Die Welt erscheint uns in einer schier unermesslichen Farbenvielfalt: vom Dottergelb der Ringelblume bis zum Silbergrau eines Autos, vom fahlblauen Winterhimmel bis zum grün funkelnden Smaragd. Umso erstaunlicher ist, dass nur drei verschiedene Lichtwellenlängen genügen, um daraus jede von uns wahrgenommene Farbe zu mischen. Sinnesphysiologen sprechen vom trichromatischen Sehen. Tatsächlich benutzt unsere Netzhaut (Retina) für das Farbensehen lediglich drei unterschiedliche Licht absorbierende Sehpigmente oder -farbstoffe. (Ein weiteres Pigment, das Rhodopsin, dient dem Helldunkelsehen bei Dämmerlicht.) Deswegen lässt sich auch auf einem Bildschirm allein mit roten, grünen und blauen Punkten oder Pixeln unser gesamtes Farbenspektrum darstellen.

Auch viele Affen sehen trichromatisch, doch Gleiches gilt für das übrige Tierreich keineswegs. Andere Säugetiere besitzen gewöhnlich nur zwei Pigmente zum Farbenerkennen – sie sind so genannte Dichromaten. Ein paar nachtaktive Arten haben sogar nur ein einziges Farbsehpigment. Reicher ausgestattet als wir sind dagegen Vögel, Fische und Reptilien: Viele von ihnen verfügen über gleich vier Farbsehpigmente; sie sehen damit auch im Ultravioletten (siehe SdW 1/2007, S. 96). Folglich erscheint der trichromatische Farbensinn der Primaten als etwas Ungewöhnliches. In jahrzehntelangen genetischen, molekularbiologischen und neurophysiologischen Studien haben wir und andere Forscher vieles über seine Evolution, aber auch Flexibilität entdeckt.

Über 50 Jahre ist es her, seit Wissenschaftler erstmals untersuchten, auf welche Anteile des Lichtspektrums die Farbsehpigmente des Menschen reagieren. Heute kennen wir ihre jeweilige spektrale Empfindlichkeit sehr genau. Jedes der drei Pigmente absorbiert nur Licht eines bestimmten Spektralbereichs, und jedes lässt sich anhand derjenigen Wellenlänge charakterisieren, auf die es am stärksten anspricht. Eines dieser Pigmente reagiert besonders gut auf ungefähr 430 Nanometer, eines auf annähernd 530, das dritte auf 560. Physiologen sprechen von Pigmenten für kurz-, mittel- und langwelliges Licht oder abgekürzt von S-, M- und L-Pigmenten (S nach englisch short für kurz). Als "normales" Blau, Grün und Gelb empfinden viele Menschen übrigens die Wellenlängen 470, 520 und 580 Nanometer.

Solch ein Farbsehpigment besteht aus einem Protein, das mit einem Licht absorbierenden Vitamin-A-Abkömmling in einem Komplex verbunden ist. Es liegt in der Außenmembran der so genannten Zapfen – einer Sorte von lichtempfindlichen Zellen oder Fotorezeptoren in der Netzhaut. Der Name bezeichnet ihre sich verjüngende Gestalt (siehe Bild oben; dem Dämmerungssehen dienen die so genannten Stäbchen). Absorbiert ein Sehfarbstoff Licht, löst das eine Kaskade molekularer Ereignisse aus und versetzt die betreffende Zelle in Erregung. Das wiederum aktiviert andere Neurone in der Netzhaut. Über sie entsteht schließlich ein Signal, welches über den Sehnerv ins Gehirn gelangt. Zwar waren die Absorptionsspektren der drei Zapfenpigmente des Menschen schon länger bekannt, nicht aber die Pigmente selbst. Erst in den 1980er Jahren hat einer von uns (Nathans) die Gene für diese drei Proteine identifiziert...