Obwohl es blaue Lebensmittel gibt, sind sie im Vergleich zu anderen Lebensmitteln selten genug, damit Lebensmittelzubereiter blaue Pflaster als Konvention verwenden. Die natürliche Farbe eines bestimmten Lebensmittels ist auf Pigmente zurückzuführen, die teilweise biologischen Ursprungs sind. Gibt es einen evolutionären Grund, warum diese selten blau sind?
Kurze Antwort
Blaue Farbe ist nicht nur bei essbaren Organismen selten – blaue Farbe ist sowohl im Tier- als auch im Pflanzenreich im Allgemeinen selten. Bei Tieren wird die Blaufärbung durch strukturoptische Lichteffekte erzeugt und nicht durch Farbpigmente. Bei den wenigen blau gefärbten Pflanzen wird die blaue Farbe durch blaue Pigmente, nämlich Anthocyane, erzeugt. Der Grund für die Knappheit an blauen Pigmenten ist meines Wissens nach unbekannt.
Hintergrund
Die überwiegende Mehrheit der Tiere ist nicht in der Lage, blaue Pigmente herzustellen, aber der Grund scheint laut NPR unbekannt zu sein . Tatsächlich ist bekannt, dass kein einziges Wirbeltier dazu in der Lage ist. Auch strahlend blaue Pfauenfedern oder ein blaues Auge beispielsweise enthalten kein blaues Pigment. Stattdessen verlassen sie sich alle auf Strukturfarben , um blau zu erscheinen. Strukturfarben entstehen durch die physikalischen Eigenschaften filigran angeordneter Mikro- und Nanostrukturen.
Blaue Morpho-Schmetterlinge sind ein großartiges Beispiel für eine brillante blaue Farbe, die durch Strukturfarben hervorgerufen wird. Morphos haben eine Flügelspannweite von 6 Zoll – eine Seite in einem matten Braun und die andere in einem leuchtenden, reflektierenden Blau. Die Schmetterlinge haben winzige transparente Strukturen auf der Oberfläche ihrer Flügel, die das Licht genau richtig streuen, um sie in einem leuchtenden Blau erscheinen zu lassen. Aber wenn Sie die Flügel abschleifen, würde der Staub – seiner reflektierenden Prismenstrukturen beraubt – nur grau oder braun aussehen.
In ähnlicher Weise ist der Pfeilgiftfrosch aufgrund der Iridiphoren in seiner Haut blau, die kein Pigment enthalten, sondern stattdessen spiegelähnliche Platten aufweisen, die blaues Licht streuen und reflektieren (Quelle: By Bio ).
Morpho und Pfeilgiftfrosch. Quellen: Wikipedia & LJN Herpetologie
Auch im Reich der Pflanzen produzieren weniger als 10 Prozent der 280.000 Blütenpflanzenarten blaue Blüten. Tatsächlich gibt es in Pflanzen kein echtes blaues Pigment, und Blau ist in Blättern noch seltener als in Blumen. Blaue Farbtöne in Pflanzen werden auch durch Blumentricks mit den üblichen roten Anthocyanin-Pigmenten erzeugt. Pflanzen optimieren oder modifizieren die roten Anthocyanin-Pigmente, um blaue Blüten zu erzeugen, einschließlich pH-Verschiebungen und Mischen von Pigmenten, Molekülen und Ionen. Diese komplizierten Veränderungen, kombiniert mit reflektiertem Licht durch die Pigmente, erzeugen den blauen Farbton (Quelle: Mother Nature Network ).
Aber warum die blauen Pigmente so selten sind, scheint meines Wissens unbekannt zu sein ( MNN , NPR , Science blogs )
Quellen
- MNN
- NPR
- Photobiologie
Obwohl die Antwort von @ AliceD eine großartige einfache Demonstration der Seltenheit von Blau in unserer natürlichen Welt ist, gibt es wahrscheinlich einen nuancierteren / technischeren Grund.
Kurze Antwort
Blaues Licht war die am besten verfügbare Lichtwellenlänge für frühe Pflanzen, die unter Wasser wuchsen, was wahrscheinlich zur anfänglichen Entwicklung/Evolution von Chlorophyll-vermittelten Photosystemen führte, die immer noch in modernen Pflanzen zu sehen sind. Blaues Licht ist das am besten verfügbare, energiereichste Licht, das Pflanzen weiterhin erreicht, und daher haben Pflanzen keinen Grund, dieses reichlich vorhandene energiereiche Licht nicht weiterhin für die Photosynthese zu nutzen.
Unterschiedliche Pigmente absorbieren unterschiedliche Wellenlängen des Lichts, daher würden Pflanzen idealerweise Pigmente enthalten, die das meiste verfügbare Licht absorbieren können. Dies ist der Fall, da sowohl Chlorophyll a als auch b hauptsächlich blaues Licht absorbieren. (Die Absorption von rotem Licht hat sich aufgrund der höheren Effizienz wahrscheinlich entwickelt, als sich die Pflanzen an Land bewegten).
Pigmente erscheinen als jede Farbe, die nicht absorbiert wird (dh sie erscheinen als jede(n) Wellenlänge(n) des Lichts, die sie reflektieren). Da blaue Pigmente den größten Teil des Lichts reflektieren würden, auf das moderne Pflanzen für ihre Chlorophyll-vermittelten Photosysteme angewiesen sind, bleiben blaue Pigmente in Pflanzen knapp.
Atmosphärische Übertragung
Wie diese Seite der Humboldt State University zeigt, gelangen blaues und grünes Licht besser durch die Atmosphäre zur Erdoberfläche als fast alle anderen Lichtwellenlängen:
Übertragung ist, wenn elektromagnetische Energie die Atmosphäre durchdringen und die Oberfläche erreichen kann. Sichtbares Licht, geht größtenteils durch die Atmosphäre (wird übertragen).
Dies bedeutet, dass blaues und grünes Licht die am besten verfügbaren Lichtwellenlängen sind.
Beachten Sie, dass auf Blau/Grün der Rest des sichtbaren Spektrums und NIR (nahes Infrarot) dicht folgen.
Beachten Sie auch, dass ein großer Teil des Ultravioletts größtenteils von atmosphärischen Gasen (hauptsächlich Ozon) absorbiert und daher schlecht übertragen wird.
Welleneigenschaften
Es ist wichtig, das zu verstehen (aus U. Wisconsin ):
Energiereichere Wellen haben kürzere Wellenlängen, während weniger energiereiche Wellen längere Wellenlängen haben.
Infolgedessen scheint blaues Licht (das die am besten verfügbare Lichtwellenlänge mit der höchsten Energie ist) die optimale Lichtwellenlänge für die Photosynthese zu sein .
Beachten Sie, dass verfügbares UV-Licht zwar energiereicher ist und die Photosynthese antreiben kann , aber oft etwas zu energiereich ist und Zellen schädigen kann . Daher ist es für Organismen oft am besten, UV zu reflektieren.
Weitere Informationen über die Physik hinter Lichtenergie finden Sie hier .
Photosynthese
Photosynthetisierende Organismen enthalten Pigmente (typischerweise Häm/Porphyrin-basierte Chlorophylle und verschiedene Carotinoide ), die Lichtenergie absorbieren. Grundsätzlich hebt die Energie eines Lichtphotons ein absorbierendes Pigment in einen höheren Energiezustand (genannt angeregter Zustand ) und dann setzt das Pigment diese instabile Energie frei, um in seinen Grundzustand zurückzukehren – diese überschüssige Energie treibt die biochemischen Reaktionen an der Photosynthese. Weitere Informationen finden Sie hier .
Hier sind zwei Beispielgrafiken (von hier und hier ), die das Absorptionsspektrum typischer Pflanzenpigmente zeigen:
Wie Sie sehen können, haben Pflanzen Pigmente entwickelt, die hauptsächlich blaues Licht (gefolgt von rotem Licht) absorbieren. Diese Pigmente reflektieren grünes Licht und erscheinen daher grün.
Eine Reihe von Quellen (z. B. Mae et al. 2000, Brins et al. 2000 und hier ) legen jedoch nahe, dass Pflanzen zwar mehr blaues Licht als andere Wellenlängen absorbieren, die effizienteste Photosynthese jedoch nicht mit blauem Licht erfolgt. Stattdessen führt rotes Licht zu der höchsten photosynthetischen Effizienz.
Einer der Gründe, die sie (in diesem Fall Brins et al.) herausfanden, war, dass Xanthophylle die mit blauem Licht verbundene überschüssige Energie zerstreuen, was zu einer Abnahme der Blaulicht-Photosynthese führt.
Diese NIH-Seite legt nahe, dass hochenergetisches Licht für Pflanzen nicht einmal notwendig ist:
Chlorophyll a absorbiert auch Licht bei diskreten Wellenlängen, die kürzer als 680 nm sind (siehe Abbildung 16-37b). Eine solche Absorption hebt das Molekül in einen von mehreren höheren angeregten Zuständen, die innerhalb von 10 –12 Sekunden (1 Pikosekunde, ps) in den ersten angeregten Zustand P* zerfallen, wobei die zusätzliche Energie als Wärme verloren geht. Die photochemische Ladungstrennung erfolgt erst ab dem ersten angeregten Zustand des Reaktionszentrums Chlorophyll a, P*. Das bedeutet, dass die Quantenausbeute – die Menge an Photosynthese pro absorbiertem Photon – für alle Wellenlängen des sichtbaren Lichts kleiner als 680 nm gleich ist.
All dies kann jedoch umsonst sein, da den Pflanzen ausreichend Sonnenlicht zur Verfügung steht. Nochmals von der NIH-Seite:
Aber selbst bei der maximalen Lichtintensität, der photosynthetische Organismen ausgesetzt sind (tropische Mittagssonne, ≈1,2 × 10 20 Photonen/m2/s), absorbiert jedes Reaktionszentrum Chlorophyll a etwa ein Photon pro Sekunde, was nicht ausreicht, um die Photosynthese ausreichend zu unterstützen für die Bedürfnisse der Pflanze. Um die Effizienz der Photosynthese zu erhöhen, insbesondere bei typischeren Lichtintensitäten, verwenden Organismen zusätzliche lichtabsorbierende Pigmente.
Mit anderen Worten, Pflanzen sind nicht vollständig photosynthetisch effizient und nutzen normalerweise nicht das gesamte ihnen zur Verfügung stehende Licht. Aus Wikipedia :
Bei niedriger Intensität steigt die Photosynthese linear mit der Lichtintensität an, bei höherer Intensität ist dies nicht mehr der Fall (siehe Photosynthese-Bestrahlungsstärke-Kurve). Oberhalb von etwa 10.000 Lux oder ~100 Watt/Quadratmeter steigt die Rate nicht mehr an. Daher können die meisten Pflanzen nur etwa 10 % der vollen Sonnenlichtintensität am Mittag nutzen.
Also zusammenfassend:
Also was gibt?...
Evolution
Angesichts all dessen bleibt also die Frage: Warum hauptsächlich blaues Licht und nicht grünes Licht absorbieren?
Die Antwort, obwohl immer noch etwas mutmaßlich, ist wahrscheinlich auf die Lichtverfügbarkeit früher Pflanzen zurückzuführen. Frühe Pflanzen entwickelten sich wie alles Leben unter Wasser.
Es stellt sich heraus, dass genau wie die Variabilität der Durchlässigkeit verschiedener Lichtwellenlängen durch die Atmosphäre bestimmte Lichtwellenlängen besser in der Lage sind, tiefere Wassertiefen zu durchdringen. Blaues Licht bewegt sich typischerweise in tiefere Tiefen als alle anderen sichtbaren Wellenlängen des Lichts. Daher hätten sich die frühesten Pflanzen entwickelt, um sich darauf zu konzentrieren, diesen Teil des EM-Spektrums zu absorbieren.
Sie werden jedoch feststellen, dass auch grünes Licht relativ tief eindringt. Nach heutigem Verständnis waren die frühesten photosynthetischen Organismen aquatische Archaeen, und (basierend auf modernen Beispielen dieser alten Organismen) verwendeten diese Archaeen Bacteriorhopsin , um den größten Teil des grünen Lichts zu absorbieren.
Frühe Pflanzen wuchsen unter diesen violetten Bakteriorhopsin-produzierenden Prokaryoten und mussten alles Licht nutzen, das sie bekommen konnten. Infolgedessen entwickelte sich in Pflanzen das Chlorophyllsystem, um das ihnen zur Verfügung stehende Licht zu nutzen. Mit anderen Worten, basierend auf der tieferen Durchdringungsfähigkeit von blauem/grünem Licht und dem Verlust der Verfügbarkeit von grünem Licht für die oben genannten pelagischen Prokaryoten entwickelten Pflanzen ein Photosystem, um hauptsächlich im blauen Spektrum zu absorbieren, da dies das Licht war, das ihnen am besten zur Verfügung stand .
Warum haben sich Pflanzen also nicht entwickelt, um grünes Licht zu nutzen, nachdem sie sich an Land bewegt/entwickelt haben? Wie oben erwähnt, sind Pflanzen schrecklich ineffizient und können nicht das gesamte ihnen zur Verfügung stehende Licht nutzen. Infolgedessen gibt es wahrscheinlich keinen Wettbewerbsvorteil bei der Entwicklung eines drastisch unterschiedlichen Photosystems (dh mit Grün absorbierenden Pigmenten). Die Pflanzen der Erde absorbieren also weiterhin blaues Licht und reflektieren das grüne, und blaue Pigmentierung bleibt in unserer Welt ungewöhnlich.
Was ist also mit nicht-pflanzlichen Organismen?
Laut Wikipedia :
Mit anderen Worten, die meisten Pigmente in nicht-pflanzlichen Organismen stammen entweder direkt oder biochemisch aus der Nahrung des Organismus. Ohne direkte Einnahme von blauen Pigmenten sind diese Chemikalien nicht verfügbar oder biochemisch teuer in der Herstellung (siehe Crustcyanin). Infolgedessen sind blaue Pigmente auch bei Tieren ungewöhnlich.
Wie die Quellen von AliceD hervorheben, verstehen wir jedoch immer noch nicht vollständig, warum Tiere nicht mehr blaue Pigmente produzieren.
Es ist nicht so, dass es keine blauen Lebensmittel gibt, es ist so, dass die englische Sprache Lebensmittel nicht gerne „blau“ nennt.
Es gibt keine natürlichen Grenzen zwischen "Farben" in einem Farbraum, alle Farben, die wir benennen (und zu unterscheiden lernen), sind kulturell definiert. Es ist also wichtig zu erkennen, dass eine Farbe, die jemand "Blau" nennt, "Lila", "Rot" oder "Kastanienbraun" oder "Grün" oder etwas anderes genannt werden kann.
In diesem Sinne können wir einen Blick auf Lebensmittel werfen. Tierische Lebensmittel im Inneren sind Protein, und gekochtes Protein ist normalerweise eine blassgraue Schmiere (obwohl gekochtes Muskelmedium immer noch eine rötliche Färbung hat). Eines der seltenen Beispiele wären einige Eier mit blauen Schalen. In Pflanzen sind im Grunde alle Blätter, die wir essen, von Chlorophyll gefärbt. Sie sind also aus der Gleichung.
Andere Pflanzenteile, insbesondere Früchte, neigen dazu, durch eine von wenigen anderen Gruppen von Pigmenten gefärbt zu werden. Und eine Hauptgruppe dieser Pigmente, die Anthocyane, reicht von blau über violett bis rot (sie ändern sich auch mit dem pH-Wert). So haben viele Lebensmittel eine etwas violett-blaue Farbe und werden in anderen Sprachen auch als "blau" bezeichnet. Pflaumen, Auberginen, rote Trauben, Rotkohl und viele Beeren sind gute Beispiele dafür. Dann haben Sie einige Pflanzen, die es in vielen Farben gibt, aber die Hauptsorten sind zufällig nicht blau - Kartoffeln und Mais sind die ersten, die mir in den Sinn kommen.
Andere Blautöne sind weniger verbreitet, nur weil sie nicht von den Hauptpigmentgruppen abgedeckt werden, aber wenn Sie in die Farbebene einsteigen, dann ist „Königsblau“ nur einer von vielen im Spektrum, der fehlt. Beachten Sie auch, dass es immer noch Pflanzen gibt, die andere Blautöne haben und verzehrt werden, sie werden allgemein nicht als "Nahrung" angesehen. Lavendel, Chicoree, Enzian und Stiefmütterchen haben alle blaue Blüten in verschiedenen Schattierungen und werden traditionell in Rezepten verwendet.
Es gibt also keinen speziellen evolutionären Grund, warum Pflanzen oder Tiere nicht blau sein sollten – viele von ihnen sind blau, und wir essen einige der blauen. Es ist einfach ein kultureller oder sprachlicher Trend für englischsprachige Menschen, ihr Essen nicht als blau anzusehen.
Ich würde argumentieren, dass die angemessenere Frage lautet: Warum können wir blaue Pflaster leicht identifizieren, obwohl so wenige Lebensmittel blau sind? (Und der Hauptteil dieser Antwort ist, warum dies überhaupt eine vernünftige Frage ist.) Und die Hauptantwort darauf ist wahrscheinlich, dass eine ausreichend große Region mit wenig Nahrung im Farbraum schließlich einen eigenen Farbbegriff bekommen hat, nämlich Blau.
Eine Farbe ist ein Bereich im Farbraum, dem Sprecher der jeweiligen Sprache übereinstimmend denselben Namen zuweisen. Grundfarben sind Farben, die Sie bereits im Kindergarten kennen und die Sie nicht als Sonderfall einer anderen Farbe betrachten würden (wie Aquamarin ein Sonderfall von Blau).
In ihrer Evolution verfeinern Sprachen ihre Segmentierung des Farbraums Schritt für Schritt, normalerweise beginnend mit hell-warm vs. dunkel-kühl, dann trennen sie Rot, Gelb und Grün ( weitere Lektüre ). Die fünfte Segmentierung spaltet normalerweise Blau und Grün – oder genauer gesagt: etwas Ähnliches. Danach hat Englisch Weiß, Schwarz, Rot, Gelb, Grün und Blau.
Jetzt teilen Sprachen eine vorhandene Farbe, wenn es eine relevante Unterscheidung gibt, die darin zu treffen ist. Und potenzielle Nahrung war für den größten Teil ihrer Geschichte das vorherrschende, was die Menschen unterscheiden konnten. Wenn eine Frucht, die ihre Farbe von grün nach blau ändert, darauf hinweist, dass sie essbar geworden ist, ist dies nicht nur wichtig zu kommunizieren, sondern ein Wort dafür zu haben, erleichtert es, sich daran zu erinnern. Im Gegensatz dazu schauten die Menschen täglich in den Himmel, aber ob er grün oder blau war, mussten sie sich nie mitteilen.
Folglich waren die Farben von Lebensmitteln anfangs ein treibender Faktor dafür, wie wir unseren Farbraum segmentieren. Und hier scheint die Unterscheidung zwischen Blau/Grün und Lila/Rot von genau diesem dominiert zu werden: Die meisten Lebensmittel, die sich an Blau anlehnen, bleiben einfach in dem, was wir Lila nennen (z. B. Pflaumen und Auberginen), und oft zeigt dies an, dass sich Grün zu Lila ändert Reife. (Und im Fall von Blaubeeren zeigt der Übergang von Lila zu Blau die Reife an.) Mir ist jedoch kein Lebensmittel bekannt, das von Grün direkt zu Blau wechselt. Es gibt also Grund zu der Annahme, dass unser Farbraum so segmentiert ist, dass es auf der blauen Seite der Blau-Lila-Grenze wenig Nahrung gibt.
Ein weiterer seltsamer Aspekt dabei ist, dass die Sprache unsere Wahrnehmung beeinflusst: Wenn wir schon in jungen Jahren ein Wort für eine Farbe lernen, werden wir auch besser darin, diese Farbe zu unterscheiden. Ein markantes Beispiel dafür sind die Himba, deren Sprache den Farbraum anders segmentiert als Englisch (und viele andere Sprachen). Sie finden es viel schwieriger, ein bestimmtes Paar von Blau- und Grüntönen zu unterscheiden (weil ihre Sprache dies nicht tut), aber sie finden es einfacher, bestimmte Grüntöne zu unterscheiden (weil es sich um verschiedene Grundfarben in ihrer Sprache handelt)¹²³.
Wenn die englische Sprache also nicht die Blau-Grün-Unterscheidung gemacht hätte, hätten Sie diese Frage wahrscheinlich nicht gestellt – nicht nur, weil Ihnen die Worte fehlen würden, sondern auch, weil Sie nicht einmal bemerken würden³, dass es eine Familie von gibt Grüntöne, die Sie in allen möglichen technischen Produkten (und dem Himmel) finden, aber nicht in Lebensmitteln.
Es gibt einige andere Farben, die Sie selten in Lebensmitteln finden werden, z. B. Fuchsia/Magenta, Neongrün und Ziegelrot. Warum haben Sie die Frage nicht gestellt und warum verwenden wir diese Farben nicht für Pflaster für Lebensmittelzubereiter? Die Antwort ist wahrscheinlich, dass Blau ein grundlegender Farbbegriff ist, aber das ist nur die halbe Wahrheit: Weil Blau ein grundlegender Farbbegriff ist, können wir ihn besser unterscheiden als z. g. Neongrün und damit als Putzfarbe wirkungsvoller.
Damit bleibt die Frage:
Die Antwort darauf liegt natürlich im Nebel der Geschichte verborgen. Das Auftreten einer Art Blau-Grün-Unterscheidung ist jedoch ein gemeinsames Merkmal von Sprachen, was darauf hindeutet, dass es mehr als nur Zufall ist. Meine fundierte Vermutung ist, dass das, was wir Blau nennen , einfach die größte Region des Farbraums ist, die spärlich mit Nahrung ist, aus den Gründen, die in den Antworten von AliceD und Theforestecologist angesprochen werden . Beachten Sie, dass eine Schwierigkeit bei dieser Erklärung darin besteht, dass es etwas subjektiv ist, wie wir sogar das Farbraumvolumen messen (und somit das größte definieren ) auf eine Weise, die die menschliche Wahrnehmung widerspiegelt.
Im Gegensatz zu anderen Farbgrundbegriffen scheint Blau (oder genauer: die Blau-Grün-Unterscheidung) durch das Einbringen eines entsprechenden Farbstoffes³ und nicht durch Lebensmittel entstanden zu sein. Dies deutet wiederum darauf hin, dass der neue Farbbegriff als Identifikator für diesen bestimmten Farbstoff begann (der tatsächlich üblich ist, siehe Indigo, Preußischblau usw.). Daher macht es keinen Sinn, dass es die Farbe von etwas Bekanntem, einschließlich Essen, abdeckt. Wenn der neue Farbbegriff zum Beispiel die Farbe von Pflaumen umfasst hätte, würden die Leute den neuen Farbstoff lieber Pflaumenfarbstoff nennenund vergessen Sie den neuen Begriff (und den Farbstoff) schnell. Infolgedessen ist es nicht verwunderlich, dass der aufkommende Farbbegriff mit einem Gebiet beginnt, das Lebensmittel ausschließt. Natürlich kann sich das später in der Entwicklung einer Sprache ändern, aber wenn eine Farbe als Non-Food-Farbe beginnt, gibt es einen psychologischen Impuls, um dies so zu halten: Sie sind es nicht gewohnt, blaues Zeug zu essen, also würden Sie nicht anfangen Essen blau nennen (siehe auch Rumtschos Antwort ).
Dazu passt Grau, der andere grundlegende Farbbegriff, den wir nicht gerne zur Beschreibung von Lebensmitteln verwenden, obwohl es unter bestimmten Bedingungen wohl die am besten passende Farbe für Fleisch, bestimmte Fische, das Innere von Auberginen usw. ist. Wir neigen eher dazu um diese durch den Restfarbton des Lebensmittels oder als weiß oder schwarz zu beschreiben.
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der Forstökologe
RBarryYoung