1 Das Leben ist auf Sendung

Was sind das nun genau für Informationen, die ein Lebewesen sendet, und gibt es Unterschiede zwischen Einzellern, Pilzen, Pflanzen und Tieren? Um diese Fragen geht es in diesem Kapitel, und ich wette, Sie werden staunen, auf welch vielfältige Art und Weise sich das Leben mitteilt. Beginnen wir bei der Frage nach dem WIE direkt beim OffenSICHTlichen - den optischen Informationen.

Alles so schön bunt hier

Unsere Welt ist voller optischer Daten, und so nutzen auch Lebewesen optische Informationen wie Farben, Formen und Bewegungen für die Kommunikation - angefangen vom Rot-Weiß des Fliegenpilzes über die Form einer Orchideenblüte bis hin zum Balztanz eines Vogels. All diese optischen Informationen können sowohl der Kommunikation zwischen Lebewesen der gleichen Art als auch zwischen Lebewesen unterschiedlicher Art dienen.

Optische Informationen - ein Kommunikationsschnäppchen unter den Signalen

Bleiben Sender und Empfänger in Sichtweite, ist das Senden optischer Informationen ein »Kommunikationsschnäppchen«, denn mit ihnen lassen sich schnell, günstig und unter minimalstem Verlust Informationen austauschen. Farben und Formen sind jedoch als Kommunikationsmittel nicht besonders flexibel einsetzbar. Wir Menschen können unsere Haare färben, uns schminken oder die Kleidung wechseln und auf diese Weise jeden Tag neue optische Informationen versenden. Handelt es sich nicht gerade um ein Chamäleon oder einen Tintenfisch, können das die meisten Lebewesen nicht. Was die Form angeht, stellen »aufblasbare« Körperteile wie zum Beispiel der Kehlkopf des Truthahns eine Ausnahme dar.

Lebewesen wie die Tiere können in ihrer optischen Kommunikation aber trotzdem aus dem Vollen schöpfen, denn sie sind in der Lage, sich zu bewegen. So sind Bewegungen jeglicher Art die »flexiblen« unter den optischen Signalen, denn der Sender kann sie innerhalb kürzester Zeit an eine sich ändernde Kommunikationssituation anpassen. Das ist gerade in einer sich schnell ändernden Umwelt wichtig, beispielsweise wenn ein Lebewesen von vielen anderen Artgenossen umgeben ist und die Art der zu sendenden Informationen an jedes Mitlebewesen individuell anpassen muss. Bewegungen in der Kommunikation umfassen ganze Tänze, die Insekten, Vögel oder Fische aufs Parkett legen. Der zickzackförmige Paarungstanz des männlichen Dreistachligen Stichlings (Gasterosteus aculeatus) ist wohl einer der berühmten tänzerischen Vorführungen im Tierreich. Allerdings hat so viel Körpereinsatz in der Kommunikation auch ihren Preis: Bewegungen brauchen je nach Intensität sehr viel Energie. Es muss jedoch nicht immer gleich eine bühnenreife Tanzdarbietung sein, um Informationen zu übertragen.

So spielt die Mimik bei vielen Tieren inklusive uns Menschen eine wichtige Rolle in der Kommunikation. Da vergeht uns sprichwörtlich »schnell das Lachen«, oder wir machen »gute Miene zum bösen Spiel«. Säugetiere, die mit Artgenossen in einer Gruppe leben, haben ein besonders großes Repertoire an »Gesichtsausdrücken«. So stellt bei Wölfen oder Affen die Mimik ein wichtiges Kommunikationsmittel untereinander dar.

Das Senden optischer Informationen wie Farben, Formen und Bewegungen funktioniert allerdings erst dann, wenn sich Sender und Empfänger gegenseitig sehen können. Je nach Lebensraum und Lebewesen sind die Grenzen des Sichtfeldes schnell erreicht, und somit gehören große Übertragungsweiten nicht gerade zu den Stärken optischer Signale. Ein Baum kann da schnell zum undurchdringbaren Hindernis werden und stört gnadenlos die Informationsübertragung im Wald. Kann ein Vogelweibchen das Männchen nicht sehen, hilft auch sein buntestes Gefieder und wildester Balztanz nicht mehr, denn die Informationen dringen einfach nicht bis zum Empfänger durch.

Beispiele für unterschiedliche Färbungen und Muster bei Fischen. Oben: Salvins Buntbarsch (Cichlasoma salvini) zeigt während der Brutzeit eine besonders intensive Färbung. Mitte: Weibchen des Grünen Schwertträgers (Xiphophorus hellerii). Die beliebten Aquarienfische weisen im Laufe der Züchtung eine rote Grundfarbe auf. Unten: Vertreter der Barsch-Art Vieja bifasciata mit typischer dunkler Färbung längs der Körperseite.

Kommunikationskanal für optische Informationen: elektromagnetische Energie

Optische Informationen werden über den Kommunikationskanal Licht gesendet. Was aber ist Licht eigentlich? Diese Frage wirkt auf den ersten Blick ganz harmlos und einfach zu beantworten. Sie hat es allerdings in sich und ist nicht nur für mich als Biologin eine schwer zu knackende Nuss. Harald Lesch, Professor für Theoretische Astrophysik an der Ludwig-Maximilians-Universität München, moderiert die Wissenschaftssendung alpha-Centauri und bringt es in der Folge Was ist Licht? auf den Punkt: Licht muss wahnsinnig schnell sein. Es verhält sich wie eine Welle und hat je nach seiner Wellenlänge unterschiedlich viel Energie.

Reden wir Menschen im Alltag von Licht, meinen wir damit meist nur das für uns sichtbare Tageslicht. Die Hauptquelle für dieses sichtbare Licht auf unserer Erde ist die Sonne. Das sichtbare Licht enthält die Wellenlängen der uns bekannten Farben. Jede Farbe hat dabei ihren ganz eigenen Energiegehalt, je nach Wellenlängenbereich: Von Violett über Blau bis Orange und Rot nimmt der elektromagnetische Energiegehalt immer mehr ab. Diese Energieform trägt auch den Namen »elektromagnetische Strahlung« und befindet sich überall um uns herum. Die elektromagnetische Strahlung umfasst jedoch ein weites Spektrum an Energie. Der für uns sichtbare Bereich ist dabei nur ein Teil dieses Spektrums. Die Ultraviolettstrahlung, oder kurz UV-Strahlung genannt, liegt beispielsweise vor dem für uns noch sichtbaren violetten Licht und somit außerhalb unserer optischen Wahrnehmung. Am anderen Ende des für uns sichtbaren Bereiches - also jenseits der Farbe Rot - schließen sich das energieärmere Infrarot sowie Radio- und Mikrowellen an.

Farbstoffe fangen Licht ein

Anthrachinone, Anthozyane, Karotinoide, Betalaine oder Melanine - was nach einer Auflistung ausgefallener Mädchennamen klingt, sind Farbstoffgruppen aus dem Atelier der Natur. Sie sind die Antwort auf die Frage, wie Pilze, Pflanzen und Tiere zu ihren bunten Farben kommen. Die Farbstoffe sind meist eingelagert in die Oberfläche eines Lebewesens wie die Haut, die Haare oder die Federn. Liegen die Farbstoffe mit dem Licht auf einer Wellenlänge, können sie es einfangen oder, anders formuliert, absorbieren. »Auf der gleichen Wellenlänge sein« lässt sich auch in einem Wort zusammenfassen: Resonanz. Die Struktur der Farbstoffe entscheidet darüber, welchen Teil der elektromagnetischen Strahlung sie einfangen und somit in Resonanz gehen können. Nun wird es spannend: Es ist nicht die vom Farbstoff eingefangene Energie, die über die Farbe entscheidet! Tatsächlich sind es die Anteile der Strahlung, die der Farbstoff nicht einfangen kann. Was passiert mit diesen nicht eingefangenen Lichtanteilen? Sie werden vom Farbstoff wieder zurückgeschickt oder, physikalisch korrekt ausgedrückt, reflektiert. Genau diese reflektierten Energiebereiche verleihen dem »Stoff« seine Farbe. Die strahlenden blauen und violetten Farbtöne in den Blüten der Stiefmütterchen sind ein besonders schönes Beispiel für die Farbstoffgruppe der Anthozyane. Sie reflektieren das sichtbare Licht mit dem Energiegehalt für Blau, Violett oder Rot. Die Karotinoide reflektieren dagegen den Energiebereich für Gelb, Orange und Rot. Werden alle Energiebereiche des sichtbaren Lichts absorbiert, sehen Lebewesen sprichwörtlich schwarz! Schwarze Oberflächen »verschlucken« alle elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich. Bei weißen Oberflächen hingegen ist es genau umgekehrt: Das einfallende sichtbare Licht wird wieder komplett reflektiert. Weiße Blüten erscheinen beispielsweise deswegen weiß, weil sie keine Farbstoffe besitzen, die elektromagnetische Strahlung einfangen. Oder andersherum: An weißen Oberflächen werden die meisten Lichtanteile wieder reflektiert.

Farbstoffe sind jedoch nur die halbe Wahrheit, wenn es um die schönen Farben in der Natur geht. Die Beschaffenheit der Oberfläche eines Lebewesens selbst entscheidet ebenfalls darüber, wie viel Licht es einfängt oder eben wieder reflektiert. So besitzen viele Blüten Lufteinschlüsse, an denen sich die einfallende Lichtstrahlung reflektiert. Ein besonders schönes Beispiel dafür ist die Seerose Nymphaea alba. Sie gehört bei uns in Brandenburg zum Inventar vieler Seen und erstrahlt schon aus der Ferne wie von einem Maler aufs Wasser getupft. Was ist das Geheimnis der Seerose für ein strahlendes Weiß, bei dem selbst Meister Proper vor Neid erblasst? Neben den fehlenden Farbstoffen besitzt das wasserhaltige Blütengewebe der Seerose ebensolche Lufteinschlüsse. Fällt Licht auf das Gewebe, muss es durch all diese Luft-Wasser-Schichten hindurch und wird auf seinem Weg immer und immer wieder gebrochen. Diese Brechung geschieht so oft, bis das eingefallene Licht komplett reflektiert wurde: Die Blüte erscheint weiß. Dieses Phänomen der kompletten Lichtreflexion begegnet uns Menschen auch in einer Schneelandschaft. Der frisch gefallene Schnee leuchtet deswegen so hell, weil die Schneekristalle das einfallende Licht sehr oft brechen. Das Ergebnis dieser Lichtbrechung ist die vollständige Reflektion des Lichtes. Die Beschaffenheit der Oberfläche sorgt auch bei Tieren für einen beeindruckenden »Bling-Bling-Effekt«. Winzige Strukturen auf den Vogelfedern des Pfaus oder der Oberfläche des Mistkäfers brechen das Licht auf ganz besondere Art und Weise und bringen diese so zum...