versuchen, Licht zu streuen (und so Weiß zu erzeugen), ist ein effizienteres Design schwer vorstellbar.

„Die Garnele hat eine scheinbar grundlegende Hürde in der Optik überwunden, indem sie Partikel mit dieser besonderen Anordnung von Molekülen erzeugt hat“, sagte Dr. Palmer in einer Erklärung. „Die Frage ist nun, wie können wir diesen Effekt reproduzieren, um neue Materialien zu schaffen, die wir als Lebensmittelzusatzstoffe in Weißbrot oder in weißer Farbe und anderen Anwendungen verwenden könnten?“

Palmer stellt sich vor, Titandioxid, ein Bleichmittel, durch eine organische Verbindung zu ersetzen, die von der pazifischen Putzergarnele inspiriert ist. Titandioxid wird in einer Reihe von Lebensmitteln sowie in Kosmetika und Farben verwendet. Im August 2022 wurde es in der Europäischen Union wegen Bedenken, dass es Krebs verursachen könnte, verboten, aber die FDA erlaubt es in den USA immer noch. Wissenschaftliche Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Titandioxid in den extrem geringen Mengen, in denen es verwendet wird, keinen Schaden anrichtet.

Diederik S. Wiersma, ein auf Spektroskopie spezialisierter Physiker an der Universität Florenz, bot in einem parallel zur jüngsten Studie veröffentlichten Standpunkt eine weitere mögliche Verwendung an.

„Man könnte sich vorstellen, eine neuartige Sonnencreme für den Menschen zu entwickeln, die die Haut vor UV-Strahlung schützt und gleichzeitig für einen angenehm kühlenden Effekt sorgt.“