Sind Farben nur Illusionen, die unser Gehirn erzeugt?

Farbsehen ist die Fähigkeit, verschiedene Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung zu unterscheiden. Das Farbsehen beruht auf einem Gehirnwahrnehmungsmechanismus, der Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen als unterschiedliche visuelle Reize (z. B. Farben) behandelt. Übliche farbunempfindliche Photorezeptoren (die Stäbchen in menschlichen Augen) reagieren nur auf die Anwesenheit oder Abwesenheit von Licht und unterscheiden nicht zwischen bestimmten Wellenlängen.

Wir können argumentieren, dass Farben nicht real sind - sie werden von unserem Gehirn „synthetisiert“, um Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen zu unterscheiden. Während Stäbe uns die Möglichkeit geben, das Vorhandensein und die Intensität von Licht zu erfassen (und so unserem Gehirn zu ermöglichen, das Bild der Welt um uns herum zu konstruieren), gibt die spezifische Erfassung verschiedener Wellenlängen über unabhängige Kanäle unserer Sicht auf die Welt eine zusätzliche hohe Auflösung. Beispielsweise sehen rote und grüne Farben auf Schwarzweißfotos wie nahezu identische Graustufen aus.

Ein Tier mit Schwarz-Weiß-Sicht allein kann nicht zwischen einem grünen und einem roten Apfel unterscheiden und weiß nicht, welcher besser schmeckt, bevor es beide anhand der Farbe probiert. Evolutionsbiologen glauben, dass menschliche Vorfahren Farbsehen entwickelt haben, um die Identifizierung reifer Früchte zu erleichtern, was offensichtlich einen Vorteil in der wettbewerbsorientierten natürlichen Welt bieten würde.

Warum bestimmte Wellenlängen mit bestimmten Farben gepaart werden, bleibt ein Rätsel. Technisch gesehen ist Farbe eine Illusion, die von unserem Gehirn erzeugt wird. Daher ist es nicht klar, ob andere Tiere Farben so sehen, wie wir sie sehen. Es ist wahrscheinlich, dass andere Wirbeltiere aufgrund der gemeinsamen Evolutionsgeschichte die Welt ähnlich gefärbt sehen wie wir sie sehen. Aber Farbsehen ist im weiten Tierreich weit verbreitet: Insekten, Spinnentiere und Kopffüßer können Farben unterscheiden.

Welche Farben sehen diese Tiere?

Das menschliche Farbsehen beruht auf drei Fotorezeptoren, die Primärfarben erkennen - Rot, Grün und Blau. Einige Menschen haben jedoch keine roten Photorezeptoren (sie sind „Bichromatate“) oder einen zusätzlichen Photorezeptor, der irgendwo zwischen roten und grünen Farben erkennt („Tetrachromate“). Mit nur 3 Fotorezeptoren können wir natürlich andere Farben nicht unterscheiden.

Jeder Fotorezeptor kann einen ziemlich breiten Bereich von Lichtwellenlängen absorbieren. Um eine bestimmte Farbe zu unterscheiden, vergleicht und analysiert das Gehirn die Daten aller drei Photorezeptoren quantitativ. Und unser Gehirn macht das bemerkenswert erfolgreich - einige Untersuchungen zeigen, dass wir Farben unterscheiden können, die Wellenlängenunterschieden von nur 1 Nanometer entsprechen.

Dieses Schema funktioniert bei den meisten Wirbeltieren mit höherem Farbsehen weitgehend auf die gleiche Weise. Obwohl die Fähigkeit zur Unterscheidung zwischen bestimmten Farbtönen zwischen den Arten erheblich variiert, hat der Mensch eine der besten Fähigkeiten zur Farbunterscheidung.

Wirbellose Tiere, die völlig unabhängig von uns Farbsehen (und das Sehen im Allgemeinen) entwickelt haben, zeigen jedoch bemerkenswert unterschiedliche Ansätze zur Farberkennung und -verarbeitung. Diese Tiere können eine außergewöhnlich große Anzahl von Farbrezeptoren aufweisen. Die Mantis-Garnele hat zum Beispiel 12 verschiedene Arten von Photorezeptoren. Der gemeine Bluebottle-Schmetterling hat noch mehr - 15 Rezeptoren.

Bedeutet das, dass diese Tiere zusätzliche Farben sehen können, die für uns unvorstellbar sind? Vielleicht ja. Einige ihrer Photorezeptoren arbeiten in einem ziemlich engen Bereich des Lichtspektrums. Zum Beispiel können sie 4-5 Photorezeptoren haben, die im grünen Bereich des visuellen Spektrums empfindlich sind. Dies bedeutet, dass für diese Tiere die verschiedenen Grüntöne so unterschiedlich erscheinen können, wie die blauen und roten Farben für unsere Augen erscheinen! Wiederum sind die evolutionären Vorteile solcher Anpassungen für ein Tier offensichtlich, das zwischen Bäumen und Gräsern lebt, wo die meisten Objekte, wie wir sie sehen, in verschiedenen Grüntönen gefärbt sind.

Die Forscher versuchten zu testen, ob ein komplizierterer Satz visueller Rezeptoren den Tieren Vorteile bei der Unterscheidung zwischen Hauptfarben bietet. Die Ergebnisse zeigen, dass dies nicht unbedingt der Fall ist, zumindest nicht für die Mantis-Garnele. Trotz der beeindruckenden Anzahl von Rezeptoren, die Licht in einem viel breiteren Teil des elektromagnetischen Spektrums im Vergleich zum Menschen erfassen, ist die Fähigkeit der Garnelen, zwischen Farben zu unterscheiden, die im Vergleich zu uns so groß sind. Sie bestimmen die Farben jedoch schnell. Dies ist wahrscheinlich für praktische Zwecke wichtiger, da Mantis-Garnelen Raubtiere sind. Eine große Anzahl von Photorezeptoren ermöglicht ihre schnelle Aktivierung bei bestimmten Lichtwellenlängen und teilt so direkt dem Gehirn mit, welche bestimmte Wellenlänge erfasst wurde. Im Vergleich dazu muss der Mensch die Signale aller drei Photorezeptoren bewerten und quantifizieren, um eine bestimmte Farbe zu bestimmen. Dies erfordert mehr Zeit und Energie.

Abgesehen von der Verwendung einer anderen Anzahl von Fotorezeptoren zur Erfassung von Licht bestimmter Wellenlängen können einige Tiere Licht erfassen, das wir Menschen überhaupt nicht sehen können. Zum Beispiel können viele Vögel und Insekten im UV-Teil des Spektrums sehen. Hummeln haben zum Beispiel drei Photorezeptoren, die im UV-, Blau- und Grünbereich des Spektrums absorbieren. Dies macht sie zu Trichromen wie Menschen, jedoch mit einer Verschiebung der spektralen Empfindlichkeit zum blauen Ende des Spektrums. Die Fähigkeit, UV-Licht zu erkennen, erklärt, warum einige Blumen Muster aufweisen, die nur in diesem Teil des Spektrums sichtbar sind. Diese Muster ziehen bestäubende Insekten an, die in diesem Spektralbereich sehen können.

Eine Reihe von Tieren kann Infrarotlicht (langwellige Strahlung) erfassen, das von erhitzten Objekten und Körpern emittiert wird. Diese Fähigkeit erleichtert die Jagd nach Schlangen, die normalerweise nach kleiner warmblütiger Beute suchen, erheblich. Sie durch IR-Detektionsrezeptoren zu sehen, ist daher ein großartiges Werkzeug für sich langsam bewegende Reptilien. Die für Schlangen IR-Strahlung empfindlichen Photorezeptoren in Schlangen befinden sich nicht in ihrem Auge, sondern in „Grubenorganen“ zwischen Augen und Nasenlöchern. Das Ergebnis ist immer noch dasselbe: Schlangen können Objekte entsprechend ihrer Oberflächentemperatur färben.

Wie dieser kurze Artikel zeigt, können wir Menschen nur einen kleinen Teil der visuellen Informationen sehen und analysieren, die anderen Kreaturen zur Verfügung stehen. Wenn Sie das nächste Mal eine bescheidene Fliege sehen, denken Sie darüber nach, wie unterschiedlich sie dieselben Dinge wahrnimmt, die Sie beide betrachten!

VERWEISE

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Dieser Gastartikel erschien ursprünglich im preisgekrönten Gesundheits- und Wissenschaftsblog und in der Community zum Thema Gehirn, BrainBlogger: Wie das Gehirn Farben wahrnimmt?