Tierische Blicke

Wenn man ein Universalprinzip nennen müsste, das den Großteil der Organismen auf dieser Erde vereint, dann wäre dies wohl ihr Lichtsinn. Es gibt kaum Pflanzen, die sich nicht nach der Sonne ausrichten. Und es gibt nur wenige Tiere, die keinen Sehsinn haben. Denn wo Licht ist, gibt es auch zwangsläufig Augen. Doch Aufbau und Arbeitsweise der Sehorgane sind ähnlich vielfältig wie die Natur selbst.

Manche Algen sehen nur mit einzelnen Lichtsinneszellen, Regenwürmer verfügen am Schwanzende über kleine Vertiefungen, so genannte Grubenaugen, mit denen sie Hell und Dunkel unterscheiden. Insekten sehen die Welt wie ein Mosaik, zusammengesetzt aus tausenden von Einzellinsen, die zu einem Komplexauge verschaltet sind. Und auch wenn Wirbeltiere alle über ein Linsenauge verfügen, das dem der Menschen ähnelt, haben sie doch ganz unterschiedliche Fähigkeiten: Vögel sehen UV-​Licht und können Magnetströme erkennen, Chamäleons können ihre Augen getrennt voneinander bewegen und Hammerhaie haben wegen ihrer besonderen Kopfform gar eine Rundumsicht auf ihre Welt.

Die Augen sind so vielfältig und so perfekt auf ihre Anforderungen eingestellt, dass sogar Charles Darwin (1809 bis 1882) fast an ihnen verzweifelt wäre. „Die Annahme, dass das Auge mit all seinen unnachahmlichen Einrichtungen durch die natürliche Zuchtwahl entstanden sei, erscheint, wie ich offen bekenne, im höchsten Maße absurd“, schrieb der wohl bekannteste Evolutionstheoretiker in seinem Werk “The Origin of Species — Die Entstehung der Arten.”

Heute jedoch gilt es als erwiesen, dass das komplexe Auge ein Produkt der Evolution ist. Der schwedische Zoologe Dan-​Erik Nilsson etwa berechnete in den neunziger Jahren, dass es gerade einmal 2.000 Entwicklungsschritte bräuchte, um von einer einfachen Lichtsinneszelle zum Linsenauge eines Wirbeltiers zu gelangen. Etwa 360.000 Generationen wären für eine solche Entwicklung nötig. Ein Klacks angesichts der Tatsache, dass es schon seit mindestens vier Milliarden Jahren Leben auf unserem Planeten gibt. Fossile Funde zeigen, dass binnen 100 Millionen Jahren alle heute bekannten Augentypen entstanden sind (siehe Textbox). Der Grund für dieses evolutionäre Wettrüsten liegt auf der Hand: Sehen zu können ist ein unschätzbarer Vorteil im Kampf ums Überleben – egal ob es darum geht, selbst etwas zu fressen zu finden oder darum, anderen gefräßigen Räubern zu entkommen.

Der Zoologe Andrew Parker von der Universität Oxford macht die Entwicklung des Auges bei primitiven Tieren sogar für die „kambrische Explosion“ verantwortlich. In dieser kurzen Periode der Erdgeschichte entstanden vor ca. 550 Millionen Jahren alle modernen Tiergruppen.

Schwammen die ersten Mehrzeller noch mit einzelnen Lichtsinneszellen im Meer herum, verfügen Quallen bereits über so genannte Flachaugen, eine zusammengeschlossene Ansammlung von Photorezeptoren. Plattwürmer hingegen schützen ihre Augen, indem sie die Lichtsinneszellen in ihren Körper einsenken – und erhalten durch diesen Trick zudem den Vorteil, dass sie neben Hell und Dunkel auch die grobe Richtung des Lichteinfalles bestimmen können, weil durch die Absenkung nicht alle Rezeptoren angestrahlt werden.

Noch besser geschützt sind die Lichtsinneszellen bei Lochaugen, wie man sie etwa bei Nautilus, einem Verwandten des Tintenfischs findet. Hier hat Gewebe die Grube so weit verschlossen, dass nur noch ein kleines Loch frei bleibt, in das Licht einfallen kann. Schon dadurch können Bilder entstehen, ähnlich wie bei einer simplen Lochkamera. Aus diesem Augentyp entwickelten sich dann die Linsenaugen, die ursprünglich nur dazu dienten, das Loch und den dahinter liegenden Hohlraum vor der Verstopfung mit Partikeln zu schützen.

Und doch gibt es Seitenwege in diesem Stufenschema der Evolution. So besitzt etwa der Tintenfisch zwar ebenfalls Linsenaugen, aber die sind ganz anders aufgebaut als jene bei Menschen oder Wirbeltieren. Ein Wirbeltier hat eine invertierte Netzhaut, die Photorezeptorzellen zeigen von der Linse weg. Das Licht muss deshalb durch eine Anzahl von Zellschichten hindurch, bevor es die lichtempfindlichen Zellen erreicht. Beim Tintenfisch-​Auge hingegen zeigen die Photorezeptorzellen direkt zur Linse. „Dadurch weiß man, dass das Auge analog und unabhängig zum Linsenauge des Wirbeltiers entstanden ist – ähnlich wie auch der Flügel etwa beim Vogel und einer Fledermaus“, sagt Jan Kremers, Professor für Experimentelle Ophthalmologie am Universitätsklinikum Erlangen.

Auch die Komplexaugen von Insekten und Krebsen, die aus tausenden miteinander verschalteten Linsen bestehen, lassen sich nicht in das Stufenmodell der Augenevolution einpassen. Darum vermuteten Forscher schon vor Jahrzehnten, dass sich die Augen mehrfach und zum Teil unabhängig voneinander entwickelt haben. Bereits 1977 errechneten der Evolutionsbiologe Ernst Mayr und der Wiener Zoologe Luitfried Salvini-​Plawen, dass dies mindestens 40 Mal geschehen sein müsste.

Diese Annahme stützen moderne Forschungsmethoden. „Wenn man etwa den zellulären Aufbau des Fischauges mit dem von anderen Wirbeltieren vergleicht, entdeckt man deutliche Unterschiede“, sagt Kremers. Während der Mensch zum Beispiel mit seinen Zapfen nur rot, grün und blau erkennt, verfügen Vögel und auch viele Fische über einen vierten Farbrezeptor: Sie sehen Ultraviolett, eine Wellenlänge, die uns völlig verborgen bleibt. Viele Vogelarten nutzen Ultraviolett auch zur Zeichnung ihrer Gefieder: Fast alle Papageien-​Arten zum Beispiel haben UV-​Töné in ihren Federn, und der für uns vollkommen schwarz erscheinende Seidenlaubenvogel zeigt sich seinen Artgenossen kontrastreich gezeichnet – in Ultraviolett. Doch auch wenn Tiere ähnliche Photorezeptoren haben, können sich ihre Augen über getrennte Wege entwickelt haben. „Mit Hilfe von Molekulargenetik kann man die genetischen Ursprünge der Pigmente untersuchen“, erklärt Kremers: “Sind dort keine Übereinstimmungen zu finden, kann man davon ausgehen, dass die Augen unabhängig voneinander entstanden sind.”

Die Untersuchung der evolutionären Entstehung der Augen hilft allerdings wenig bei der Frage, was Tiere mit ihren Augen eigentlich sehen. Um dies herauszufinden, nutzen Forscher Ableitungen der Aktionspotenziale einzelner Zellen. Dadurch können sie feststellen, wie groß etwa die räumliche Trennung zweier Punkte sein muss, damit ein Tier sie erkennen kann. Auch die zeitliche Auflösung des Gesehenen kann so ermittelt werden. Viele Tiere nämlich sehen ihre Umwelt schneller als wir Menschen: Beim Komplexauge von Fliegen etwa werden die Signale der Photorezeptoren wesentlich rascher verarbeitet. Ein Fernsehfilm wirkt für sie abgehackt wie eine Diashow.

Ob die Tiere die Informationen, die sie über ihre Augen erhalten, überhaupt benutzen, ist allerdings eine ganz andere Frage. „Das kann man nur mit Verhaltensstudien ermitteln“, sagt Kremers. In diesem Zusammenhang das bekannteste Studienobjekt ist wohl die Honigbiene. Mithilfe farbiger Blätter, auf die Zuckerlösung getropft wurde, haben Forscher festgestellt, dass sie alle Farben sehen kann – außer Dunkelrot. Dafür können Bienen ebenso wie Vögel auch Ultraviolett erkennen. Viele Pflanzen reflektieren diese Wellenlänge und machen sich so die speziellen Sehleistungen für sie wichtiger Tiere zu Nutze. Menschen wie Affen erkennen die Reifung der meisten Früchte am Farbumschlag nach Rot oder Gelb – und werden mit süßen Mahlzeiten belohnt, wenn sie die Verteilung der Samen zum rechten Zeitpunkt übernehmen. Reife Früchte bilden aber auch eine UV-​reflektierende Schale aus. So erkennen Vögel, welche Beeren bereits zum Verzehr geeignet sind. Eine Fähigkeit, mit der sie jeden Besitzer eines Kirschbaumes überflügeln und im Sommer zur Weißglut bringen können.

Veröffentlichung: am 03.11.2010
Aktualisierung: am 14.09.2016