‘Melanine geeft veel glans aan het leven’

Evolutiebioloog Liliana D’Alba prepareert een meerkoet: ‘Dieren stemmen hun kleuren functioneel af.’

Waarom hebben dieren zo’n enorme diversiteit aan vormen en kleuren? Om die vraag te beantwoorden verdiept evolutiebioloog Liliana D’Alba zich in melanine, structuurkleuren van veren en schaalstructuren van schildpadeieren.

‘Bij melanine denken veel mensen alleen aan zwart- of grijstinten, maar het is een pigment dat zich kan uiten in een heel palet aan kleuren. Het kan afhankelijk van de nanostructuur en rangschikking in weefsels ook prachtig glanzende kleuren voortbrengen. Dat is bijvoorbeeld zichtbaar in eksters, waarbij de kleur afhankelijk van de lichtinval kan variëren van glanzend groen of blauw tot zwart. Melanine is echt een fascinerend pigment dat een enorm belangrijke rol speelt in het hele dierenrijk’, vertelt evolutiebioloog Liliana D’Alba Altamirano enthousiast. De Mexicaanse kleurenexpert werkt afwisselend bij Naturalis in Leiden of het Evolution and Optics of Nanostructures (EON)-lab van de Universiteit van Gent, waar ze eerder dit jaar tot gasthoogleraar is benoemd. Op een zonnige herfstdag toont ze bij Naturalis op haar beeldscherm hoe allerlei kleuren van dieren te danken zijn aan nanostructuren van kleurstoffen. Melanine is haar lievelingspigment en over de diversiteit en functionele relevantie van deze kleurstof bij dieren schreef ze dit jaar een hoofdstuk in het handboek Melanins.

Ontgifting
‘De primaire functie van melanine in organismen is bescherming van cellen en weefsels tegen stress’, vertelt D’Alba. ‘Melaninen absorberen licht in het ultraviolette, zichtbare tot in het nabij-infrarode gebied en weten dit licht te verstrooien en razendsnel om te zetten in warmte. Blootstelling aan uv-straling bevordert aanmaak van melanine in de huid, die hierdoor donkerder kleurt en ons beschermt tegen uv-schade.’ De processen die zich rond melanine afspelen zijn zo heftig dat aanmaak van deze pigmenten plaatsvindt in gespecialiseerde cellen, de melanoforen, en ze liggen opgeslagen in aparte structuren: de melanosomen. ‘Wat veel mensen niet weten is dat melanosomen ook aanwezig zijn in interne organen van gewervelde dieren, in hart, longen, lever en nieren. Ze spelen daar waarschijnlijk ook een rol in ontgifting, als wegvanger van radicale zuurstofatomen en meer algemeen in de afweer. Bij ongewervelden is aanmaak van melanine zelfs een cruciaal onderdeel van de immuniteit’, aldus D’Alba.

‘Het menselijk oog kent beperkingen in het verwerken van visuele signalen’

‘In gewervelde dieren, en vooral in de veren van vogels en huid van zoogdieren, zitten de melanosomen in zeer gespecialiseerde nanostructuren die zorgen voor bijzondere pigmentatie: als bolletjes, afgeronde staafjes, holle cilinders of als plaatjes. In veren veroorzaakt bijvoorbeeld de stapeling van laagjes melanine en van het vezeleiwit keratine de intense groen-blauw-paarse iriserende gloed van het verenkleed van spreeuwen’, weet D’Alba. ‘Melanine geeft veel glans aan het leven. De briljant gekleurde iriserende veren van kolibries danken hun kleur aan alternerende lagen van keratine en met lucht gevulde schijfvormige melaninekorrels. Kleine veranderingen in de grootte, onderlinge afstand en driedimensionale structuur van melanosomen leveren voor het oog totaal verschillende kleuren op.’ Analyses aan zulke nanostructuren is het specialisme van het EON-lab in Gent.

Paringsdans
‘De nanostructuur van melanosomen zorgt voor heel selectieve interactie met golflengten van licht en maakt het dieren als het ware mogelijk hun kleuren functioneel af te stemmen. Evolutionair interessant omdat kleuren een rol spelen in thermoregulatie, camouflage en natuurlijk ook in heel complex paringsgedrag.’ D’Alba toont beelden van de paringsdans van de kraagparadijsvogel waarbij opgewonden mannetjes ritmisch hun donkergekleurde kraag opzetten waarvan de onderzijde dan opeens briljant blauw oplicht. ‘Allemaal mede te danken aan de nanostructuur van melanosomen’, glimlacht D’Alba. Ze deed ooit al onderzoek aan veerkleuren van pinguïns (Science, 2010; The Auk, 2018), parkieten (Journal of Experimental Zoology,  2011), Anna’s kolibrie Integrative and Comparative Biology, 2021) en zelfs van Archaeopteryx (Nature Communications, 2012) en dino’s (Science, 2012). Recent verdiepte ze zich nog in een verklaring voor de intens witte veertipjes in staarten van verder onopvallend gekleurde houtsnippen (Interface, 1 maart). ‘Die intense lichtreflectie is te danken aan een ongeordende nanostructuur van keratine en lucht in die veertjes en is 30 procent hoger dan ooit gemeten in witte veren.

Spikkelpatronen
‘Kleur is gefilterd licht en we moeten ons realiseren dat het menselijk oog beperkingen kent in het verwerken van visuele signalen. Een pimpelmees ziet ook ultraviolet licht en haalt meer informatie uit de blauwe kopveertjes en het kleurenpatroon van eitjes dan wij met ons blote oog waarnemen’, waarschuwt D’Alba. Voor eikleuren heeft zij al een levenslange belangstelling en groenblauwe eieren van zeekoeten met spectaculaire spikkelpatronen sieren dan ook haar website lilianadalba.com. ‘We doen sinds 2019 in Vlaanderen onderzoek naar veranderingen in eikleur en -patronen bij meeuwen, die door urbanisatie hun eieren op daken leggen in plaats van in duinpannen. Daarbij zien we veranderingen optreden die gerelateerd lijken aan thermoregulatie’, vertelt D’Alba. Ook de evolutie in vorm en structuur van eierschalen en biomimicry heeft haar warme belangstelling. ‘Zo onderzoek ik schildpadeieren, omdat die niet over een kalkschaal beschikken, maar over een membraan met hele bijzondere eigenschappen. Die schaal is waterdoorlatend en bestaat uit geweven vezels van keratine. Ik wil weten wat dit functioneel betekent voor de ecologie en evolutie van schildpadden, maar werk in Gent ook samen met textielingenieurs en materiaalwetenschappers om bio-geïnspireerde materialen te ontwikkelen’, vertelt D’Alba. ‘Eieren en veren zijn niet alleen mooi om te zien en evolutionair relevant, maar kunnen ook heel interessante toepassingen en innovaties voor ons dagelijks leven opleveren.’