Farbwahrnehmung: Farben sehen, bevor es Farben gab
Kräftige Farben wie Rot, Orange, Gelb, Blau und Violett helfen Pflanzen und Tieren, mit ihrer eigenen Art und anderen zu kommunizieren, um zu überleben. Leuchtend orangefarbene Pfeilgiftfrösche warnen Raubtiere vor ihrer Giftigkeit. Verschiedene Vögel verwenden ein farbenfrohes Gefieder, um Partner anzulocken. Blumen in Regenbogenfarben locken Vögel und Bienen an, um Pollen und Samen zu verbreiten.
Die Färbung der Lebewesen hat sich langsam entwickelt: Vor etwa 300 Millionen Jahren begannen bunte, fruchtähnliche Samen die sonst so öde Landschaft zu bevölkern, 100 Millionen Jahre später tauchten farbenfrohe Blütenpflanzen auf, und 70 Millionen Jahre später begannen Tiere – vor allem Schaben und Schmetterlinge – mit einer kräftigeren Pigmentierung. Doch nun zeigen neue Forschungsergebnisse, dass die Fähigkeit der Tiere, viele Farben wahrzunehmen, lange vor dem Auftreten der Farben selbst entstand.
Eine kürzlich in der Zeitschrift Biological Reviews veröffentlichte Studie zeigt, dass das Farbensehen vor etwa 500 Millionen Jahren begann – vor einem tristen Hintergrund aus Braun- und Grautönen und gedämpften Schattierungen einiger anderer Farben. Erst etwa 400 Millionen Jahre später verbreiteten sich helle Farben bei Wirbeltieren und Gliederfüßern (eine Gruppe wirbelloser Tiere mit einem Exoskelett, wie Insekten und Spinnen). »Es gab eine lange Zeitspanne zwischen der Explosion der Farben und der Entstehung des Farbensehens«, sagt John J. Wiens, Mitautor der Studie und Professor für Ökologie und Evolutionsbiologie an der Universität von Arizona.
Zuvor hatten die Forschenden den Ursprung der verschiedenen Färbungen anhand eines Diagramms, des so genannten phylogenetischen Stammbaums, ermittelt, der die genetischen Beziehungen der Organismen zueinander darstellt. In Verbindung mit Fossilien, die zufällig erhaltene Pigmente enthielten, konnten die Evolutionsbiologen die helle Färbung bis zu den ersten Arten von Organismen zurückverfolgen, die diese Färbung aufwiesen. Wiens und sein Mitautor Zachary Emberts, der integrativer Biologe an der Oklahoma State University ist, gingen noch einen Schritt weiter. Sie analysierten Gene, die für Proteinrezeptoren im visuellen System der Tiere kodieren, um festzustellen, wann eine Art Farben wahrnehmen konnte. Durch die Analyse der Zeitachse des Farbsehens und der auffälligen Färbung zeigte die Studie, dass zwischen der Entwicklung des Farbsehens und der Färbung Hunderte von Millionen Jahren verstrichen sind.
Ein evolutionäres Merkmal tritt fast immer aus einem bestimmten Grund auf; dies wirft die Frage auf, warum Tiere die Fähigkeit erlangten, Unterschiede in leuchtenden Farben zu sehen, lange bevor sie dies brauchten. Der neuen Studie zufolge spielte das Farbensehen wahrscheinlich eine wichtige Rolle bei der Fähigkeit früher Arten, zu erkennen, ob eine Pflanze lebende grüne oder tote braune Blätter hat, oder um ein Raubtier aus dem Hintergrund zu erkennen. Auch unter Wasser, wo sich die ersten Wirbeltierarten entwickelten, war das Farbensehen wahrscheinlich besonders wichtig, um Farbtöne zu unterscheiden, die sich ergaben, wenn das Licht durch die Flüssigkeit gefiltert wurde. »In einer marinen Umgebung gibt es dort viel Bewegung, wo Licht ist, sodass das Farbensehen besonders hilfreich für die Navigation unter Wasser gewesen wäre«, sagt Wiens.
Der Umfang der Studie sei beeindruckend, sagt Innes C. Cuthill, Professor für Verhaltensökologie an der Universität Bristol in England, der nicht an der Forschung beteiligt war, aber das Manuskript kommentiert hat. Diese Forschung konzentrierte sich auf das trichromatische Farbensehen – die Art der visuellen Farbwahrnehmung, die der Mensch besitzt; sie befasste sich nicht mit dem ultravioletten (UV) Sehen, das die meisten Insekten besitzen. Bienen zum Beispiel verwenden UV-Licht, um verschiedene Blumen zu unterscheiden. »Die Farben, die wir sehen, sind für die meisten Tiere nicht von Bedeutung«, sagt Cuthill.
Wiens räumt ein, dass viele Aspekte des Farbsehens noch immer ein Rätsel sind. »Es gab eine sehr lange Lunte, bevor diese Farbexplosion stattfand«, sagt er. »Und wir wissen nicht wirklich, warum.«
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