Die Welt mit den Augen eines Fisches sehen
Vor rund 800 Millionen Jahren begannen einige der frühesten Organismen, das zu entwickeln, woraus später die Augen wurden. „Für diese einfachen Organismen war es wahrscheinlich nützlich zu wissen, ob es Tag oder Nacht war oder wie tief sie im Wasser waren“, erklärt NeuroVisEco-Projektkoordinator Tom Baden von der University of Sussex im Vereinigten Königreich. „So mutierte ein Melatoninrezeptor zu einem Opsin-Protein, das die Grundlage fast aller Lichtrezeptoren ist, um Organismen zu ermöglichen, Licht zu spüren.“ Baden ist der Ansicht, dass die Netzhaut der Wirbeltiere, die sich vor mehr als 500 Millionen Jahren entwickelt hat, den allgemeinen Bauplan darstellt, den alle sehenden Wirbeltiere seitdem geerbt haben. Die Netzhaut verleiht Lebewesen wie uns das räumliche Sehen, d. h. die Fähigkeit zu erkennen, woher die Lichtquellen kommen. Das hat unseren Vorfahren im Wasser wahrscheinlich geholfen, Raubtieren auszuweichen und Beute zu fangen.
Visuelle Systeme visualisieren
Als sich im Verlauf der Jahrmillionen verschiedene Artenzweige abspalteten, entwickelten sich die Augen, um sich an ganz unterschiedliche Kontexte anzupassen. Baden merkt jedoch an, dass alle Wirbeltiere ein kameraähnliches Auge mit einer Linse und einer Netzhaut besitzen. Baden wollte besser verstehen, was unsere frühen Vorfahren gesehen haben, um sich ein klareres Bild davon zu machen, wie sich die visuellen Systeme der Wirbeltiere einschließlich unseres eigenen entwickelt haben. Das NeuroVisEco-Projekt, das vom Europäischen Forschungsrat unterstützt wurde, wollte dies durch die Untersuchung der Netzhautstruktur und -funktionen von Zebrafischen erreichen. „Zebrafische sind im Prinzip die moderne Version unserer frühen fischartigen Vorfahren“, fügt Baden hinzu. Zwei-Photonen-Bildgebung und Computeranalyse wurden verwendet, um das visuelle System der Zebrafische zu untersuchen. Diese Arbeit wurde mit Ergebnissen aus der Forschungsarbeit ergänzt, bei der Spezialkameras und Belichtungsmesser in den natürlichen Lebensraum der Zebrafische gebracht wurden, um „zu sehen, was Zebrafische sehen“.
Schaltkreise der Photorezeptoren
Dabei stellte sich heraus, dass Zebrafische tatsächlich anders sehen als Säugetiere. Im Gegensatz zum Menschen – der drei Rezeptoren für Blau, Grün und Rot hat – haben die Fische vier. Diese vier Typen werden oft als rot, grün, blau und UV bezeichnet. Baden und sein Team fanden jedoch heraus, dass jeder eine genau definierte und unmittelbar nützliche Rolle zu spielen hat: Die „roten“ Zapfen sind Helligkeitssensoren, während die grünen und blauen Zapfen „Farbsensoren“ sind. Gleichzeitig sind die UV-Zapfen hochspezialisierte Systeme, die direkt dafür verantwortlich sind, dass Zebrafische Nahrung erkennen können. Zudem findet die gesamte erforderliche Informationsverarbeitung an der frühestmöglichen Stelle statt – an der Ausgangssynapse der Photorezeptoren selbst. Dies steht im Gegensatz zu Säugetieren, die die grünen und blauen Photorezeptoren verloren haben. Baden spekuliert, dass dies wahrscheinlich während des Mesozoikums geschah, als Säugetiere womöglich nachtaktiv wurden, um nicht von Dinosauriern gefressen zu werden, und ihr Bedürfnis nach Unterscheidung der Farben verloren.
Die Bedeutung der Evolution
Heutzutage können die meisten Säugetiere zwei Farben sehen, sind aber rot-grün farbenblind. Die Primatengruppe, zu der auch der Mensch gehört, entwickelte das Dreifarbensehen, wobei das Farbpuzzle im Gehirn „gelöst“ wird und nicht an der ersten Synapse des Sehens. „Soweit wir wissen, verfügen fast alle heutigen Wirbeltiere – Fische, Amphibien, Reptilien und Vögel – immer noch über diese vollständige Farbrezeptorausstattung“, sagt er. „Es ist der Säugetierzweig, der seltsam ist!“ Die nächste große Herausforderung für Baden besteht darin, herauszufinden, inwieweit ihre Ergebnisse bei Zebrafischen auch für andere Nicht-Säugetierarten repräsentativ sind. „Das ist alles noch sehr vorläufig, aber es ist die Richtung, in die wir gehen“, stellt er fest. „Um unsere eigene Vision zu verstehen und vielleicht zu verbessern, sollten wir nicht nur verstehen, wie etwas derzeit funktioniert, sondern auch, warum es auf eine bestimmte Weise funktioniert. Die Evolution hilft, den Dingen einen Sinn zu geben.“
Schlüsselbegriffe
NeuroVisEco, Evolution, Netzhaut, Wirbeltier, Zebrafisch, visuell, Sehen, Photorezeptor
