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Wahrnehmung: Rot-grüne Koalition

Kaum eine chemische Substanz dürfte typischer für das Pflanzenreich sein als Chlorophyll. Doch eingebaut in Sehzellen kann es auch Tieren hilfreiche Dienste leisten.
Ambystoma tigrinum
Salamander gelten als lichtscheu. Auch der Tigerquerzahnmolch (Ambystoma tigrinum), der in Nordamerika von Kanada bis Mexiko zu Hause ist, versteckt sich tagsüber unter Pflanzen, Steinen, Holz oder in Erdgängen und wagt sich nur nachts hervor, um nach schmackhaften Regenwürmern, Insekten oder Schnecken Ausschau zu halten. Daher überrascht es wenig, dass die Tiere nicht gerade zu den Meistern des Farbensehens gehören. Sie können zwar Farben durchaus unterscheiden, doch insbesondere im langwelligen Rot schwächeln sie. Schließlich sind nachts eh alle Würmer grau.

Ambystoma tigrinum | Larve des Tigerquerzahnmolch (Ambystoma tigrinum): Wie bei allen Amphibien entwickeln sich die Larven des Tigerquerzahnmolche im Wasser. Nach der Metamorphose leben die erwachsenen Tiere überwiegend an Land und suchen nur zur Vermehrung das Wasser auf.
Beim tiefen Blick ins Auge offenbart sich das Manko der Salamander. Der aus den Lichtsinneszellen isolierte Sehfarbstoff Rhodopsin zeigt zwei Absorptionsmaxima: im grünen Bereich bei 520 Nanometer Wellenlänge sowie im für uns unsichtbaren Ultraviolett bei 278 Nanometern. Bestrahlt man dagegen das Molch-Rhodopsin mit rotem Licht, tut sich fast nichts.

Vielleicht fehlt hier nur eine kleine Unterstützung, sagten sich die Forscher um Clint Makino vom Massachusetts Eye and Ear Infirmary in Boston. Als Entwicklungshelfer für Salamander-Augen sollte eine chemische Substanz dienen, die sonst wenig mit dem Tierreich in Verbindung gebracht wird: Chlorophyll.

Der Gedanke ist nicht so abwegig, wie er zunächst erscheint. Denn das Blattgrün der Pflanzen ähnelt dem Sehpurpur des Auges durchaus in Struktur und Funktion. Beide Farbstoffe enthalten Molekülbereiche, die Licht bestimmter Wellenlänge absorbieren und damit eine biochemische Reaktion auslösen. Während das Chlorophyll die Energie des eingefangenen Lichts zur Fotosynthese nutzt, verändert das Rhodopsin durch die Lichtabsorption seine Struktur und löst damit ein Nervensignal aus. Da nun Chlorophyll vor allem blaues und rotes Licht absorbiert – und deshalb grün erscheint –, könnte hier durchaus ein Farberweiterungspotenzial liegen.

Stäbchen | Isolierte Sehzelle (Stäbchen) aus der Netzhaut des Tigerquerzahnmolch (Maßstab: 10 Mikrometer)
Die Forscher isolierten die lichtempfindlichen Stäbchen aus der Netzhaut der Tigerquerzahnmolche und fügten Chlorin e6 hinzu, ein Abbauprodukt des Chlorophylls. Der pflanzliche Faktor zeigte tatsächlich Wirkung: Die Salamander-Sehzellen vergrößerten ihre Absorption bei 278, 402 und 668 Nanometern – neben Ultraviolett- und Blaulicht sahen die Sehzellen damit auch rot. Die Wahrnehmung bei 520 Nanomoter (grün) blieb dagegen unverändert; der Pflanzenfarbstoff störte also nicht die bisherige Lichtempfindlichkeit des Sehpurpurs.

Konnten die Sehzellen das zusätzliche Absorptionsmaximum aber auch nutzen? Es sieht ganz so aus, denn das Rhodopsin wurde jetzt auch durch rotes Licht gebleicht – ein typisches Zeichen für seinen Strukturwandel. Und elektrische Messungen offenbarten, dass die mit Chlorin behandelten Stäbchen im Rotlichtbereich Signale aussendeten.

Was nun wie eine künstliche Spielerei im Labor aussieht, hat durchaus biologische Vorbilder: Tiefseefische wie der Schwarze Drachenfisch (Malacosteus niger) steigern tatsächlich mit grünen Farbstoffen ihre Wahrnehmung. In ihren Augen sitzen chlorophyllähnliche Pigmente, die rotes Licht absorbieren und die aufgefangene Energie an die rotblinden Sehzellen weitergeben. Das Kuriosum der Tiefsee könnte sich nun als Phänomen erweisen, das bei allen Wirbeltieren möglich ist. Den lichtscheuen Salamandern kann's nur recht sein.

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