Hoe donkerder de vleugel van een vogel, hoe beter hij kan vliegen. Tot die conclusie komt UGent-bioloog en -onderzoeker Michaël Nicolaï. “Pigment blijkt niet alleen te dienen voor kleur, het helpt om ook langer te vliegen.”
Al van jongs af aan is bioloog en onderzoeker Michaël Nicolaï gefascineerd door dieren en kleuren. “Kleurrijke dieren observeren, is voor mij als kijken naar een kunstwerk”, zegt hij. “Mijn ene grootvader schildert; mijn andere grootvader is gefascineerd door de dierenwereld. Ik ben een combinatie van beiden.”
Het stond in de sterren geschreven dat Michaëls doctoraat in het teken zou staan van het belang van kleuren voor dieren. In het EON Lab (Evolution and Optics of Nanostructures) van de vakgroep Biologie onderzocht hij de evolutionaire betekenis van pigmenten bij vogels.
Vogels met zwarte huidskleur
Eerst ging hij op zoek naar de functie van huidskleur bij vogels. “Een collega was een opgezette vleugel van een Jan-van-gent aan het klaarmaken voor een windtunnelexperiment. Deze zeevogel heeft witte veren, maar we merkten dat zijn huidskleur pikzwart is. We vonden dat merkwaardig, want de huidskleur van de meeste vogels is roze. De zwarte huidskleur van de Jan-van-gent was ons nog nooit opgevallen, precies omdat die zo goed verborgen zit onder zijn witte pluimen.”
Michaël Nicolaï wou weten hoe uitzonderlijk deze Jan-van-gent met zijn zwarte huidskleur was.
“In musea in binnen- en buitenland ging ik de huidskleur van zoveel mogelijk andere vogelsoorten bekijken. Van de ongeveer 2.500 vogels die ik in totaal zag, bleek 5 procent een zwarte kleur te hebben. Opvallend was dat ze ofwel lichtgekleurde veren hadden, ofwel kaal waren. Ze leefden vooral in regio’s met veel zon en een hoge UV-straling. De distributie van het pigment melanine in de vogelhuid is exact hetzelfde als bij de mens. Het vermoeden is daarom heel groot dat vogels tegen UV-straling beschermd worden door hun huidskleur, net zoals dat bij ons het geval is.”
Donkere vleugels vliegen beter
Vervolgens wou Michaël uitzoeken of de melanine in de vleugels van de zeevogel Jan-van-gent ook vliegvoordeel oplevert. “Uit een nogal beperkte Amerikaanse studie weten we dat zwarte vleugels efficiënter vliegen doordat ze makkelijker opwarmen. Ik testte dat in een windtunnel met de opgezette vleugels van onze Jan-van-gent. We stelden de vleugels bloot aan een warmtebron als surrogaat voor de zon. In de windtunnel vlogen donkere vleugels efficiënter.”
De Amerikanen hadden gelijk. Michaël: “Ik vroeg me af: is die zwarte kleur en dat effect toeval, of maakt de evolutie handig gebruik van dat pigment? Ik ging dieper spitten en stelde vast dat zeevogels die extreem lang kunnen vliegen, zoals bijvoorbeeld de albatros, allemaal zwarte vleugels hebben.”
Conclusie: hoe beter en langer een vogel vliegt, hoe groter de kans dat hij zwarte vleugels heeft. “Het lijkt er sterk op dat de evolutie dat effect ‘ontdekt’ heeft en er handig gebruik van maakt.”
Vliegtuigen met zwarte vleugels?
Met zijn windtunnelonderzoek legde Michaël een nieuwe functie bloot van het pigment melanine. “Vroeger dachten we dat dat biologische pigment in de huid voornamelijk diende voor kleur. Dat het dus een communicatiemiddel was en soms ook bescherming bood tegen UV-straling. Met ons onderzoek toonden we aan dat het ook effect kan hebben op het vliegvermogen. Toen we de snelheid in de windtunnel tot 20 meter per seconde opdreven, bleef dat effect overeind. Sommige drones vliegen aan die snelheid. Misschien kunnen mijn bevindingen helpen om die dingen efficiënter te laten vliegen.”
Door drones van zwarte vleugels te voorzien? “Bijvoorbeeld. Ik werkte voor mijn onderzoek nauw samen met het Von Karman Institute for Fluid Dynamics uit Sint-Genesius-Rode. Zij bouwden de voorbije decennia een grote expertise over de luchtvaart op. Zij vertelden me dat hetzelfde fenomeen ook voor vliegtuigen geldt: zwarte vliegtuigvleugels vliegen efficiënter onder invloed van de zon.”
Waarom worden vliegtuigvleugels dan niet zwart geschilderd? “Omdat ze warmte opslaan en dat kan voor een vliegtuig gevaarlijk zijn, want in de vleugels zitten ook de brandstoftanks. Om te voorkomen dat die te hard opwarmen, blijven vliegtuigvleugels best wit.”
Wat we van pauwen kunnen leren
De denkoefening is een voorbeeld van biomimetica of biomimicry. Dat gebruikt de geniaalste biologische ideeën uit de natuur voor nieuwe uitvindingen of verbeteringen van bestaande menselijke toepassingen. “Biomimetica is gebaseerd op 3,8 miljard jaar evolutie.” In het EON lab zijn een paar collega’s van Michaël Nicolaï daarin gespecialiseerd.
“Ikzelf blijf als bioloog in de eerste plaats geïnteresseerd in de vraag waarom sommige dieren zo kleurrijk zijn en andere niet”, zegt hij. “Sommige vogels hebben iriserende kleuren, zoals pauwen. In tegenstelling tot ‘gewone’ kleuren, absorberen iriserende kleuren het licht niet, maar weerkaatsen het. De kleur is dan afhankelijk van uit welke hoek je ernaar kijkt.”
“De volgende jaren wil ik uitzoeken wat het genetische mechanisme achter die iriserende kleuren is. Want dat kennen we nog niet. Het is niet voor niets dat bedrijven die professioneel met kleuren bezig zijn, nogal wat interesse hebben in onze onderzoeken.”
Hoopt Michaël Nicolaï er ooit de financiële vruchten van te plukken? “Ik ben niet zo bezig met geld”, lacht hij. “Het is niet mijn doel om zoveel mogelijk patenten binnen te halen. Al geef ik wel altijd graag een voorzet aan een collega, zodat die misschien een patent kan scoren.”
Michaël Nicolaï is onderzoeker aan het EON Lab. Zijn doctoraatsonderzoek naar de evolutionaire voordelen van kleuren bij vogels, spruit voort uit zijn interesse in dieren en kunst. Naast bioloog is hij een enthousiast fotograaf. “Als ik voor mijn wetenschappelijk onderzoek in een aan vogelsoorten gewijd museum rondloop, val ik altijd van de ene verrassing in de andere”, bekent hij. “Zo’n vogelmuseum is als een schatkist.”
Lees ook
Wat kikkers ons kunnen leren over de oorsprong van menselijk haar
Wanneer in de evolutie ontstonden haar en nagels? UGent-onderzoeker Kris Vleminckx toont aan dat het genetische programma om een mensenhaar te maken wel vijftig miljoen jaar ouder is dan gedacht.
Dierenartsen op zoek naar betere griepvaccins voor de mens
De jaarlijkse griepprik is niet altijd even doeltreffend en daarom is de medische wereld al lang op zoek naar een griepvaccin dat een bredere bescherming biedt. Ook aan de faculteit Diergeneeskunde wordt meegezocht.
Kan mijn hond een blindengeleidehond worden?
Van elke 10 puppy's die worden opgeleid tot assistentiehond, worden er maar 4 goedgekeurd. Veel tijd en geld gaat zo verloren. UGent-dierenarts en geneticus Bart Broeckx zoekt hiervoor een oplossing in het DNA van mogelijke hondenouders.
De 5 meest voorkomende spinnen in en rond je huis
Daar is de herfst, daar komen de spinnen! Voor Bram Vanthournout van de vakgroep Biologie is dit de mooiste tijd van het jaar. Samen met zo’n 5000 Vlaamse vrijwilligers onderzoekt hij in het citizen science project Spin-city hoe spinnen zich aanpassen aan het leven in de stad. Voor durfdenken.be dook Bram in zijn statistieken op zoek naar de spinnen die het vaakst werden opgemerkt.
