Das Farbsehen der Tiere

Das Farbsehen der Tiere

Das Überleben eines Tieres hängt davon ab, wie gut es Informationen über seine Umgebung sammeln kann.

Das visuelle System spielt unter den Sinnen bei Arten, die im Tageslicht leben, eine wichtige Rolle – und gleichzeitig bestimmen die Lichtverhältnisse, wie das visuelle System ausgebaut ist: Sonnenlicht, das Licht des Regenwalds, dunkle Höhlen und das dunkle Wasser der Tiefsee sind dafür verantwortlich, dass sich das visuelle System unterschiedlich entwicklt hat.

Das sprichwörtlich scharfe Auge des Adlers und der fast blinde Maulwurf zeigen, wie unterschiedlich das Sehvermögen bei den Wirbeltieren ausgebildet ist. Aber auch das Farbsehen ist bei den Wirbeltieren nicht gleich entwickelt.

Welche Farben Tiere wahrnehmen, weicht vom menschlichen Farbsehen ab – die Evolution hat das Farbsehen unabhängig voneinander mehrfach entwickelt. Die Unterschiede liegen in den Rezeptoren und auf welche Wellenlängen sie reagieren – auf jeden Fall aber können auch die meisten Tiere Farben voneinander unterscheiden.

Unter den Säugetiere besitzen nur Primaten drei Farbrezeptoren – Menschen und ein Teil der Affen. Hunde und Katzen hingegen sind Dichromaten mit zwei Arten von Zapfen.

Auch wenn die meisten tierischen Wahrnehmungsapparate in einem Bereich agieren, der auch für den Menschen sichtbar ist, gibt es viele Tiere, die im ultravioletten und im infraroten Bereich Farben sehen, die wir nicht wahrnehmen.

Warum Säugetiere kein UV-Licht sehen

Wir gehen heute davon aus, dass die Säugetiere die Fähigkeit zum UV-Sehen schon in einem frühen Stadium ihrer Entwicklung verloren haben.

Bei Wellenlängen unter 500 nm (in der Nähe des UV-Bereichs) wird das elektromagnetische Strahlungspotential stark genug, um (innerhalb von rund 10 Jahren) die Fotopigmente zu zerstören und die Linse des Auges gelb zu färben. Viele Vögel und Insekten haben UV-empfindliche Rezeptoren – aber diese Tiere haben auch nur eine relativ kurze Lebensspanne und leben nicht lang genug, so dass die zerstörerische Energie der UV-Wellen nicht signifikant wird.

Große Säugetiere hingegen leben lange und sammeln mehr UV-Strahlung, so dass ihre Augen die schädlichen Strahlungen ausfiltern müssen. Dass der Mensch (und andere Säugetiere) nicht im UV-Bereich sehen, ist also kein Manko des menschlichen Sehens, sondern eine reine Schutzfunktion.

Insekten hingegen haben eine extrem kurze Lebensspanne und können diesen Bereich der Wellenlängen nutzen.

Das Farbsehen der Insekten

Bienen und Hummeln sind wie der Mensch Trichromaten mit drei Rezeptortypen.

Deren maximalen Empfindlichkeiten liegen jedoch mit 350 Nanometern (Ultraviolet) bereits im UV-Bereich des Spektrums, mit 450 Nanometern (Blauviolett) beim Blau und 530/580 Nanometern beim Grün-Gelb. Die Biene nimmt also UV-Licht wahr, dafür aber kein Rot – diese Wellenlängen erscheinen ihnen wie Schwarz.

Quelle

So hat die Evolution die Bienen nicht an die Farbenpracht der Pflanzenwelt angepasst, sondern umgekehrt die Pflanzen an die Fähigkeit der Insekten. Weil Insekten ein Farbsehen entwickelt haben, entwickelten sich die hochgesättigten Farben der Blüten, um Insekten anzulocken.

Das Farbsehen der Biene ist gegenüber dem Farbsehen des Menschen um rund 150 nm in das kurzwelligere Licht verschoben. Die Biene sieht also kein Rot, aber einen Teil des ultravioletten Lichts. Sie die Blüten der Blumen in ganz anderen Farben wie der Mensch, denn das Rot einer Mohnblüte kann sie nicht wahrnehmen, wohl aber die ultravioletten Strahlen, die von der Mohnblüte reflektiert werden. Wo für uns die gelben Blüten von Raps und Ackersenf völlig gleich aussehen, sieht die Biene die Unterschiede, da jede Blütenart die Strahlen unterschiedlich stark reflektiert.

Bienen sehen das Licht polarisiert, was ihnen in Kombination mit dem tageszeitlichen Sonnenstand eine genaue Bestimmung der Himmelsrichtung ermöglicht. Wenn die Biene sich nicht bewegt, sieht sie mit ihren Facettenaugen relativ schlecht, vergleichbar mit einer Digitalkamera, die nur wenige Tausend Pixel hat. Dies ändert sich aber deutlich beim Flug. In dieser Analogie läuft jetzt im Gegensatz zum statischen Bild ein Film ab, mit vielen Bildwechseln pro Zeiteinheit. Letztendlich kann dadurch – durch Interpolation – die Bildauflösung verbessert werden.

Nicht alle Insekten haben drei Rezeptoren, es gibt auch bichromatische Insekten.

Ein Pigment absorbiert grün-gelbes Licht (550 nm), das andere blau-ultraviolettes Licht (<480 nm). Diese Insekten sehen kein Rot.

Das Farbsehen der Vögel

Einige Vögel und auch Bienen haben vier verschiedene Rezeptoren – sie sind also Tetrachromaten.

Hühner sind Tetrachromaten mit vier Zapfenpigmenten für Rot (ca. 570 nm), Grün (ca. 510 nm), Blau (ca. 450 nm) und Violett (ca. 420 nm). Wellensittiche sehen bis in den UV-Bereich und können mehr Blautöne voneinander unterscheiden als ein Mensch.

Darüber hinaus haben viele Vögel Öltröpfen in die Zapfen eingebettet, mit denen sie den spektralen Bereich erweitern oder einengen können.

Das Farbsehen der Fische

Karl von Frisch konnte schon 1913 durch Trainingstechniken nachweisen, dass karpfenartige Fische (Cypriniden) ein hoch entwickeltes Farbsehen haben.

3 Zapfentypen mit maximale Empfindlichkeit von etwa 450 nm, 530 nm und 620 nm.

Beim Goldfisch und Karpen wurden durch Mikrosspectrophometry ultraviolette Zapfen nachgewiesen (Whitmore und Bowmaker 1989).

Nun muss das Vorhandensein von vier Zapfentypen nicht bedeuten, dass das Geschöpf tatsächlich über tetrachromatisches Farbsehen verfügt. Dafür ist eine zusätzliche Mischung aus Experimenten und Training nötig.

Christa Neumeyer beschriebt in ihrem Papier den Trainingsaufbau.

Christa Neumeyer

Institut für Zoologie, J. Gutenberg-Universität Mainz

Tetrachromatic color vision in goldfish: evidence from color mixture experiments, Aug 1992

So bunt, so bunt: Pentachromaten

Es gibt Schmetterlinge mit fünf Farbrezeptoren (Pantachromaten) und der Buntbarsch (so habe ich gelesen) ist nicht nur bunt, sondern hat gleich 12 Farbrezeptoren.

Some surprising facts about color vision

Quallen haben zwar kein Gehirn, aber es gibt dennoch Arten, die Augen haben (Würfelquallen). Die Augen der sehenden Medusen können sehr hoch entwickelt sein – in Versuchen konnten Wissenschaftler feststellen, dass sie auch Farben unterscheiden können.

"Advanced optics in a jellyfish eye" von Dan-E. Nilsson und Kollegen (Universität Lund ), Mai 2005 in "Nature" Band 435, S. 201-205, Doi:10.1038/nature03484.

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