Hoe bloemen hun kleur krijgen

Rozen zijn rood, viooltjes zijn blauw, dat weet iedereen maar hoe komt dat nou? Plantenkwekers kennen inmiddels verschillende genen die een rol spelen bij bloemkleur, maar er bestond nog geen kwantitatief onderzoek naar de manier waarop verschillende pigmenten rode, blauwe of gele bloemen opleveren. Casper van der Kooi deed dat wel, door biologie en natuurkunde te combineren.

In een artikel dat op 11 mei verscheen in Proceedings of the Royal Society B beschrijft hij het proces waarmee celstructuren in de bloembladeren het licht verstrooien en hoe pigmenten teruggekaatst licht filteren en zo kleuren produceren. ‘Wij hebben onlangs al een wiskundig model gepubliceerd dat kleurvorming beschrijft, en in dit nieuwe artikel passen wij dat toe op een aantal planten’, zegt Van der Kooi. Hij combineert zijn resultaten bovendien met informatie over het visueel systeem van insecten, wat inzicht geeft in de anatomische trucs waarmee planten hun bestuivers aantrekken.

Planten moeten zichtbaar zijn voor insecten, dus het reflecteren van licht is belangrijk. Toch bleek uit de metingen van Van der Kooi dat een armzalige 20 tot 50 procent van het licht wordt teruggekaatst. De rest gaat door de bloemblaadjes heen. Dat maak ze mooi doorschijnend, maar wat heeft de plant daar aan? ‘Niets, voor zover wij weten. De meeste insecten bekijken bloemblaadjes alleen van boven.’ Er zijn maar twee verklaringen: bloemen zijn simpelweg niet in staat meer licht terug te kaatsen, of er het levert geen voordeel op om dat te doen.

Het onderzoek van Van der Kooi laat zien dat er een grote variatie zit in de hoeveelheid licht die door bloemen wordt verstrooid. Dat de bloemen niet meer kunnen terugkaatsen lijkt dan ook niet aannemelijk. ‘En we weten dat het visuele systeem van insecten corrigeert voor verschillen in lichtintensiteit. Dat is een belangrijke aanpassing, die insecten nodig hebben wanneer zij van een donker bos naar een lichte weide vliegen. Ze zoeken bloemen dan ook op tint en kleurverzadiging, niet op helderheid.’ Dus is het genoeg om de helft of minder van al het licht terug te kaatsen, zolang dat licht maar de juiste tint heeft dankzij de pigmenten.

Maar het aanmaken van pigmenten is een kostbare zaak, dus te veel pigment produceren is niet handig. Daarom liggen pigmentkorrels in laagjes, zodanig dat hun effect maximaal is. ‘Planten die dicht bij de grond bloeien, zoals het Robertskruid, hebben alleen pigment aan de bovenkant van de bloembladeren.’ Maar bloemen die van alle kanten insecten moeten aantrekken, zoals klaprozen, hebben pigment aan beide zijden.

Van der Kooi beschrijft hoe de concentratie en lokalisatie samen met de interne structuur van de bloem de kleur vormen. ‘Wij zijn de eesten die dit fenomeen hebben bestudeerd’, zegt hij. ‘Dat komt vooral doordat ik kon samenwerken met zowel biologen als natuurkundigen met een belangstelling voor kleur. Dat is een ongebruikelijke combinatie in dit onderzoeksveld.’

Maar los van de nieuwigheid, wat kan hij met deze resultaten? ‘Die zouden van belang kunnen zijn voor kwekers, aangezien wij een aantal nieuwe mechanismen beschrijven die de kleur van planten beïnvloeden.’ Bovendien zijn de modellen die Van der Kooi ontwikkelde interessant voor evolutionair onderzoek. ‘Ons werk kan een verklaring opleveren voor de vraag hoe vanwege verschillen in lichtomstandigheden, zoals in een bos versus een weide, de kleuren van bloemen op verschillende wijze vorm krijgen. Door ook het visueel systeem van insecten erbij te betrekken kunnen we verklaren hoe bloemen hun kleur afstemmen op specifieke bestuivers. Dit soort fenomenen is al eerder onderzocht, maar nooit zoals wij deden met kwantitatieve methoden.’

Het huidige artikel was onderdeel van het proefschrift dat Van der Kooi op 27 november 2015 aan de RUG verdedigde. Hij werkt momenteel aan onderzoek naar de reproductieve systemen van insecten aan de universiteit van Lausanne (Zwitserland).

Referentie: Casper van der Kooi^1,2, Theo J. Elzenga¹, Marten Staal¹, Doekele Stavenga¹: How to color a flower - on the optical principles of flower coloration . Proceedings of the Royal Society B, 11 May 2016. DOI 10.1098/rspb.2016.0429
1) University of Groningen; 2) Université de Lausanne