Rood komt daarentegen juist heel weinig voor. En nu begrijpen wetenschappers hoe dat komt.

Denk eens aan het prachtige verenkleed van een pauw. Het is je vast weleens opgevallen hoe helder en intens blauw de veren zijn. Maar niet alleen een pauw beschikt over een fraai verenkleed. Kijken we naar de hele natuur, dan valt op dat de helderste en meest intense kleuren meestal blauw of groen zijn. Maar hoe zit dat?

Wat is kleur?
Kleur is een eigenschap van licht die wordt bepaald door de verschillende golflengtes waaruit dat licht is samengesteld. Mensen nemen licht waar wanneer elektromagnetische straling met een golflengte tussen 750 en 400 nanometer het oog bereikt. De samenstelling van golflengtes wordt het spectrum genoemd. Wanneer een mengsel van golflengten door de ogen wordt gedetecteerd en door de hersenen wordt verwerkt, zie je een gecombineerde kleur.

Kleuren
Om dat te begrijpen, moeten we bij het begin beginnen. “Kleuren kunnen door verschillende mechanismen ontstaan,” legt onderzoeker Lukas Schertel aan Scientias.nl uit. “Enerzijds kennen we kleuren van biologische pigmenten of kleurstoffen. Deze absorberen enkele golflengtes van licht en weerkaatsen de rest in je oog. Aan de andere kant kennen we structurele kleuren. Dit is gebaseerd op lichtverstrooiing. Afhankelijk van de exacte structuur kunnen verschillende golflengtes minder of juist sterker worden verstrooid (weerkaatst). Hierdoor ontstaan er zeer zuivere en verzadigde kleuren, ofwel ‘felle kleuren’.” In de natuur zien we vaak dat rode kleuren worden geproduceerd door pigmenten. Heldere blauwe en groene tinten komen echter voort uit structurele kleuren. Denk aan de pauw en blauwe morpho’s (een prachtige, helderblauwe vlindersoort). En dat is eigenlijk best opmerkelijk. Want waarom?


De veren van een pauw zijn een klassiek voorbeeld van een structurele kleur. Afbeelding: PublicDomainPictures via Pixabay

“De structurele kleur die door lichtverstrooiing wordt gecreëerd kun je ook weer onderverdelen,” legt Schertel uit. Soms – zoals bijvoorbeeld op pauwenveren – kan de kleur iriserend zijn en verschuiven tussen kleurtinten onder verschillende hoeken en onder verschillend licht. Deze worden geproduceerd door geordende kristallijne structuren. “Ten tweede kennen we ongeordende structuren,” somt Schertel op. Hierdoor ontstaan er matte, hoek onafhankelijke kleuren die niet veranderen naargelang de positie van de waarnemer. Blauwe en groene tinten zijn eigenlijk de enige, natuurlijk voorkomende matte structurele kleuren. Opvallend genoeg zien we in de natuur nooit matte, rode structurele kleuren. En ook met verschillende experimentele pogingen zijn onderzoekers er niet in geslaagd om verzadigd, hoek onafhankelijk rood te creëren. Waarom? Dat is wat we in deze studie hebben onderzocht.”

Computermodel
Om die vraag te beantwoorden, ontwikkelden de onderzoekers een computermodel. En dit model verklaart waarom de helderste, matte, structurele kleuren in de natuur bijna altijd blauw en groen zijn: omdat dat de grenzen zijn van structurele kleuren binnen het zichtbare spectrum van licht. “Rode, hoek onafhankelijke kleuren kunnen niet worden bewerkstelligd omdat ze buiten de verstrooiingstechnieken van matte structurele kleuren vallen,” legt Schertel uit. “Het langgolvige deel van het zichtbare spectrum kan niet gemakkelijk worden gereflecteerd met de technieken van deze microscopisch kleine oppervlaktestructuren. Met andere woorden: het vergroten van de verstrooiing in het langgolvige, rode gebied verhoogt ook de meervoudige verstrooiing en verlaagt daarom de verzadiging.” Kortom, een complex samenspel van de verstrooiing van licht verklaart de afwezigheid van rood – en trouwens ook geel en oranje – in natuurlijke systemen.

Reden
Volgens de onderzoekers is dit dus de reden waarom heldere, matte rode tinten worden geproduceerd met behulp van natuurlijke pigmenten in plaats van met structurele kleuren. “Onze studie laat zien waar de beperkingen van deze structurele kleuren liggen,” zegt Schertel. Het team denkt daarom dat evolutie heeft geleid tot verschillende manieren om toch rode kleuren te produceren.


Nuttig
Volgens de onderzoekers kunnen de bevindingen nuttig zijn voor de ontwikkeling van nieuwe soorten verf en coatings. “Er worden tegenwoordig verrassend veel giftige pigmenten gebruikt,” zegt Schertel. “En dat terwijl we juist giftige ingrediënten in allerlei eindproducten willen vermijden.” De studie van de onderzoekers biedt mogelijk uitkomst. Want als we beter snappen hoe matte, structurele kleuren ontstaan, kunnen we mogelijk op den duur ook verf en coatings produceren zonder pigmenten en kleurstoffen: een belangrijke stap voorwaarts in duurzamere en milieuvriendelijkere materialen. Naast dat ze een intense kleur hebben en bestand zijn tegen vervaging, zou een matte verf gemaakt met structurele kleuren namelijk ook veel milieuvriendelijker zijn. “Als je een kleur alleen baseert op structuur (en lichtverstrooiing) kun je milieuvriendelijke materialen gebruiken zoals dat ook door de natuur zelf wordt gedaan,” legt de onderzoeker uit. “Bovendien kunnen de materialen heel licht in gewicht zijn en er kan een grote verscheidenheid aan kleuren worden bewerkstelligd (zoals metallic kleuren).”

Toch zal dit nog even op zich laten wachten, voornamelijk vanwege de duidelijke beperkingen van structurele kleuren zoals bij het creëren van roodachtige tinten. “We zouden deze beperkingen kunnen overwinnen door andere nanostructuren te gebruiken, of door de twee kleurmechanismen (absorptie en structurele kleuren) te combineren,” stelt Schertel. Dit zal echter nog heel wat onderzoek vergen. In ieder geval snappen we nu waarom blauw en groen de helderste en meest intense kleuren in de natuur zijn en waarom rood vaak ontbreekt. Zo leren we niet alleen de wereld om ons heen steeds beter kennen, maar kunnen we haar tactieken mogelijk ook een beetje afkijken.