Waarom zijn blauwe veren eigenlijk niet blauw?

Waarom zijn blauwe veren eigenlijk niet blauw? Omdat vogels, voor zover wetenschappers weten, geen blauw pigment voor hun veren aanmaken. Het blauw dat je ziet bij een pimpelmees, een ijsvogel of op de vleugel van een Vlaamse gaai is een structuurkleur: microscopisch kleine holtes van lucht en keratine in elke veerstraal, met een afstand van zo’n 100 tot 200 nanometer, kaatsen blauwe golflengtes terug naar je oog, terwijl een laag donker melanine het meeste andere licht opslokt.

De veer is echt. Het blauw is ook echt, in de zin dat het licht dat je oog bereikt werkelijk blauw is. Maar de kleur ontstaat door de bouw van de veer en niet door een chemische kleurstof. Verander de structuur, of verander hoe het licht erop valt, en het blauw verdwijnt.

Snelle feiten over blauwe veren

• Geen blauw pigment: van vogels is niet bekend dat ze een blauw pigment in veren gebruiken.
• Structuurkleur: blauw komt van nanostructuren van keratine en lucht in de veerstralen.
• Melanine helpt: een donkere pigmentlaag onder de structuur slokt strooilicht op en maakt het blauw dieper.
• Test het zelf: een blauwe veer ziet er bruin of grijs uit als er licht van achteren doorheen schijnt.
• Maal het fijn en het verdwijnt: een blauwe veer vermalen vernielt de structuur en daarmee het blauw.
• Groen is vaak blauw plus geel: veel groene vogels combineren structuurblauw met geel pigment.
• Niet hetzelfde als glans: een pimpelmees ziet er vanuit bijna elke hoek blauw uit, de kop van een wilde eend verandert van kleur met de hoek.

Hoe maken veren kleur zonder pigment?

Veren krijgen op twee manieren kleur.

Pigmenten slokken bepaalde golflengtes van licht op en kaatsen andere terug. Melanines, die vogels zelf aanmaken, geven zwart, bruin, grijs en roestkleurige tinten. Carotenoïden, die vogels uit hun voedsel halen, geven rood, oranje en geel, zoals de gele borst van een koolmees of het rood van een putter. Een paar groepen hebben speciale pigmenten, zoals de psittacofulvines die papegaaien hun rood en geel geven.

Structuurkleuren ontstaan door de fysieke opbouw van materialen op een schaal die vergelijkbaar is met de golflengte van zichtbaar licht, een paar honderd nanometer. Als licht die structuren binnengaat, worden sommige golflengtes versterkt wanneer ze terugkaatsen en doven andere uit. Het resultaat is kleur zonder dat er een gekleurde stof aan te pas komt.

Vlindervleugels, keverschilden en zeepbellen laten allemaal structuurkleur zien. Bij vogels zorgt het voor bijna alle blauwe en violette tinten, veel groen en de metaalachtige glans van glanzende veren.

Wat zit er in een blauwe veer?

Een gewone contourveer heeft een centrale schacht met rijen zijtakken die baarden of veerstralen heten. Elke baard heeft weer kleinere zijtakjes: de baardjes. Bij blauwe veren zit het kleurmechanisme in de baarden.

Bekijk je een doorsnede van een blauwe baard onder een elektronenmicroscoop, dan zie je meestal drie lagen:

1. Een buitenste laag keratine, een dun, doorzichtig velletje rond de baard.
2. Een sponsachtige merglaag, van keratine doorspekt met piepkleine luchtholtes of kanaaltjes. Dit deel maakt het blauw.
3. Een kern van cellen met melanine, die het licht opslokt dat door de sponslaag heen komt.

De sponslaag is de sleutel. De afstand tussen keratine en lucht is opvallend constant, in de orde van 100 tot 200 nanometer bij veel blauwe veren. Bij die afstand vallen lichtgolven die door verschillende delen van de structuur worden teruggekaatst voor blauwe golflengtes precies samen en versterken ze elkaar, waardoor sterk blauw licht naar buiten komt. Andere golflengtes worden zwak verstrooid of gaan erdoorheen en worden door het melanine eronder opgeslokt.

Is het blauw van een veer hetzelfde als het blauw van de lucht?

Een groot deel van de twintigste eeuw dachten veel wetenschappers van wel. De lucht is blauw door rayleighverstrooiing, waarbij piepkleine, willekeurig verspreide deeltjes korte blauwe golflengtes sterker verstrooien dan langere rode. Vroege onderzoekers namen aan dat veren op een vergelijkbare manier werkten en spraken vaak van “tyndallverstrooiing”.

Eind jaren negentig lieten Richard Prum en collega’s zien dat die verklaring niet klopt. Toen ze de sponsachtige keratine in blauwe veren analyseerden, bleken de luchtholtes niet willekeurig verspreid. Ze vormen een half geordend patroon, met een vaste onderlinge afstand maar zonder de perfecte orde van een kristal. Licht dat door zo’n structuur wordt verstrooid, interfereert op een georganiseerde manier, een proces dat coherente verstrooiing heet. Dat verklaart waarom het blauw van veren zo verzadigd is en waarom de structuur specifieke tinten kan maken, en niet alleen een bleek hemelsblauw.

Later onderzoek liet zien dat deze nanostructuren zichzelf vormen: keratine scheidt zich af van het waterige vocht in de groeiende veercellen, een beetje zoals olie en azijn uit elkaar gaan. Er zijn twee hoofdtypen beschreven: een met kronkelende luchtkanaaltjes en een met meer ronde luchtbolletjes.

Hoe bewijs je dat een blauwe veer niet echt blauw is?

Met een natuurlijk geruide blauwe veer kun je het zelf zien. De blauw-zwart gestreepte dekveren van de Vlaamse gaai zijn in Nederland en België de blauwe veren die mensen het vaakst in bos, park of tuin vinden. Let wel op: in Nederland en België is het in bezit hebben van veren of andere delen van beschermde inheemse vogels wettelijk beperkt. Doe de tests daarom op de plek waar de veer ligt, of gebruik veren van gedomesticeerde vogels zoals grasparkieten of pauwen.

De tegenlichttest

1. Houd een blauwe veer zo dat het licht van opzij op de veer valt. Hij ziet er blauw uit.
2. Houd hem nu zo dat de lichtbron achter de veer zit en het licht door de veer naar je toe schijnt.
3. Het blauw verdwijnt en de veer ziet er dof bruin of grijs uit.

In opvallend licht zie je het blauw dat door de sponslaag wordt teruggekaatst. In doorvallend licht zie je vooral wat er doorheen komt, en dat wordt gefilterd door het melanine.

Probeer hetzelfde met een gele of rode veer, en die blijft geel of rood, hoe het licht er ook op valt. Die kleur komt van een pigment dat andere kleuren opslokt, uit welke richting het licht ook komt.

De vermaaltest

Als je een blauwe veer tot poeder vermaalt, vervaagt het blauw en blijft er grijs of bruin stof over. Wie de microscopische structuur vernielt, vernielt de kleur. Een rode, gele of bruine veer met pigment houdt veel van zijn kleur als je hem vermaalt.

De natte test

Een blauwe veer in bepaalde vloeistoffen weken kan de kleur dof maken of laten verschuiven, omdat het vullen van de luchtholtes verandert hoe de structuur met licht omgaat. Als de veer opdroogt, komt het blauw terug. Dit is een proef in laboratoriumstijl en niets om met een levende vogel te doen.

Waarom is de donkere melaninelaag belangrijk?

Je zou denken dat melanine een blauwe kleur bederft, maar het is juist onmisbaar. Zonder donkere achtergrond zou veel van het licht dat door de sponslaag gaat willekeurig verstrooid worden en als wit terugkaatsen, waardoor het blauw verbleekt. Het melanine slokt dat strooilicht op, zodat het oog vooral het blauw ontvangt dat de structuur terugkaatst.

Daarom zien sommige blauwe vogels er bij slecht licht bijna zwart uit. De ijsvogel is een bekend voorbeeld: in de schaduw van een oever of tegen het licht in kan hij donker en kleurloos lijken, om dan fel blauw op te lichten zodra de zon hem onder de juiste hoek raakt. Ook de blauwe keelvlek van een blauwborst kan in het riet ineens veel donkerder lijken.

Hoe verschilt blauw van glanzende kleuren?

Beide zijn structuurkleuren, maar ze werken anders.

De kop van een woerd van de wilde eend kan het ene moment zwartig lijken en het volgende moment fel groen of paars, omdat de dunne, gestapelde laagjes in de baardjes alleen onder bepaalde hoeken sterk terugkaatsen. De kruin van een pimpelmees blijft daarentegen blauw als de vogel draait. Hetzelfde geldt voor de beroemde glanzende keel van Amerikaanse kolibries, die je in Europa alleen in dierentuinen of op reis ziet.

Waarom zijn zoveel groene vogels eigenlijk blauw en geel?

Groene veren combineren vaak twee kleursystemen. Een laag structuurblauw ligt onder of naast een geel pigment. Blauw licht gaat door het gele pigment en mengt ermee, en het oog ziet groen.

Grasparkieten, de kleine Australische parkieten die wereldwijd als huisdier worden gehouden, laten dat mooi zien. Wilde grasparkieten zijn groen. Bij de bekende kleurvormen horen blauwe grasparkieten, die het gele pigment missen, en gele grasparkieten, die de blauwe structuurkleur missen. Kwekers hebben deze kleuren gekregen door te selecteren op vogels met specifieke genetische veranderingen.

Veel wilde papegaaien, bijeneters en andere groene vogels gebruiken een vergelijkbare combinatie. Ook de halsbandparkiet die je in steden als Amsterdam, Den Haag en Brussel ziet, is waarschijnlijk groen op die manier. De toerako’s van Afrika zijn een beroemde uitzondering: zij hebben een echt groen pigment, turacoverdine, en daarnaast een rood, koperhoudend pigment dat turacine heet.

En vogels met blauwe huid of blauwe eieren?

Vogels kunnen ook op andere plekken blauw zijn, en niet altijd op dezelfde manier.

• Blauwe huid. Kale blauwe huid op het gezicht of de poten van sommige vogels is meestal ook structuurkleur, maar dan gemaakt door rijen collageenvezels in de huid in plaats van keratine in veren.
• Blauwe eieren. Het blauwgroen van de eieren van de heggenmus en de zanglijster, en het lichtblauw van spreeuweneieren, komt van een pigment dat biliverdine heet. Het vrouwtje legt het in de schaal terwijl die gevormd wordt. Een heggenmus legt dus echt gepigmenteerde blauwe eieren, terwijl van geen enkele vogel bekend is dat hij veren met blauw pigment laat groeien.

Waarom zien vogels blauwe veren anders dan wij?

De meeste vogels hebben vier soorten kleurgevoelige kegeltjes in hun ogen, waaronder een die is afgestemd op violet of ultraviolet licht. Veel structuurblauw kaatst ook sterk terug in het ultraviolet, een deel van het spectrum dat mensen niet kunnen zien. Onze artikelen over of vogels kleuren kunnen zien en ultraviolet zien leggen de biologie uit.

Dat is belangrijk, omdat blauw verenkleed vaak als signaal werkt. Bij de pimpelmees kaatst de kruin van mannetjes meer ultraviolet terug dan die van vrouwtjes, een verschil dat vogels wel zien en wij niet. Onderzoek aan pimpelmezen suggereert dat vrouwtjes op dat signaal letten bij de partnerkeuze. Hoe nauwkeurig de nanostructuur van een veer is, kan weerspiegelen hoe goed een vogel ervoor stond toen die veer groeide. Zo hangt blauwe kleur samen met het bredere verhaal van waarom mannetjes vaak fellere kleuren hebben.

Waarom hebben vogels structuurblauw en geen blauw pigment?

Niemand kent het volledige antwoord, maar een paar ideeën helpen.

Ten eerste zijn blauwe pigmenten chemisch ongewoon bij dieren. Veel blauw in de natuur, van vlinders tot vissen tot vogels, blijkt structuurkleur te zijn. Een stabiel blauw pigment maken lijkt voor de biochemie van dieren lastig, terwijl licht buigen met structuur gebruikmaakt van materialen die vogels al hebben: keratine, lucht en melanine.

Ten tweede is de structuur flexibel. Kleine veranderingen in de grootte en afstand van de luchtholtes verschuiven de tint van violet naar blauw naar turquoise, en tot in het ultraviolet. Dat geeft de evolutie een eenvoudige knop om aan te draaien. Vergelijkend onderzoek suggereert dat structuurblauw vele malen los van elkaar is ontstaan in verschillende vogelfamilies.

Ten derde vraagt structuurkleur mogelijk relatief weinig grondstoffen. Anders dan rood en geel van carotenoïden, waarvoor een vogel het juiste voedsel moet vinden, leunt structuurblauw vooral op het vermogen van de vogel om een goed georganiseerde veer te laten groeien. Gratis is dat niet: een slecht gevoede of gestreste vogel laat misschien een minder nauwkeurige structuur groeien met een doffer blauw. Maar het maakt blauwe vogels niet afhankelijk van één specifieke pigmentbron in hun voedsel.

Verbleekt blauw naarmate een veer ouder wordt?

Ja, tot op zekere hoogte. Veren zijn dood materiaal zodra ze volgroeid zijn, en slijtage tast hun oppervlak in de maanden na de rui aan. Schuren, zonlicht en bacteriën die veren afbreken kunnen de buitenlaag en de sponslaag eronder beschadigen, en vuil op het oppervlak verstrooit licht op een manier die de kleur dof maakt.

Veel vogelaars merken dat blauwe vogels er na de rui in de nazomer het mooist uitzien en tegen de volgende zomer wat doffer. Het verschil is meestal klein. Ons artikel over waarom vogels ruien legt die cyclus uit.

Veelgemaakte fouten bij het herkennen van blauwe vogels

• Een vogel in tegenlicht zwart noemen. Kijk eerst naar vorm en snavel voordat je besluit dat een vogel niet blauw is. Een ijsvogel tegen het licht is een klassieke vergissing.
• Verwachten dat vrouwtjes ook blauw zijn. Bij veel soorten zijn vrouwtjes minder blauw. Een vrouwtje blauwborst heeft vaak weinig of geen blauw op de keel.
• Vertrouwen op de kleur in foto’s. Witbalans en hoek van de camera kunnen structuurblauw naar paars of turquoise laten verschuiven. Gebruik meerdere foto’s en kenmerken.
• Aannemen dat elk blauw hetzelfde is. Tinten verschillen van het zachte blauw van een pimpelmees tot het felle turquoise van een ijsvogel, en dat weerspiegelt verschillen in nanostructuur.

Welke bekende vogels danken hun kleur aan structuur?

Blauw komt voor in veel vogelfamilies en op alle continenten. Een paar bekende voorbeelden:

• Nederland en België: pimpelmees, ijsvogel, Vlaamse gaai (blauwe vleugelvlek), blauwborst, en in glanzende vorm de boerenzwaluw en de spreeuw.
• Rest van Europa: scharrelaar, blauwe rotslijster, bijeneter.
• Zuid-Amerika: hyacinthara, blauwgele ara, veel tangaren en cotinga’s.
• Azië en Afrika: Indische scharrelaar, veel ijsvogels, glansspreeuwen met blauw verenkleed.
• Noord-Amerika: blauwe gaai, de Amerikaanse blauwe lijsters (bluebirds) en de indigogors.

Fabels en feiten over blauwe veren

Fabel: blauwe vogels bevatten blauwe kleurstof. Feit: voor zover de wetenschap weet, is het blauw van veren structuurkleur, gemaakt door keratine en lucht op nanoschaal.

Fabel: veren zijn blauw om dezelfde reden als de lucht. Feit: vroege wetenschappers dachten dat, maar onderzoek sinds de jaren negentig laat zien dat veren coherente verstrooiing gebruiken door half geordende structuren, en geen willekeurige verstrooiing zoals de lucht.

Fabel: een blauwe veer die van achteren bruin lijkt, is nep of geverfd. Feit: precies zo gedraagt echt structuurblauw zich.

Fabel: al het blauw in de natuur is structuurkleur. Feit: sommige blauwe kleuren zijn wel pigment, zoals het biliverdine in de eieren van heggenmus en zanglijster en blauwe pigmenten in sommige planten.

Wat betekent dit voor tuinvogelaars?

• Licht verandert alles. Blauwe vogels kunnen er in de schaduw of tegen het licht zwart of grijs uitzien. Kijk bij voorkeur met de zon in je rug.
• Vertrouw niet alleen op kleur. Gebruik vorm, grootte, snavel en gedrag om te bevestigen wat je ziet.
• Fototip. Licht van voren en zacht zonlicht halen structuurblauw naar boven; hard tegenlicht maakt het modderig. Meer tips lees je in vogels fotograferen door het raam.
• Een blauwe veer gevonden? Doe de tegenlichttest ter plekke en laat hem dan liggen. Het is een eenvoudige manier om kinderen te laten zien hoe structuurkleur werkt.
• Een schoon vogelbad helpt. Vogels houden hun verenkleed op orde door te baden en te poetsen, en vuil maakt structuurkleur dof.
• Let op de rui. Jonge pimpelmezen zijn in hun eerste zomer geelgroener en doffer, en krijgen na de rui het blauw van de volwassen vogel.
• Geniet van de natuurkunde. Elke pimpelmees aan je voederhuisje is een werkend stukje nanotechnologie, bij elke rui vers gegroeid.

Kort samengevat

Blauwe veren zijn niet blauw zoals een geverfd hek blauw is. De kleur komt van een nauwkeurige, zichzelf vormende spons van keratine en lucht in elke veerbaard, met donker melanine erachter, die samen blauw licht naar je oog sturen. Daarom verdwijnt het blauw als een veer tegen het licht wordt gehouden of wordt vermalen, daarom kunnen blauwe vogels er in de schaduw zwart uitzien, en daarom combineren zoveel groene vogels eigenlijk blauwe structuur met geel pigment.

Bronnen

• Cornell Lab of Ornithology, All About Birds: Blue Jay
• Vogelbescherming Nederland: Pimpelmees
• Vogelbescherming Nederland: IJsvogel
• Sovon Vogelonderzoek Nederland