Slimme optische trucs doen boterbloem glanzen

Boterbloemen staan bekend om hun intense, glanzend gele kleur. Al een eeuw lang proberen biologen te begrijpen waarom deze bloemen zo opvallend zijn. RUG-onderzoekers hebben voor het eerst alle kennis over boterbloemen in een model samengebracht, aangevuld met nieuwe informatie. De resultaten zijn op 22 februari gepubliceerd in het Journal of the Royal Society Interface.

De anatomie van de bloembladeren van de boterbloem vormt de eerste stap in het ontrafelen van het geheim van de intense kleur. Deze bloembladeren hebben een epidermis (‘opperhuid’) die één cellaag dik is en geel pigment bevat. Onder deze dunne cellaag bevindt zich een luchtkamer. Tijdens zijn promotieonderzoek aan de RUG heeft Casper van der Kooi (die nu werkt aan de universiteit van Lausanne in Zwitserland) de spectra gemeten van het licht dat de epidermis reflecteert.

Glimmen

‘We ontdekten dat die laag zich gedraagt als een dunne optische film en kleuren produceert net als een olielaagje op water, of een zeepbel’, zegt Van der Kooi. ‘Licht wordt aan beide kanten van de cellaag teruggekaatst, op de overgang tussen cellen en lucht. Omdat de cellaag heel glad en dun is ontstaat er optische interferentie. De kleuren die daarbij ontstaan mengen zich, wat de witte glans oplevert die de bloembladeren doet glimmen.’

Deze gepigmenteerde dunne film is uniek in de plantenwereld. ‘Vlinders gebruiken een vergelijkbare structuur om kleur te produceren, net als sommige vogels. Maar de boterbloem is voor zover bekend de enige bloem die dit gebruikt’, zegt Van der Koooi. De structuur van de epidermis was al eerder beschreven, maar Van der Kooi en zijn collega’s zijn de eersten die de spectra hebben gemeten en de conclusie trokken dat de cellaag zich gedraagt als een dunne optische film.

Naast de luchtkamer bezitten de bloembladeren nog een unieke structuur: een laag zetmeel die ook het licht verstrooit en een deel terugkaatst door de gepigmenteerde epidermis. ‘Op die manier gaat het licht dat door het zetmeel wordt teruggekaatst twee keer door het pigment heen, wat zorgt voor een rijke gele kleur.’ Van der Kooi gebruikte een fysisch model van de bloembladeren dat hij eerder had ontwikkeld om te verklaren hoe deze unieke anatomische kenmerken zorgen voor zowel de intensiteit van de kleur als de glans.

Maar waarom maakt de boterbloem zulke complexe bloembladeren? Van der Kooi ziet twee voordelen voor de plant. ‘De eerste is dat onder de juiste condities de glans van de epidermis een heldere flits kan produceren die voor insecten op grote afstand is te zien.’ Dit gebeurt als de zon hoog in een heldere lucht staat.

Temperatuur

Een tweede voordeel volgt uit het feit dat de boterbloem heliotroop is, de bloemen volgen de zon. Dat doen ze vooral als het koud is en dan nemen de bloemen bovendien een parabool-vorm aan, vergelijkbaar met een satellietschotel. Hierdoor reflecteren ze het zonlicht naar het centrum van de bloem, het punt waar zich de voortplantingsstructuren bevinden.

‘We zijn nog bezig met metingen, maar onze hypothese is dat dit licht de temperatuur van de voortplantingsorganen helpt te verhogen. Dat zou de rijping van zaad en stuifmeel bevorderen.’ Eerdere metingen van andere groepen laten inderdaad zien dat het centrum van een boterbloem een paar graden warmer kan zijn dan de omgeving. ‘Al zou dat deels kunnen komen doordat de bloembladeren beschutting bieden tegen de wind.’

Zo heeft het onderzoek heeft een deel van de mysteries rond de boterbloem opgehelderd. ‘We kunnen nu verklaren welke effecten de complexe anatomie van de bloembladeren heeft.’

Referentie: Van der Kooi CJ, Elzenga JTM, Dijksterhuis J, Stavenga DG. 2017. Functional optics of glossy buttercup flowers. Journal of the Royal Society Interface