Farbwechsel in der Biologie. Biolumineszenz und Pigmentierung verschiedener Tiere

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Farbwechsel
2.1. Morphologischer Farbwechsel
2.2. Physiologischer Farbwechsel
2.2.1. Pigmentwanderung
2.2.1.1. Passive Pigmentwanderung
2.2.1.2. Aktive Pigmentwanderung
2.3. Steuerung des Farbwechsels
2.3.1. Nervöse Steuerung beim Oktopode
2.3.2. Hormonelle Steuerung bei Krebstieren und Fischen
2.4. Faktoren für den Vorgang des Farbwechsels

3. Biolumineszenz bei Fischen und Amphibien

4. Das Chamäleon
4.1. Allgemeine Fakten
4.2. Farbwechsel aufgrund von Gefühlen
4.3. Biologischer Ablauf des Farbwechsels

5. Die Schillerfarben des Schmetterlings

6. Schluss

7. Literaturverzeichnis und Internetquellen

8. Abbildungsverzeichnis

1.Einleitung

Die Erfahrung lehrt uns, dass die einzelnen Farben besondere Gemütsstimmungen geben.

Johann Wolfgang von Goethe (1749 - 1832

Mit diesem Zitat von Johann Wolfgang von Goethe möchte ich meine wissenschaftliche Arbeit über die Farbwechselmechanismen bei Tieren beginnen. Farben können vieles. Sie können Gefühle darstellen und unser Denken beeinflussen, ohne dass wir es merken. Rot drückt in der Gesellschaft die Farbe der Liebe aus, genauso schenkt man rote Rosen oder eine rote Schachtel Pralinen oder auch das Herz, womit man liebt und lebt, ist rot. Wie würde die Menschheit also ohne Farben bestehen? In der Natur und bei den Tieren ist das Verständnis der Farben jedoch anders. Rot bedeutet in der Natur meist Gefahr. So ist einer der bekanntesten giftigen Pilze, der Fliegenpilz, ebenfalls rot. In der Tierwelt- und Pflanzenwelt können Farben nicht nur eine Bedeutung haben, sondern es gibt Tiere, welche das Potenzial haben, ihre Farbe zu ändern. Ich habe mich früher immer gefragt, wie dieses Phänomen zustande kommt, weshalb ich auch dieses Thema gewählt habe.

Zunächst wird eine Definition über den Farbwechsel folgen, wobei man näher auf Fische und Amphibien eingeht. Weiter wird dann über die Biolumineszenz berichtet und zum Schluss hin, werden diese faszinierenden Wechsel von Farben anhand eines Chamäleons beschrieben.

2. Farbwechsel

„Beim Farbwechsel wird durch die Pigmentwanderung in der Haut die spektrale Zusammensetzung des reflektierten Lichts verändert, (…).“ [1, S. 403, Z. 20-22]

Im Tierreich ist die Fähigkeit zum Farbwechsel, unter dem Einfluss endogener und exogener Reize, weit verbreitet. Aristoteles hat sich erstmals anhand der Cephalopoden damit auseinander gesetzt. Cephalopoden sind Kopffüßer und in der Klasse der Weichtiere wieder zu finden. Laut Aristoteles hat der Farbwechsel also drei Ziele: Er dient als eine Art Signalwirkung für Artgenossen oder Fressfeinde, als Tarnung oder er dient der Thermoregulation oder auch Temperaturregelung bzw. Anpassung. [2, S.846; 3]

2.1. Morphologischer Farbwechsel

Der morphologische Farbwechsel dauert meist Tage bis Wochen. Während dieser Zeit vermehrt oder vermindert sich die Zahl der Farbstoff führenden Zellen, auch Chromatophoren genannt, beziehungsweise das Gehalt an Farbstoffen. Diese Art von Farbwechsel kann irreversibel sein, das heißt so viel wie nicht mehr rückgängig machbar. Ein Beispiel hierfür wäre die Jugend- beziehungsweise Adultfärbung bei welcher die Färbung von Individuen nach der Brutzeit noch mehrere Jahre danach unverändert bleibt. Sie kann aber auch reversibel sein, z.B. im Fall des Saisondimorphismus, wobei die Vögel im Frühjahr das Prachtkleid und sonst das Schlichtkleid zeigen. Durch die Anpassung an die sich ständig ändernde Umgebung oder der Signalwirkung dient der morphologische Farbwechsel an sich in erster Linie der optischen Tarnung. Ein Beispiel wäre das Sommer-/Winterkleid bei Tieren oder das Balzkleid mancher Vogelarten. [4;5]

2.2. Physiologischer Farbwechsel

Beim physiologischen Farbwechsel ändert sich nur die Lage der Pigmente, also farbgebenden Substanzen, in den Chromatophoren. Der Einfluss auf die Färbung wird kleiner, wenn sich das Pigment im Chromatophor zu einer kleinen Kugel zusammenballt. Wenn es aber eine große Fläche einnimmt, ist es ein wichtiger Faktor für die Färbung eines Tieres. Im Gegensatz zum morphologischen Farbwechsel dauert das ganze meist nur Sekunden oder Minuten, manchmal sogar nur Millisekunden. Oftmals sind beide Abläufe miteinander verbunden: Die Menge des Pigments nimmt bei einer beständigen Ausbreitung des Farbstoffes zu. Zu einem Verlust des Pigments kommt es bei einer beständigen Zusammenballung. [2, S.846; 6]

2.2.1. Pigmentwanderung

Im Folgenden werden die Unterschiede der passiven und aktiven Pigmentwanderung erläutert und anhand eines Beispiels beschrieben.

2.2.1.1. Passive Pigmentwanderung

Bei der passiven Pigmentwanderung werden durch radiär ansetzende Muskelfasern die Chromatophore in ihrer Gestalt verändert. [1, S.403]

2.2.1.2. Aktive Pigmentwanderung

Bei der aktiven Pigmentwanderung hingegen verändert sich die Zellform nicht und es wandert nur die Pigmentgranula: Die Pigmentgranula ist ein Speicherstoff welcher sich meist in körnchenförmigen Einlagerungen in biologischen Zellen wieder findet. Sie hält sich hauptsächlich jedoch im Zellzentrum (Aufhellung) auf, oder verstreut sich über das ganze Zellvollumen (Verdunkelung). Die aktive Pigmentwanderung, welche bei den meisten wirbellosen Tieren oder wechselwarmen Wirbeltieren (auch Invertebraten und poikilotherme Vertebraten genannt) auftritt, ist an ein dynamisches Cytoskelett gebunden. Es lässt sich folglich durch Colchicin, ein toxisches Alkaloid, welches sich auch im Gift der Herbstzeitlosen befindet und erbgutverändernd ist, und durch Cytochalasine, ein vom Pilz ausgestoßenes Stoffwechselprodukt, hemmen. [18; 1, S.403; 7; 8]

Bei Chromatophoren unterscheidet man, je nach Art der Pigmente, zwischen gelb- braune bis schwarze Melanophoren (mit Melaninen) und gelbe oder rote Xantho- und Erythrophoren (mit Carotinoiden und Pteridinen). Eine silbrige Reflektionsfarbe entsteht durch die Erzeugung von Iridophoren (reflektierende Chromatophoren) mithilfe von Stapeln dünner Guaninplättchen. Es können oft verschiedene Farbmuster erzeugt werden, wenn mehrere Zelltypen zu Chromatophoreneinheiten zusammengelagert sind. Diese müssen durch differenzielle Aktivierung der Einzelzellen geweckt werden. Die Kontrolle der Pigmentwanderung wiederum läuft entweder hormonal, wie zum Beispiel bei Krebsen und Amphibien und/oder neuronal wie zum Beispiel bei Knochenfischen ab. Die Kontrolle der Pigmentwanderung wird über Lichtsinnesorgane gesteuert, aber nur wenn es um Anpassung an den Untergrund oder herrschende Lichtverhältnisse geht. [1, S.403-404]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: 1a ist ein Chromatophor eines Knochenfisches, wobei das Pigment zusammen geballt ist. Bei 1b wiederum ist das Pigment ausgebreitet. 2a ist ein Chromatophor eines Kopffüßers wobei das Pigment wieder geballt ist. Bei 2b ist es wieder ausgebreitet. Bei beiden Tieren kann man sehen, dass das Pigment in Fall a hell ist und in fall b dunkel ist

2.3. Steuerung des Farbwechsels

Die Steuerung des Farbwechsels kann hormonell und/oder nervös ablaufen. Beim Crustaceen, auch Krebstier genannt, wird der Farbwechsel nur hormonell beeinflusst. In den neurosekretorischen Zellen des Zentralnervensystems werden die Hormone produziert. Bei Fischen findet der Farbwechsel sowohl hormonell als auch nervös statt. Wobei die Melanophoren auf die Hypophysenhormone ansprechen. Hypophysenhormone ist die Sammelbezeichnung für alle in der Hypophyse gebildeten bzw. frei freigesetzten Hormone. Bei Amphibien hat die nervöse Kontrolle des Farbwechsels nur wenig Bedeutung. Bei den Cephalopoden wird der Farbwechsel hauptsächlich nervös gesteuert. [2, S.849; 9; 12]

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