Sehpigmente
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 …
Das erste Farbsehen hingegen verhalf den Lebewesen zu einem handfesten Vorteil und entwickelte sich weiter.
Vor etwa 500 Mio Jahren erschien ein zweites Pigment-Opsin durch eine Genmutation, das empfindlich gegenüber den kurzen Wellenlängen (Blau) war.
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.
Für den ersten Schritt zum Farbsehen müssen mindestens zwei Pigmente vorliegen. Ein neues Pigment entsteht durch das Verdopplung eines Abschnitts eines Chromosoms gefolgt von einer Mutation einer der beiden oder beider Kopien. Aber das Gehirn muss auch die Schaltungen entwickeln, die diese neue Information zu nutzen.
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.
Das zweite Pigment bereichert das Sehen um den Blau-Gelben Kanal. Das dritte Pigment, das Menschen das Rot-Grün-Sehen beibrachte, erschien erst verhältnismäßig spät in der Evolution (vor 30 bis 40 Mio Jahren). Das Opsin für den mittleren Wellenbereich entstand als kleine Abweichung von dem alten Opsin für das Helligkeitssehen – ein Vorteil für die Säugetiere, die sich zu einem großen Teil von Früchten ernähren und mit dem dritten Opsin reife von unreifen Früchten unterscheiden können.
Collin, Bowmaker, Javobs
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. Das Retinal ist für alle Farben gleich, während das Opsin-Molekül bestimmt, auf welche Wellenlänge der Fotorezepte reagiert.
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. Die von den Opsin-bestimmten Fotopigmente gehören zu fünf Gen-Familien: eines für die Fotopigmente der Stäbchen, die übrigen vier für die Zapfen.
Alle vier Opsine der Zapfenzellen des Auges (Zapfen sind für das Farbsehen verantwortlich, Stäbchenzellen für das Helligkeitsehen) entstanden schon in einem frühen Evolutionsstadium 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.