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Vom Fotorezeptor zum Farbrezeptor
Irgendwann in grauer grauer Vorzeit entwickelte ein Lebewesen – wahrscheinlich noch ein ziemlich schleimiger Klumpen, auf jeden aber Fall ein Vielzeller – eine lichtempfindliche Zelle (einen Fotorezeptor), mit dem es hell und dunkel unterscheiden konnte.
Über die Natur der ersten Fotorezeptoren wissen wir nicht viel. Vielleicht brauchten die ersten Lebewesen, die sich aus der Tiefsee in Richtung Meeresspiegel bewegten, einen Rezeptor für ultraviolettes Licht, um den schädlichen ultravioletten Strahlen hier oben nicht zum Opfer zu fallen, denn damals existierte die schützende Ozonschicht ja noch nicht …
Die Geschichte vom Fotorezeptor, der auf ultraviolettes Licht reagiert, ist pure Spekulation. Auf jeden Fall aber hatte diejenigen Lebewesen, die Fotorezeptoren entwickelten, einen handfesten Vorteil in der Evolution. So kommt es, dass rund 95% aller Lebewesen Augen haben – fast alle Tiere sehen auch Farben, viele sogar mehr als der Mensch.
Vor 540 Millionen Jahren – das cambrische Zeitalter
Während die ersten Lebewesen vor allem klein und noch kleiner waren, sich eher von der Strömung treiben ließen, also langsam und wenig mobil waren, rüstete die Tierwelt im frühen Cambrium im wahrsten Sinne in kurzer Zeit auf: Zähne, Greifarme, Klauen und komplexe Augen entstanden.
Aus einer Ansammlung lichtempfindlicher Zellen entsteht eine Vertiefung mit noch mehr Fotorezeptoren. Das eingestülpte Becherauge kann schon feststellen, aus welcher Richtung das Licht kommt. Je kleiner die Öffnung der Grube oder Kammer ist, desto schärfer wird das Bild. Eine Linse in der Öffnung des Kammerauges schließlich erlaubt das Scharfsehen auf nahe und weite Entfernungen.
Vielleicht war ja die Entwicklung des komplexen Auges aus einer lichtempfindlichen Zelle der Auslöser für das Hochrüsten der Tierwelt im Cambrium … aber das ist natürlich auch wieder nur Spekulation.
In the Blink of an Eye, 2003, Andrew Parker
Vor 360 Millionen Jahren
Obwohl die Pigmente aus dem Protein Opsin und einem Retinal bestehen, wird »Obsin« als Sammelbegriff für die Sehpigmente benutzt.
Opsin ist ein sehr altes Protein – älter als die heutigen Wirbeltiere.
Es ist das Protein namens »Opsin« im Verbund mit Retinal (einem Abkömmling des Vitamin A), das uns das Farbsehen ermöglicht. Diese kleine Fraktion bildet Pigmente in den lichtempfindlichen Zellen des Auges, die auf verschiedene Lichtwellenlängen reagieren
- Die grau gezeichneten Stäbchenzellen sind verantwortlich für das Hell- und Dunkelsehen bei schlechten Lichtverhältnissen, die farbig eingezeichneten Zäpfen für das Farbsehen. In den Stäbchen liegt Sehpurpur, das Opsin »Rhodopsin«, in den Zäpfen Porphyropsin (absorbiert Grün), Iodopsin (absorbiert Gelb) und Cyanopsin (absorbiert Cyan).
Durch Untersuchungen der Gene, die für die Opsine verantwortlich sind, gehen Wissenschaftler heute davon aus, dass schon die gemeinsamen Vorfahren der Wirbeltiere (Säugetiere, Reptilien, Vögel) Tetrachromaten waren. Dank der Opsine konnten sie vier Bereiche von Wellenlängen voneinander unterscheiden und wahrscheinlich mindestens ebenso viele Farben sehen.
Farbsehen: Grundlage für einen konstanten Sinneseindruck
Die Evolution musste das Farbsehen entwickeln, da die Einstrahlung des Lichts mit der Tageszeit variiert. Morgens und abends herrschen langwelliges rotes Licht, mittags kurzwelliges blaues Licht.
Ohne Farbsehen würden wir eine Kirsche morgens hell und Mittags dunkel sehen, unreife Kirschen hingegen wäre am Morgen dunkel und Mittags hell. Wir würden eine Welt ohne Farben keinesfalls wie ein Schwarzweißfoto sehen – wer noch mit der analogen Kamera Schwarzweiß fotografiert hat, weiß, dass stets Farbfilter die unterschiedlichen Farbtemperaturen ausgleichen mussten.
Farbe bringt außerdem zusätzliche Schärfe und natürlich eine bessere Differenzierung von Oberflächen. Allein auf der Basis von Hell und Dunkel fällt es schwer, den Schatten auf einer Oberfläche von einem eigenständigen Objekt zu unterscheiden.
Man liest auch, dass das Rot-Grün-Farbensehen einen selektiven Vorteil durch die bessere Unterscheidung von reifen / unreifen Früchten und der Differenzierung vom grünen Laubwerk brachte.
- Wie würden wir ohne Farbe zwischen Essbarem, Unreifem oder gar Giftigem unterscheiden? Und wie würden wir herausfinden, ob wir etwas Essbares vor uns haben oder gleich gefressen werden?
Veränderungen im Laufe der Evolution
Das Farbensehen ist im Tierreich mehrmals erfunden worden. Insekten, Vögel, Fische und viele Reptilien besitzen ein hoch entwickeltes Farbsehen, zu dem auch die UV-Empfindlichkeit gehört.
Aber unter den Säugetieren haben nur Primaten ein gut entwickeltes Farbensehen. Viele andere Säugetiere haben ähnliche Gene für den blauen Sehstoff und dieses Farbwahrnehmungsystem ist entwicklungsgeschichtlich wohl uralt.
Das Ultraviolett-Sehen haben die Säugetiere aber allem Anschein nach im Laufe der Evolution verloren, vielleicht, weil sie in ihrer Frühzeit nachtaktiv waren.
Nur beim Menschen und den Affen der Alten Welt hat im Laufe der Evolution eine Genduplikation stattgefunden, durch die ein „blau-grüner« und ein »gelb-grüner« Sehstoff kodiert werden.
Vögel sehen die Welt bunter, Thimothy H. Goldsmith, Spektrum der Wissenschaft Januar 2007
