Pigmente

Pigmente, natürliche Farbstoffe, die sichtbares Licht reflektieren oder absorbieren.

Die Farbe eines Pigments hängt davon ab, welche Wellenlängen des Lichtes absorbiert und welche reflektiert werden. So absorbiert z. B. das Chlorophyll, das wichtigste Pigment der grünen Pflanzen, Licht im violetten und orangefarbenen bis roten Bereich des sichtbaren Lichtspektrums und wandelt die Lichtenergie durch die Photosynthese in chemische Energie um. Da das Chlorophyll gleichzeitig jedoch Licht im grünen und gelben Bereich des Spektrums reflektiert, erscheint es für das Auge grün. Wenn das Chlorophyll im Herbst aus den Blättern schwindet, treten andere Blattfarben hervor (siehe unten).

Chlorophyll und viele andere Pigmente wirken wie Katalysatoren, also wie Substanzen, die eine chemische Reaktion beschleunigen oder erleichtern, sich aber bei dieser Reaktion nicht verbrauchen. Zu den Carotinoiden, einer Gruppe von roten, orangefarbenen und gelben Pigmenten, die in sehr verschiedenen lebenden Organismen vorkommen, gehören auch viele zur Katalyse befähigte Pigmente. Einige Carotinoide, etwa die Carotine, sind an der Synthese von Vitamin A beteiligt, das eine wichtige Rolle für das Sehen und das Wachstum spielt. Andere Carotinoide wirken als akzessorische (ergänzende) Pigmente bei der Photosynthese und übertragen die Lichtenergie, die sie absorbieren, zur Umwandlung in chemische Energie auf das zentrale Chlorophyll. Diese Pigmente werden von allen grünen Pflanzen, vielen Pilzen und Bakterien synthetisiert und von den Tieren mit der Nahrung aufgenommen.

Einige andere Substanzen, die wichtige biologische Funktionen erfüllen, sind nur zufällig gleichzeitig auch Pigmente. So bewirkt das Sauerstoff bindende Hämoglobin im Blut der höheren Tiere gleichzeitig auch die Farbe des Blutes. Es hat daneben weitere Funktionen und ist z. B. auch für die leuchtend rote Färbung von Gesäß, Genitalien und Gesicht der Paviane verantwortlich; damit spielt es als Signal bei der Partnerwerbung eine wichtige Rolle.

Andere Pigmente dienen dagegen der Tarnfärbung von Pflanzen und Tieren, mit der Fressfeinde oder Beutetiere getäuscht werden. Manche Färbungen erlauben dem getarnten Organismus, sich so perfekt an seine Umgebung anzupassen oder diese nachzuahmen, dass er nicht mehr zu erkennen ist (siehe Mimese). Die Pigmentierungen mancher tropischer Schmetterlinge ahmen das Muster der Baumstämme, auf denen sie sich gewöhnlich aufhalten, so wirksam nach, dass man sie aus einer Entfernung von nur wenigen Zentimetern schon nicht mehr vom Untergrund unterscheiden kann. Viele Insekten kombinieren Pigmentierung und Form, um die Tarnung noch zu verbessern. Manche tropischen Gottesanbeterinnen (siehe Fangschrecken) „verschmelzen” vollständig mit Orchideenblüten, da ihre Färbung genau mit den Blütenfarben abgestimmt ist und ihr Körper wie Teile der Blüten geformt sind. Andere Heuschrecken wie das Wandelnde Blatt imitieren Blätter in Farbe und Form.

Eine ähnliche, wenngleich entgegengesetzte Funktion haben Pigmente, die deren Träger als auffällig kennzeichnen. Dabei kann die Färbung der Warnung dienen wie bei der gelb-schwarzen Zeichnung von Wespen und Bienen. Organismen können sich aber auch dadurch schützen, dass sie andere, ungenießbare oder gefährliche Lebewesen nachahmen (siehe Mimikry). Ein bekanntes Beispiel sind bestimmte amerikanische Schmetterlinge (Basilarchia archippus), die ebenso orange und schwarz gemustert sind wie der ungenießbare Monarchfalter. Dieser wird von Vögeln nicht gefressen, da er sich als Raupe von giftigen Schwalbenwurzgewächsen ernährt. Dabei nimmt er deren giftige Alkaloide sowie Herzglykoside zu sich und speichert sie, so dass auch der Verzehr der ausgewachsenen Tiere für Wirbeltiere noch schädlich ist. Von der Warntracht profitiert auch die nachahmende Schmetterlingsart, obwohl sie nicht über die Giftstoffe verfügt. Ein weiteres Beispiel für Mimikry ist die bienen- bzw. wespenähnliche Färbung der harmlosen Schwebfliegen.

Chemisch gesehen sind die Pigmente einer Vielzahl verschiedener Gruppen zuzuordnen, oftmals fasst man sie aber – relativ willkürlich – in zwei Hauptgruppen zusammen. Die erste Gruppe umfasst diejenigen Pigmente, die Stickstoff enthalten. Hierzu gehören die Hämoglobine, Chlorophylle, die Gallenfarbstoffe und die dunklen Melanine. Letztere kommen bei verschiedenen Tiergruppen vor und sind auch diejenigen chemischen Substanzen, die für die unterschiedlichen Hautfarben der Menschen verantwortlich sind. Mit den Melaninen sind die Indigoide verwandt, zu denen der bekannte Pflanzenfarbstoff Indigo zählt (siehe Indigopflanzen). Riboflavin, auch als Vitamin B₂ bekannt, ist eines von vielen blassgelb bis grün gefärbten Pigmenten, die von verschiedenen Pflanzen erzeugt werden.

Die zweite große Gruppe von Pigmenten enthält keinen Stickstoff. Hierzu gehören die Carotinoide wie auch die wichtigen Pflanzenpigmente aus der Gruppe der Flavonoide. In Blättern nehmen die Flavonoide selektiv Licht mit denjenigen Wellenlängen auf, das für die Photosynthese bedeutsam ist. Gleichzeitig blockieren die Flavonoide ultraviolettes Licht, das den Zellkern und die Proteine schädigen könnte, und wirken daher als Schutzfilter. Flavonoide spielen auch bei der Farbgebung von Blüten eine bedeutende Rolle, da sie rote und blaue Farbstoffe beisteuern. Die leuchtende Rotfärbung der Blätter im Herbst entsteht dadurch, dass farblose Flavonoide, so genannte Flavonole, sich in farbige Formen umwandeln, die Anthocyane. Flavonoide wirken in Laborversuchen antioxidativ, indem sie u. a. aggressive Sauerstoffradikale zerstören, die Mutationen auslösen können; sie galten deshalb als Schutz vor Krebserkrankungen. Im menschlichen Organismus werden Flavonoide jedoch so schnell abgebaut, dass sie ihre antioxidative Wirkung dort nicht entfalten können (Free Radical Biology & Medicine, 2006).

Die herbstliche Gelbfärbung von Blättern wird durch Carotinoide verursacht, die nach dem Verschwinden des Chlorophylls sichtbar werden. Die Carotinoide werden im Herbst nicht neu gebildet, sondern aus ihrem Membranverbund gelöst und in Lipidtröpfchen gespeichert. (Die Braunfärbung geht auf wasserlösliche Farbstoffe zurück, die sich nach dem Absterben der Blätter bilden.) Eine weitere Pigmentgruppe stellen die Chinone dar; sie liefern viele gelbe, rote und orangefarbene Pigmente; dazu zählen auch einige Farbstoffe, die man aus Insekten gewinnt, die sich von chinonhaltigen Pflanzen ernähren. Ein Beispiel dafür ist die Cochenille oder das Karmin, ein rotes Pigment, das man aus den Fettzellen einer Schildlausart gewinnt, die sich von einem bestimmten Kaktus ernährt. Dieser Farbstoff wird mit Wasser aus den getrockneten weiblichen Tieren gelöst und zur Färbung von Lebensmitteln und Kosmetika, früher auch von Wolle und Seide, verwendet.

Siehe auch Färben; Farbstoffe; Lacke