Warum sehen wir Farben?

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Zweifellos ist schon die Schönheit der Farben Grund genug für das Farbsehen …

Die Evolution musste das Farbsehen sowieso entwickeln, da die Einstrahlung des Lichts mit der Tageszeit variiert. Morgens und abends herrschen langwelliges rotes Licht, mittags kurzwelliges blaues Licht.

Farbsehen: Grundlage für einen konstanten Sinneseindruck

Ohne Farbsehen würden wir eine Kirsche morgens hell und Mittags dunkel sehen. Unreife Kirschen hingegen wären am Morgen dunkel und Mittags hell.

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Ohne Farbe gäbe die Welt um uns herum kein Schwarzweißbild in konstanten Graustufen ab.

Als die Welt bunt wurde

Nehmen wir ein Lebewesen aus der Frühzeit, das schon einen Fotorezeptor hat: Das Gen für den Fotorezeptor wird dupliziert und irgendwann mutiert das Original oder die Kopie.

Solche Genduplikationen gefolgt von einer Mutation gelten als wesentlicher Mechanismus der Evolution.

Genduplikationen gefolgt von einer Mutation sind nichts außergewöhnliches, sondern kommen sehr oft vor. Aber natürlich setzen sich nicht alle Genmutationen durch, sondern die meisten landen wohl im Papierkorb der Evolution. Ups … war mal wieder nicht zu gebrauchen …

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Durch eine Mutation des Originalgens oder seiner Kopie entstehen neue Gene mit geänderten oder neuen Funktionen. Das Chromosom wird dadurch größer, die DNA-Matrix länger.

Kleine Mutationen

Ein zweites Pigment – selbst wenn der Unterschied zum ersten Pigment nur gering ist – ist ein großer Fortschritt und eröffnet das Sehen mit einem größeren Spektrum. Außerdem entsteht erst durch ein zweites Pigment eine Helligkeitskonstanz – so dass die relative Helligkeit von Objekten auch bei unterschiedlichen spektralen Zusammensetzungen des Lichts erhalten bleibt.

Unterschiede zwischen den Opsinen
Die farbigen Kreise zeigen den Unterschied zwischen den Aminosäuren in der molekularen Struktur zum Vorgänger. S wird dabei mit dem Rhodopsin verglichen. Der Unterschied von M nach L ist ausgesprochen gering, aber er bringt das menschlichen Farbsehen einen großen Schritt weiter: Wir können Grün und Rot voneinander unterscheiden.

Man nimmt an, dass ein derartiges Farbsehen fast sofort nach der Entwicklung des Auges entstand, denn die Pigmente, die für das Farbsehen verantwortlich sind, liegen sehr eng beieinander. Schon wenn das neue Pigment nur einfach stärker reagiert als das alte Pigment, verbessert es die Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Lichtwellen.

Opsin

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.

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Opsin ist ein sehr altes Protein – älter als die heutigen Wirbeltiere.

Obwohl die Pigmente aus dem Protein Opsin und einem Retinal bestehen, wird »Obsin« als Sammelbegriff für die Sehpigmente benutzt.

Für den ersten Schritt zum Farbsehen müssen mindestens zwei Pigmente vorliegen. Ein neues Pigment entsteht durch die Verdopplung eines Abschnitts eines Chromosoms gefolgt von einer Mutation einer der beiden oder beider Kopien.

Die von den Opsin-bestimmten Fotopigmente ghören zu fünf Gen-Familien: eines für die Fotopigmente der Stäbchen, die übrigen vier für die Zapfen.

Alle vier Opsine der Zapfen entstanden schon in einem frühen Stadium der Evolution der Wirbeltiere vor etwa 540 Mio Jahren. Bei der Mehrzahl der heute lebenden Wirbeltiere lassen sich heute vier Zapfen-Opsine nachweisen: Vögel, Fische und Reptilien, wohingegen bislang nur drei in den heutigen Amphibien nachgewiesen werden konnten. Ansonsten weichen nur Säugetiere von diesem Standard ab.

Wikipedia »Opsin«

Evolution of vertebrate visual pigments James K. Bowmaker, Vision Research Volume 48, Issue 20, September 2008, Pages 2022–2041

Schwarzweiß ist ein Kunstwerk

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.

Erst die Schichten des analogen Films trennen die Farben in unterschiedliche Helligkeit, denn Rot und Grün haben z.B. dieselbe Helligkeit. Erst Farbfilter und hochentwickelte Schwarzweißfilme heben die roten Früchte von den grünen Blättern des Kirschbaums ab.

Immer wieder lesen wir, dass das Rot-Grün-Farbensehen einen Vorteil durch die bessere Unterscheidung von reifen und unreifen Früchten und grünem Laubwerk brachte.

Farbe bringt zusätzliche Schärfe und ein besseres Erkennen von Oberflächen. Allein auf der Basis von Hell und Dunkel fällt es schwer, Schatten von einem eigenständigen Objekt zu unterscheiden.

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?
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