Anatomie van de bloemkleur

Je zou denken dat biologen alles weten over bloemkleur. Maar hoe die kleur precies ontstaat, bleek nog een raadsel. Casper van der Kooi maakte een fysisch model dat beschrijft hoe pigmenten zorgen voor kleur. Het leverde enkele verrassende conclusies op. Op 27 november 2015 verdedigt Van der Kooi zijn proefschrift aan de Rijksuniversiteit Groningen, slechts een jaar na het behalen van zijn masterdiploma.

Als student van de RUG-master Ecologie en Evolutie deed Casper van der Kooi een onderzoek bij de afdeling Biofysica, waar kleuren een belangrijk onderzoeksobject zijn. ‘Er was een belangrijk artikel verschenen in Science, waarin Britse onderzoekers claimden dat iriseren (hoek-afhankelijk regenboogkleuren vertonen) belangrijk was bij de kleurvorming van bloemen.’ Iriseren is bekend van olie op het water, zeepbellen, en parelmoer, maar ook van keverschilden of vlindervleugels. Het verschijnsel ontstaat door de breking van licht in of op een oppervlak. Van der Kooi: ‘Maar in bloemen zie je dat eigenlijk nooit. Daarom zochten we uit of die claim juist was.’

Not amused

Van der Kooi zag dat onder de microscoop enig iriseren optrad, maar op grotere schaal was het niet waarneembaar en publiceerde er een artikel over. De Britten waren ‘not amused’ over zijn publicatie en niet overtuigd. Hij ging daarom verder met het ontwikkelen van een optisch model om de bloembladkleur rekenkundig te beschrijven. Het werd een belangrijk onderdeel van zijn promotieonderzoek.

Bloembladmodel

Van der Koois model van een bloemblad bestaat uit cellagen die elk wel of geen pigment kunnen bevatten. Per laag is te berekenen hoeveel licht er in welke kleur wordt teruggekaatst. ‘Op die manier kunnen we achterhalen hoe kleur is gevormd in een bepaald bloemblad’, legt Van der Kooi uit. ‘Dat is belangrijk bij onderzoek naar de evolutie van bloemkleur. Als bijvoorbeeld een insect een bloem altijd van dezelfde kant benadert, verwacht je dat daar ook het meeste pigment zit.’

Boterbloem

Van der Kooi ontdekte dat de boterbloem een bijzonder geval was. De boterbloem heeft een zeer felgele kleur. ‘We zagen dat het gele pigment in de epidermis, de buitenste cellaag, zit, met daaronder een luchtlaag. Licht valt door de laag met het pigment heen, wordt vervolgens weerkaatst en gaat dus nog een keer door de pigmentlaag heen voordat ons oog de kleur ziet. Dat zorgt voor die verzadigde kleur.’

Verwarmde voortplantingsorganen

De volgende vraag was wat het nut van deze bladconstructie is. Niet om insecten te lokken, concludeerde Van der Kooi. ‘Modellen van het insectenoog en gedragsstudies met bijen tonen aan dat insectenogen een lage resolutie hebben. Ze zien lang niet zo goed als mensen en zullen dus niets bijzonders zien aan een boterbloem.’ Uiteindelijk vond Van der Kooi een verklaring. ‘Als het koud is richten boterbloemen zich op de zon en de bloem krijgt de vorm van een kommetje. Het licht dat weerkaatst in de komvormige bloemen komt vooral terecht op de voortplantingsorganen. Die worden daardoor verwarmd, wat de ontwikkeling van zaad bevordert.’

Insect en bloemkleur

Naast de ontwikkeling van het model deed Van der Kooi ook onderzoek naar de effecten van kleur op insecten in het stroomgebied van de Drentse Aa. ‘We hadden een database met twee miljoen observaties van insecten op bloemen. Daaruit bleek dat sommige bloemen specialisten waren, die steeds dezelfde insecten aantrokken. Andere waren generalisten.’ De specialistensoorten bleken onderling meer van kleur te verschillen dan de generalisten. ‘Een hommel moet na het oppikken van pollen van bijvoorbeeld witte klaver wel voor de bestuiving een andere klaverbloem vinden.’ De generalisten vertrouwen erop dat er wel een keer een insect met de juiste pollen langskomt.

Bewezen

Van der Koois model van kleurvorming bij bloembladeren heeft zich in zijn onderzoek bewezen. Hij verwacht dat anderen nu nieuwe vragen gaan onderzoeken met dit gereedschap. Maar heeft hij de Britten al overtuigd? Hij lacht. ‘Ze zeggen nu dat iriseren bij een bepaalde hibiscusbloem wel degelijk een rol speelt. Maar wij laten wel zien dat het niet algemeen voorkomt bij bloemen.’

Promotie

Casper van der Kooi promoveert op 27 november 2015 aan de RUG op onderzoek dat hij uitvoerde bij de afdelingen Biofysica en Plantenfysiologie van het Zernike Institute for Advanced Materials (ZIAM)van de RUG. De titel van het proefschrift is The coloration toolkit of flowers. Zijn promotoren zijn prof.dr. D.G. (Doekele) Stavenga, prof.dr. H.A. (Hans) de Raedt en prof.dr. J.T.M. (Theo) Elzenga. Inmiddels is hij aan de universiteit van Lausanne begonnen aan een nieuw promotieonderzoek.