A természetes világ tele van színekkel, és ezeknek az élénk árnyalatoknak a többsége pontosan azért létezik, hogy jól látható legyen. Az alma pirosra pirul, hogy rávegye az állatokat a magok szétszórására, a levendula virágai lilák, hogy vonzzák a beporzó méheket, a hím páva pedig a feltűnő kék tollazatával sikeresebben irányítja magára a tojók figyelmét.

A világ azonban nem mindenki számára ennyire színes. Ezeket az élénk színjeleket csak a színlátó állatok érzékelik. A korlátozott vagy hiányzó színlátással rendelkező organizmusok számára ezek a ragyogó színek semmit sem jelentenek. Ez pedig érdekes evolúciós kérdéseket vet fel. Mi volt előbb: a színes jelek vagy a színlátás, amellyel ezeket látni lehet? És mikor jelentek meg és terjedtek el ezek az optikai jelzések, amelyek a természetes világot a ma látott színpompás kavalkáddá festették?

„Léteznek piros madarak, piros kígyók és piros gyümölcsű növények. A piros szín mindegyik esetben jelzésként szolgál” – mondta Zachary Emberts, az Oklahomai Állami Egyetem evolúciós biológusa.

Emberts és korábbi posztdoktori mentora, John Wiens, az Arizonai Egyetem evolúciós ökológusa, több száz millió év evolúciós történetét átfogó kutatásokat vizsgált át, hogy tudományos választ találjanak „a tyúk vagy a tojás” kérdés színekre és színlátásra vonatkozó megfelelőjére. A fosszilis leleteket és filogenetikai fákat használtak annak megállapítására, hogy mikor jelentek meg először a színes jelek a növények és állatok körében. Ezután pedig tesztelték azt a hipotézisüket, amely szerint a színérzékelés és a színjelek együttesen fejlődtek ki.

„Ebben a kutatásban az tetszik a legjobban, hogy ambiciózus és magabiztosan foglalkozik nagy kérdésekkel és olyan ötletekkel, amelyek elkerülhetetlenül spekulációkkal járnak” – mondja William Allen, a walesi Swansea Egyetem ökológusa, aki érzékszervi rendszereket tanulmányoz, és nem vett részt az új kutatásban. „A 21. századi tudományban megfigyelhető egy tendencia, hogy adatokra épülő analitikai technikák alkalmazására koncentrálnak, ami néha a mély gondolkodás, a természettudomány és a kíváncsiság rovására megy.”

A színek evolúciója

Wienst már egyetemi hallgatóként is lenyűgözték a szép állatok. Disszertációjában a nyugati kerítésgyíkot tanulmányozta, amely földszínű háttal és zafírkék hassal rendelkezik, hogy feltárja, hogyan alakulhatott ki a fajra jellemző színjelzésen alapuló szexuális kommunikáció. Elkészített a gyíkok filogenetikai fáját, és lenyűgözőnek találta, hogy a hímek kék foltjai, amelyek a nőstényeknek jelzik a párzásra való alkalmasságot, az evolúció során gyakran eltűntek, majd újra megjelentek. Talán azért, mert a nőstények bizonyos leszármazási vonalakon már nem vették észre ezeket a jeleket. Ez a projekt keltette fel érdeklődését a színes jelek létrejöttének és észlelésének evolúciója iránt.

A színek nem csupán szépek, teherrel is járnak. Például egy élénk jelzés, amely vonzza a potenciális párokat, a ragadozók figyelmét is az állatra irányíthatja.

Színlátás nélkül azonban a jellegzetes színek értéke eltűnne, sőt, eleve alig lenne értelme annak, hogy egyáltalán kialakuljanak. Ez arra késztette Wienst, hogy elgondolkodjon azon, miért alakult ki a különböző fajokban a színlátás képessége – talán azért, hogy színes gyümölcsöket, virágokat vagy párt találjanak az állatok? De léteztek egyáltalán ilyen színek a korai időszakban?

Nem kezdett azonban azonnal bele ebbe a kutatásba, hanem néhány évtizedet a hüllők és kétéltűek evolúciójának tanulmányozásával töltött. De a kérdés közben folyamatosan is foglalkoztatta, ezért végül Wiens Embertsszel együttműködve megpróbálták rekonstruálni a színek evolúcióját az élővilágban. A páros átkutatta a szakirodalmat, hogy összeszedjék a releváns a fosszíliákat és a létező filogenetikai fákat, illetve maguk is összeállítsanak ilyeneket. Így felvázoltak egy körülbelüli időrendet arra, mikor jelentek meg ezek a tulajdonságok a távoli múltban. Ez egy tökéletlen módszer, de általában, ha sok közeli rokonságban álló modern faj rendelkezik ugyanazzal a tulajdonsággal, a kutatók következtethetnek rá, hogy az melyik közös ősben alakult ki.

Több lehetőséget is fontolgattak azzal kapcsolatban, hogy ezek az evolúciós fejlemények hogyan alakulhattak. Lehet, hogy a színlátás először valamilyen nem jelző funkcióból alakult ki, például menedék, táplálék vagy tájékozódási pontok felismerése céljából. De a páros végül egy dinamikusabb hipotézist állított fel: a színlátás körülbelül ugyanabban az időben alakult ki, mint a színes jelzések, például a feltűnő gyümölcsök, a vonzó virágok, a párzási színek vagy a figyelmeztető jelek.

A tyúk vagy a tojás?

Az adatokból kiderült, hogy a jellegzetes színek körülbelül 300 millió évvel ezelőtt jelentek meg a gyümölcsökben és magvakban. Valószínűleg ezután jelentek meg a színes virágok: a legtöbb kutató a virágos növények legutóbbi közös ősét a triász időszakra, 140–250 millió évvel ezelőttre teszi. „Sok vita van a virágos növények koráról, de a becslések átlaga körülbelül 200 millió év” – mondja Wiens.

Ekkor jelent meg az első nyom a figyelmeztető színekről a fosszilis leletekben, egy borostyánban megkövesedett csótánynál, bár ennek pontos színe nem teljesen egyértelmű, mondja Wiens. Körülbelül 105 millió évvel ezelőtt egy csapatnyi pillangó pedig már sárga, piros és narancssárga színeket villantott hernyóként. Wiens és Emberts ezeket az ősi színeket a ma létező színes leszármazottak alapján következtette ki.

Míg a színes virágok filogenetikailag közös eredetűnek tűnnek, a figyelmeztető színek kilenc különböző törzsben fordulnak elő, ami azt jelenti, hogy valószínűleg többször is kialakultak – talán akár több százszor is, mondja Wiens. Még olyan fajokban is kialakultak, amelyek nem rendelkeznek színlátással, valószínűleg azért, mert ragadozóik rendelkeztek ezzel.

Végül az állatok színes ruhát öltöttek magukra, hogy magukhoz vonzzák a párjukat. Körülbelül 100 millió évvel ezelőtt kétféle hal nyerhetett színezetet a ma élő fajok filogenetikai adatai alapján. A kutatók szerint ez a fajta szexuális jelzés is több százszor fejlődhetett ki a gerincesek és ízeltlábúak körében, de a figyelmeztető színekkel ellentétben ezek a jelek csak a színlátással rendelkező fajoknál léteznek. „Ahhoz, hogy ezek a szexuális jelek működjenek, látni kell a fajtársak színeit” – mondja Wiens.

Wiens megállapította, hogy a színlátás valószínűleg kétszer alakult ki, egymástól függetlenül, de körülbelül ugyanabban az időben: 400–500 millió évvel ezelőtt az ízeltlábúaknál, például a rovaroknál, és a gerinces állatoknál, például a halaknál. Ez azt jelenti, hogy a színlátás 100–200 millió évvel megelőzte a színes jelzéseket.

Az állatvilágban hihetetlenül változatos a vizuális észlelés. Az, hogy egy állat mit lát, a retinájának felépítésétől és idegrendszerének vizuális feldolgozó rendszerétől függ. A legtöbb rovar ultraibolya, kék és zöld fényt lát, de az ízeltlábúak között nagy a változatosság; a sáskarák szeme akár 12 különböző színcsatornával rendelkezik, amelyek az ultraibolya spektrumot és a polarizált fényt is érzékelik.

A mai gerincesek ősei valószínűleg képesek voltak érzékelni a vörös, lila, kék és zöld színeket – ez a képesség megmaradt többek között a gyíkok, madarak, nyálkahalak és tüdőshalak esetében – mondja Wiens. Az evolúció során azonban a színérzékelés egyes elemei elvesztek. A nyálkahalak nem érzékelik a vörös színt. A cápák nem látják a kéket. Az emberi szem háromféle fotoreceptor csappal rendelkezik, amelyek lehetővé teszik a kék, zöld és piros színek megkülönböztetését, de a kutyáknak és a nyulaknak csak kétféle csapjuk van, ami csökkenti a megkülönböztethető árnyalatok számát.

Wiens és Emberts adatai alátámasztják azt a hipotézist, hogy a színek valamilyen még ismeretlen okból fejlődtek ki, még mielőtt ezek a feltűnő jelzések megjelentek volna. „Először a színlátás jelent meg, majd a gyümölcsök, aztán a virágok, a figyelmeztető jelzések és végül a szexuális jelzések” – mondta Wiens.

Jönnek-mennek

A kutatók erőfeszítései a múlt rekonstruálására nyilvánvalóan nem tökéletesek. A színek nem fosszilizálódnak könnyen, és ha mégis, a kutatók nem tudnak következtetni a szín funkciójára, hacsak az állatnak nincsenek élő leszármazottai. És minden adat ellenére az evolúciós fák természetüknél fogva spekulatívak. Egyes tulajdonságok többször is kialakulhatnak különböző leszármazási vonalakban. Például a borókabogyó és az áfonya is kék, de elődeik valószínűleg külön-külön fejlesztették ki ezt a színt. Más tulajdonságok megjelenhetnek, majd eltűnhetnek, mint például a gyíkok kék hasfoltjai. Ha tudjuk, hogy a jelek több millió év alatt eltűnhetnek, majd újra megjelenhetnek, nehéz biztosan megállapítani, hogy egy közös ős valóban rendelkezett-e ezzel a közösnek tűnő tulajdonsággal.

„Ez az evolúciós labilitás elmossa azt a határt, hogy egy színadaptáció létezett-e a távoli múltban vagy sem” – mondta Allen.

Ezért a filogenetikai fák használata egy funkció eredetének meghatározásához eleve bizonytalansággal jár. „A mai környezet megfigyelése nem sokat árul el, mert a dolgok változnak, megjelennek és eltűnnek” – mondja Daniel Colaco Osorio neurológus, aki a Sussex Egyetemen az állati látást kutatja, és nem vett részt a mostani kutatásban. Wiens azonban ragaszkodik ahhoz, hogy az egyetlen módja annak, hogy megtudjuk, ha a tulajdonságok eltűnnek és újra megjelennek: az evolúciós fák felhasználása az ilyen hipotézisek tesztelésére. Ez a legjobb módszer, amellyel a jelenből bepillantást nyerhetünk az evolúciós múltba, mondja: „Hogyan lehet azt állítani, hogy a tulajdonságok jönnek és mennek, anélkül, hogy olyan kutatásokat végeznének, mint a miénk?”

Hogy egyértelmű legyek: a színlátás előtt is voltak színek a világban. A növények levelei például zöld fényt vernek vissza, még akkor is, ha nincs szem, amely azt látná azt. 1999-ben Osorio csibék színlátását tanulmányozta, és azt feltételezte, hogy ez egy általánosabb célt szolgál. „Lehet, hogy csak tárgyak felismerésére vagy a helyszíneken való eligazodásra jó” – gondolta.

2000-ben aztán népszerűvé kezdett válni egy korábbi elmélet, amelyben Vadim Maximov azt állította, hogy a színlátás azért fejlődött ki, hogy segítse a gerinceseket a gyenge fényviszonyok közötti vízi környezetben. Kétféle fotoreceptor jelenléte, érvelte, segített csökkenteni a sekély víz felszíne alatt fellépő „villódzást”, ami segítette a vízi élőlényeket a zsákmány üldözésében és a ragadozók elkerülésében. Ez megmagyarázza, miért alakultak ki a színérzékelés alapjai éppen azután, hogy az aktív ragadozó életmód elterjedtté vált, de jóval azelőtt, hogy nyilvánvalóbb felhasználási lehetőségük lett volna.

Az evolúció során az élőlények által fenntartott színjelzések más jellegűek. 2019-ben Osorio azt javasolta, hogy az élénk színek, legyenek azok pigmentek vagy fényvisszaverő struktúrák, szervező funkciót töltenek be. Ezért az entrópia erői elleni küzdelem bizonyítékai, amit az organizmusok valamilyen okból fejlesztettek ki. „Ha kiürítjük a porszívó zsákját, az tartalma szürkés, mert minden összekeveredett” – mondja a szakértő. „Ha van egy jelentéssel vagy céllal rendelkező struktúra, azt élénk vagy tiszta szín jelzi... ami nem feltétlenül kapcsolódik a jel jelentéséhez.”

Sok persze a megválaszolhatatlan kérdés, de ettől függetlenül hasznos és  élvezetes lehet feltenni ezeket. Wiens és Emberts áttekintése egy fontos lépés afelé, hogy megértsük, miért olyan színes a természet. Ráadásul Wiens azt is megállapította, hogy az elmúlt 100 millió évben robbanásszerűen megnőtt a madarak, gyíkok és halak közötti figyelmeztetési és párzási jelzések száma. Úgy véli, hogy ez a tendencia folytatódhat, ami arra utal, hogy a természet egyre ragyogóbbá válik.