Neue Studie vertieft das Verständnis dafür, wie Tiere sehen und welche Farben

Durch das Sammeln von Sehdaten für Hunderte von Wirbeltieren und Wirbellosen haben Biologen der U of A das Verständnis der Wissenschaftler über das Sehen von Tieren vertieft, einschließlich der Farben, die sie sehen.

Diese Forscher haben festgestellt, dass an Land angepasste Tiere mehr Farben sehen können als an Wasser angepasste Tiere. Tiere, die an offene terrestrische Lebensräume angepasst sind, sehen eine größere Farbpalette als Tiere, die an Wälder angepasst sind.

Die Evolutionsgeschichte – in erster Linie der Unterschied zwischen Wirbeltieren und Wirbellosen – beeinflusst jedoch maßgeblich, welche Farben eine Art sieht. Wirbellose sehen im Vergleich zu Wirbeltieren mehr kurze Wellenlängen des Lichts.

Der Doktorand der Biowissenschaften, Matt Murphy, und die Assistenzprofessorin Erica Westerman haben diese Ergebnisse kürzlich in veröffentlicht Verfahren der Royal Society B: Biologische Wissenschaften. Ihr Artikel „Die Evolutionsgeschichte begrenzt die Fähigkeit der Arten, die Farbempfindlichkeit an das verfügbare Licht des Lebensraums anzupassen“, erklärt, wie Umwelt, Evolution und bis zu einem gewissen Grad die genetische Zusammensetzung beeinflussen, wie und welche Farben Tiere sehen.

„Wissenschaftler haben lange die Hypothese aufgestellt, dass sich das Sehvermögen von Tieren entwickelt hat, um den Farben des Lichts in ihrer Umgebung zu entsprechen“, sagte Westerman. „Aber diese Hypothese ist schwer zu beweisen, und es gibt noch so viel, was wir über das Sehen von Tieren nicht wissen. Das Sammeln von Daten für Hunderte von Tierarten, die in einer Vielzahl von Lebensräumen leben, ist eine monumentale Aufgabe, insbesondere wenn man bedenkt, dass Wirbellose und Wirbeltiere verwenden verschiedene Arten von Zellen in ihren Augen, um Lichtenergie in neuronale Reaktionen umzuwandeln.“

Die Fähigkeit eines Tieres, visuelle Informationen wahrzunehmen, hängt von den Wellenlängen und der Intensität des Lichts in einer bestimmten Umgebung ab. Quantität und Wellenlängenempfindlichkeit einer Familie von retinalen Proteinen, Opsine genannt, bestimmen das Lichtspektrum, das ein Tier sieht – von ultraviolettem bis zu fernrotem Licht.

Wirbellose und Wirbeltiere verwenden jedoch phylogenetisch unterschiedliche Opsine in ihrer Netzhaut, und Forscher haben nicht festgestellt, ob diese unterschiedlichen Opsine beeinflussen, was Tiere sehen oder wie sie sich an ihre Lichtumgebung anpassen.

Murphy und Westerman sammelten Sehdaten für 446 Tierarten aus vier Stämmen. Einer dieser Stämme enthielt Wirbeltiere – Tiere mit Rückgrat, wie Fische und Menschen. Der Rest dieser Phyla enthielt Tiere, die Wirbellose waren – solche, die kein Rückgrat haben, wie Insekten, Tintenfische und Quallen.

Die Studie der Forscher zeigte, dass sich Tiere zwar an Umgebungen anpassen, ihre Anpassungsfähigkeit jedoch physiologisch eingeschränkt sein kann. Während Wirbeltiere und Wirbellose im Großen und Ganzen den gleichen Zelltyp, Opsine, verwenden, bauen sie diese Zellen unterschiedlich auf. Dieser physiologische Unterschied – Biologen nennen es Ciliar-Opsine bei Wirbeltieren und rhabdomerische Opsine bei Wirbellosen – könnte erklären, warum Wirbellose besser darin sind, kurzwelliges Licht zu sehen, selbst wenn der Lebensraum für Wirbeltiere so gewählt werden sollte, dass sie auch kurzwelliges Licht sehen.

Der Unterschied könnte jedoch auf stochastische genetische Mutationen zurückzuführen sein, die bei Wirbeltieren, aber nicht bei Wirbellosen auftreten, sagte Westerman. Diese Mutationen könnten auch die Reichweite des Lichts im Sichtfeld von Wirbeltieren einschränken.

„Unsere Studie beantwortet einige wichtige Fragen“, sagte Murphy, „aber sie wirft auch weitere Fragen auf, die uns helfen könnten, das Sehen von Tieren noch besser zu verstehen mit visuellen Informationen anders umgehen. Das sind spannende Fragen.“