Alles so schön bunt hier: Ein Kolibri sieht Farben, die uns verborgen bleiben

Die Sinneszellen auf unserer Netzhaut erlauben uns nicht nur, hell und dunkel zu unterscheiden, sondern auch, Farben zu sehen. Eine aktuelle Studie zeigt, dass Kolibris dank einem zusätzlichen Zelltyp Farben unterscheiden können, die für uns völlig gleich aussehen.

von Niklas Kästner

Kolibris sehen mehrere nicht-spektrale Farben
Die Studie wurde mit Breitschwanzelfen durchgeführt (Foto: Michelle Lynn Reynolds via Wikimedia Commons, Lizenz: CC BY-SA 3.0)

Menschen besitzen drei verschiedene Rezeptortypen für die Farbwahrnehmung – bei Kolibris hingegen sind es vier. Einer aktuellen Studie zufolge ermöglicht ihnen das, mehr Farben zu erkennen als wir.

Farbwahrnehmung beim Menschen

Wirbeltiere tragen zwei verschiedene Typen von Lichtrezeptoren auf der Netzhaut: Stäbchen und Zapfen. Die Stäbchen ermöglichen die Hell-Dunkel-Wahrnehmung, die Zapfen das Farbsehen. Wir Menschen besitzen drei verschiedene Typen von Zapfen. Sie unterscheiden sich darin, von welchem Licht sie am stärksten angeregt werden. Ein Zapfentyp reagiert besonders auf langwelliges Licht (rot), einer auf Licht mittlerer Wellenlänge (grün) und einer auf kurzwelliges Licht (blau). Licht mit einer Wellenlänge zwischen blau und grün bzw. zwischen grün und rot regt jeweils beide Zapfentypen an. Welcher Zapfen wie stark aktiviert wird, bestimmt, welche Farbe wir wahrnehmen.

Deutlich wird der Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Farbwahrnehmung, wenn wir einen Regenbogen betrachten. Ein Regenbogen entsteht dadurch, dass Sonnenlicht durch Regentropfen gebrochen und entsprechend seiner Wellenlänge aufgetrennt wird. Wir sehen das kurzwellige orange-rote Licht außen, das langwellige violett-blaue Licht innen und die anderen Farben dazwischen: das gesamte Spektrum des für uns sichtbaren Lichts.

Ein Regenbogen zeigt uns das Spektrum des für uns sichtbaren Lichts (Foto: PublicDomainPictures via Pixabay)
Purpur – eine besondere Farbe

Neben den Farben dieses Spektrums gibt es eine weitere, die wir sehen können: Purpur. Sie erscheint nicht im Regenbogen, denn sie entspricht nicht einer bestimmten Wellenlänge, sondern der Kombination von zwei verschiedenen Wellenlängen. Wir nehmen Purpurtöne wahr, wenn gleichzeitig kurz- und langwelliges Licht auf das Auge trifft und dementsprechend die roten und blauen Zapfen aktiviert werden, nicht aber die grünen. Purpur ist die einzige sogenannte „nicht-spektrale“ Farbe, die wir Menschen wahrnehmen können. Nicht-spektral, da sie sich nicht in das Wellenlängenspektrum des Lichts einordnen lässt. Welchen Purpurton wir sehen – eher rötlich oder bläulich – hängt davon ab, wie viel Licht der jeweiligen Wellenlänge in unsere Augen fällt.

Farbwahrnehmung bei Vögeln

Sämtliche Wirbeltiere tragen auf der Netzhaut Zapfen zur Farbwahrnehmung. Allerdings variiert die Anzahl der verschiedenen Zapfentypen. Manche Arten besitzen nur zwei Versionen des Rezeptors, zum Beispiel Hunde, andere Arten sogar vier. Letzteres gilt für viele Vögel. Auf ihrer Netzhaut finden sich nicht nur blaue, grüne und rote Zapfen, sondern auch solche, die auf extrem kurzwelliges und für Menschen nicht sichtbares ultraviolettes Licht reagieren.

Das Spektrum des sichtbaren Lichts ist bei den Vögeln also in Richtung der kurzwelligen Strahlung erweitert. Der vierte Zapfentyp hat aber weitere Konsequenzen. Erinnern wir uns an das Purpur: Nicht-spektrale Farben werden wahrgenommen, wenn Zapfentypen angeregt werden, die nicht auf „benachbarte“ Wellenlängen reagieren. Bei drei Zapfentypen gibt es dafür nur eine Möglichkeit – bei vier Zapfentypen sind es fünf. In Bezug auf die Vögel sind das drei Zweier- und zwei Dreierkombinationen (rot + blau, rot + ultraviolett,  grün + ultraviolett, rot + grün + ultraviolett und rot + blau + ultraviolett).

Theoretisch ist es also möglich, dass Vögel neben Purpur vier weitere nicht-spektrale Farben erkennen. Ein Forschungsteam um Mary Stoddard und David Inouye untersuchte in einer aktuellen Studie, ob das tatsächlich der Fall ist. Dazu führten die Wissenschaftler*innen Verhaltensversuche mit einer Kolibriart durch, der Breitschwanzelfe (Selasphorus platycercus).

Erkennen Kolibris nicht-spektrale Farben?

Im natürlichen Verbreitungsverbiet der Breitschwanzelfen präsentierten Stoddard und ihr Team den Vögeln zwei Töpfchen: eins enthielt eine Zuckerlösung, das andere nur Wasser. Über den Töpfchen waren LED-Lampen angebracht, die Licht in unterschiedlichen Wellenlängen erzeugen konnten.

Zunächst überprüften die Wissenschaftler*innen, ob die Kolibris lernen würden, das Töpfchen mit der Zuckerlösung anhand einer bestimmten Farbe zu erkennen. Sie ließen die LEDs am Zuckertöpfchen grün leuchten, die am Wassertöpfchen rot. Damit die Vögel sich nicht einfach die Position merkten, wurde diese zufällig durchgewechselt – die Verbindung aus Farbe und Töpfchen blieb aber jeweils gleich. Das Ergebnis: Die Kolibris lernten schnell, das Töpfchen mit der grünen Lampe anzusteuern.

Um sicherzugehen, dass die Vögel sich nicht vielleicht am Geruch der Lösung orientieren, führte das Team einen Kontrollversuch durch. Bei diesem leuchtete an beiden Töpfchen grünes Licht exakt gleicher Wellenlänge – mit dem Ergebnis, dass die Kolibris nicht mehr lernten, das richtige Töpfchen zu erkennen. Der Geruch bot ihnen also keinen Anhaltspunkt.

Für den eigentlichen Versuch wurden nicht-spektrale Farben zur „Markierung“ der Töpfchen verwendet. Die LEDs an beiden Gefäßen sendeten gleichzeitig rotes und ultraviolettes Licht aus. Der Anteil der beiden Farben war aber unterschiedlich. Beim Zuckertöpfchen enthielt das Licht einen höheren Anteil ultraviolette Strahlen als beim Wassertöpfchen. Für menschliche Augen spielte das keine Rolle: Sie sahen in beiden Fällen rot. Die Kolibris steuerten jedoch nach einigen Durchläufen direkt das Töpfchen mit der Zuckerlösung an. Das zeigt: Kolibris sehen die nicht-spektrale Farbe und können daher auch die verschiedenen Nuancen unterscheiden – wie wir beim Purpur.

Den Wahlversuch führten die Forscher*innen mit weiteren Farbkombinationen durch. Das Ergebnis: Kolibris erkennen mindestens vier nicht-spektrale Farben, basierend auf den Zapfen-Kombinationen rot + blau, rot + ultraviolett, grün + ultraviolett und rot + grün + ultraviolett.

Fazit

Der Versuch zeigt eindrucksvoll: Die Wahrnehmung der Kolibris – und vermutlich vieler weiterer Vogelarten – ist im Vergleich zu unserer nicht nur um Farben am kurzwelligen Rand des Regenbogens erweitert. Sie erkennen darüber hinaus auch mindestens vier nicht-spektrale Farben. Die Autor*innen weisen jedoch auf einen wichtigen Punkt hin: Wie das für die Vögel wirklich aussieht, bleibt ihr Geheimnis. Ist ihre Welt bunter als unsere? Sehen sie tatsächlich ganz neue Farbtypen – oder erscheinen ihnen die nicht-spektralen Farben als „Mischformen“ uns ebenfalls bekannter Farbtöne? Wie so oft, wenn es um das subjektive Erleben der Tiere geht, müssen wir an dieser Stelle schweren Herzens akzeptieren, dass unserer Erkenntnis Grenzen gesetzt sind. 

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Zur Fach-Publikation:
Stoddard, M. C.; Eyster, H. N.; Hogan B. G.; Morris, D. H.; Soucy, E. R. & Inouye, D. W. (2020): Wild hummingbirds discriminate nonspectral colors. Proceedings of the National Academy of Sciences USA.

Wenn Sie auf diesen Artikel verweisen möchten, können Sie das zum Beispiel so tun:
Kästner, N. (2020): Alles so schön bunt hier: Ein Kolibri sieht Farben, die uns verborgen bleiben. ETHOlogisch – Verhalten verstehen (www.ethologisch.de, abgerufen am [Datum]).

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