Linsen-und Komplexaugen - Ein Vergleich
Inhaltsverzeichnis
1. Anatomie- 4 -
1.1 Aufbau eines Komplexauges- 4 -
1.2 Aufbau eines Linsenauges- 4 -
1.3 Vergleich des Aufbaus eines
Komplexauges und Linsenauges- 6 -
2. Funktionsweise- 7 -
2.1 Funktionsweise eines
Facettenauges- 7 -
2.2 Funktionsweise eines
Linsenauges- 8 -
2.3 Vergleich der Funktionsweise
eines Komplexauges und Linsenauges- 10 -
2.4 Fazit: Warum hat sich das
Linsenauge beim Menschen durchgesetzt? - 11 -
Schlussteil- 11 -
Literaturverzeichnis- 13 -
Versicherung- 15 -
Das Facettenauge
eines Insekts besteht aus bis zu 10 000 Einzelaugen, die auch Ommatidien
genannt werden.
Jedes Einzelne dieser
Ommatidien ist in einem jeweils anderen Winkel ausgerichtet, was dem Insekt die
Möglichkeit verschafft um 360° zu sehen. Desweiteren können Insekten bis zu 250
Bilder in der Sekunde wahrnehmen, das sind circa 10-mal mehr Bilder als bei einem
menschliches Linsenauge.
1.
Anatomie
1.1 Aufbau eines Komplexauges
Das Komplexauge
besteht zum einen aus dem dioptrischen Apparat, welcher sich aus der
Cornealinse und dem Kristallkegel zusammensetzt.
Die Cornealinse weist
Pigmentzellen auf, die dem Ommatidium ihre Farbe geben. Das Licht fällt durch
die Cornealinse und wird auf den Kristallkegel geworfen.
Der Kristallkegel,
der aus Zellen oder zellähnlicher Masse bestehen kann, schließt sich direkt an
die Chitinlinse an.
Darauf folgt die
Retinula, sie besteht aus Fotorezeptoren, es gibt zwei verschiedene Arten
dieser Fotorezeptoren, die Stäbchen reagieren besonders empfindlich auf
Änderungen der Lichtverhältnisse, sind also für das Kontrastsehen
verantwortlich, während die Zapfen besonders auf Farbreize reagieren.
Diese Fotorezeptoren
lagern sich an das Rhabdom an. Es ist eine Sinneszelle, welche jeweils ein
längliches Axon, somit einen Teil des Sehnervs (Nervus opticus) besitzt.
1.2 Aufbau eines Linsenauges
Der Aufbau eines
Linsenauges unterscheidet sich grundlegend von dem eines Komplexauges.
Es gibt Sechs
Muskeln, die für die Beweglichkeit des Augapfels verantwortlich sind. Sie
erlauben sowohl seine vertikale als auch horizontale Drehung.
Die Lederhaut
(Sklera) ist eine der äußersten, das Auge umgebenden Hautschichten, sie durchziehen
feine Kapillaren, die das Auge mit Blut versorgen. Außerdem findet sich in der
Episclera, der ersten der drei Hautschichten der Lederhaut Immunzellen. Die
Sustania peoporia weist vor allem Kollagenfibrillen auf. Die dritte Hautschicht
der Sklera ist die Lamina fusca, sie besitzt Melanozyten, die für die Pigmentierung
von Bedeutung sind.
Die Aderhaut (Chroidea)
ist von Kapillaren und anderen Blutgefäßen durchzogen, um das Auge mit Blut und
weiteren (durch das Blut transportierten) wichtigen Stoffen. Hier findet die
Hauptversorgung durch Blut und statt.
Die Hornhaut umgibt
den Augapfel Sie ist nach außen hin gewölbt und immer mit Tränenflüssigkeit
benetzt. Sie bildet zusammen mit der Regenbogenhaut, auch Iris genannt, die
Augenvorderkammer, vor der sich auch die Ausgänge der Tränendrüsen befinden.
Die Augenlinse
ermöglicht die Brechung des Lichts, welches in unser Auge einfällt. Sie ist
über die Zonularfasern mit dem Ziliarmuskel verbunden, der die Linse im Zuge
der Akkommodation verformen kann.
Ein weiteres Bauteil
des Auges stellt der Glaskörper, auch Corpus vitreum genannt dar.
Umgeben wird der
Glaskörper von der Glaskörper-Grenz-Membran, welche sowohl an der Augenlinse
als auch an der Netzhaut anliegt. Das Corpus vitreum „besteht zu über 98 %
aus Wasser und weist
daneben Glykosaminoglykane,
vor allem Hyaluronsäure,
auf.“(Dr. Frank Antwerpes:Corpus vitreum (online).
18.02.2013, Abschnitt 3, Z.2f.) Die Netzhaut (an welche die Glaskörper-Grenz-Membran
anliegt) ist im hinteren Teil des Auges zu finden. Sie beherbergt in ihrem
Innern die Zapfen, die in der Mitte der Retina vorliegen. Sie sind für das
Farbsehen des Organismus verantwortlich. Diese Zapfen lässen sich in
drei Arten aufteilen, da sie von unterschiedlichen Farben angesprochen werden.
So liegen im Auge der Wirbeltiere Zapfen vor, welche von violettem Licht,
grünem Licht oder gelbem Licht angeregt werden. Die dichteste, von Zapfen
besetzte Stelle in der Retina ist die Makula, der „gelbe Fleck“. Sie stellt
zugleich auch die Stelle des schärfsten Sehens dar.
Der Sehnerv stellt
die Verbindung zwischen Auge und Gehirn dar.Der Sehnervkopf bezeichnet den
Austrittspunkt des Nervus opticus aus dem Auge. Er liegt neben der Makula. Der
Sehnervkopf wird auch als „blinder Fleck“ bezeichnet, weil im Übergang vom Auge
zum Gehirn keine Zellen zur Wahrnehmung von Reizen vorhanden sind.
1.3 Vergleich des Aufbaus eines Komplexauges und Linsenauges
Es gibt den Aufbau
betreffend einige Gemeinsamkeiten zwischen den vorgestellten Augentypen.
Sowohl das
Komplexauge als auch das Auge von Wirbeltieren besitzt eine Linse. Das Komplexauge
weist pro Ommatidium eine Cornealinse, beziehungsweise eine Chitinlinse auf.
Die Libelle
beispielsweise besitzt mit Dreißigtausend Einzelaugen die wohl größte Anzahl an
Ommatidien, wodurch das Sichtfeld ihrer Komplexaugen größer ist als das anderer
Insekten.
Das Linsenauge der
Wirbeltiere ist ein großes Einzelauge, das ebenfalls eine Linse aufweist. Die
jedoch konvex gekrümmt ist.
Desweiteren reagieren
die Sehpigmente in den Rhapdomeren auf den Lichteinfall ins Facettenauge,
ähnlich wie es die Stäbchen im äußeren Bereich der Netzhaut in einem Linsenauge
tut. Beide Augentypen weisen Zapfen zum Farbensehen auf, obwohl Insekten oft in
der lage sind ein größeres Spektrum an Farben wahrzunehmen, als es der Mensch
kann. Außerdem besitzen sowohl Insekten als auch Wirbeltiere einen
ausgebildeten Nervus opticus, welcher den einfallenden Sinneseindruck ans
Gehirn weiterleitet.
Doch es gibt auch
Unterschiede im Aufbau dieser Augentypen.
Einer der
auffälligsten Unterschiede ist bei einem Komplexauge die Anzahl an einzelnen
Ommatidien, welche dem Insekt die Möglichkeit der Rundumsicht verleiht. Was
bedeutet, dass sie ein weitaus größeres Sichtfeld besitzen als beispielsweise
der Mensch.
Ein weiterer Grund
dafür ist, das jedes Ommatidium in einem anderen Winkel angeordnet ist. Vor
UV-Strahlen schützende Pigmentzellen grenzen die Einzelaugen voneinander ab.
Auf die Chitinlinse
folgt der Kristallkegel, welcher das Rhapdomen beherbergt, welches sich
wiederum aus Rhapdomeren, den Sehpigmenten zusamensetzt, den sogenannten
Mikrovilli-Säumen, vergrößerten stäbchenförmigen Zellen, die durch ihre
vergrößerte Oberfläche mehr Stoffe (in diesem Fall Licht) aufnehmen können. Das
Facettenauge weist Acht bis Neun (lichtempfindliche) Sehzellen in einem Ommatidium
auf. (Vgl.
17.02.2013).
Wirbeltiere besitzen dagegen zwei Linsenaugen, wodurch
wir zwar ein eingeschränkteres Sichtfeld besitzen, jedoch in der Lage sind
dreidimensional zu sehen und Abstände besser einschätzen können.
Durch die Linse des menschlichen Auges fällt das Licht
durch die Sklera auf die Netzhaut, in der sich ähnlich dem Facettenauge
lichtempfindliche Zellen befinden. Bei einem Linsenauge unterscheidet man
zwischen zwei Arten von Zellen: Zum einen gibt es die Stäbchen, welche für die
Hell-Dunkel Wahrnehmung verantwortlich sind, während das Facettenauge
(ebenfalls) auf Licht reagierende Sehpigmente aufweist.
Der Mensch, auf den gier beispielhaft Bezug genommen
wird, nimmt lediglich Sechzehn Bilder pro Sekunde wahr, während ein Insekt, zum
Beispiel eine Stubenfliege (Drosophila) bis zu Zweihundert Bilder pro Sekunde
aufnehmen kann.
2. Funktionsweise
2.1 Funktionsweise eines Facettenauges
Licht fällt durch die Chitinlinse in den dioptrischen
Apparat eines Insekts ein. Die Cornealinse bündelt dieses Licht und leitet es
in gebündelter Form an den mit ihr verbundenen Kristallkegel weiter, der das
Licht wiederum bricht. Von dort aus gelangt es über das Rhapdomen, auf dem sich
die auf Licht reagierenden, aus Mikrovilli-Säumen bestehenden Fotorezeptoren
befinden.
Das Rhapdomen bildet ein Axon, welches die
elektrischen Impulse von den Sehzellen auf dem Rhapdom an das Gehirn
weiterleitet. Dort entsteht dann ein verarbeitetes Abbild des aufgenommenen
Sinneseindrucks.
Durch das Komplexauge ist es Insekten vergönnt,
Bewegungen wesentlich schneller wahrzunehmen als Menschen. Sie können bis zu
zweihundert Bilder pro Sekunde wahrnehmen.
Durch die einzelnen Ommatidien gleicht die Art des Sehens
einem Mosaikbild.
2.2 Funktionsweise eines Linsenauges
Die Hornhaut bricht das (von einem Körper oder
Gegenstand) zurückgeworfene Licht, wenn es ins Auge gelangt. Je nach
Lichtintensität zieht sich die Iris zusammen oder weitet sich, um einen
optimalen Lichteinfall für ein scharfes Bild zu gewährleisten. Diesen Vorgang
nennt man Adaption der für das Weiten und Zusammenziehen der Regenbogenhaut
verantwortliche Muskel heißt Zilliarmuskel. Durch die Linse, welche hinter der
Hornhaut liegt, wird das Licht erneut, feiner gebrochen, wodurch es im
Augeninneren zu einer Überkreuzung der Lichtstrahlen kommt.
Das sorgt dafür, dass das einfallende Bild
verkehrtherum auf der Netzhaut abgebildet wird. Auf der Retina sorgen die
verschiedenen Zapfen bei ausreichendem Licht für ein entsprechendes
Farbensehen, welches durch die Farben violett, grün und gelb des Spektrums
angesprochen werden.
Allerdings muss sich das Auge während des Sehens auch
auf unterschiedliche Entfernungen einstellen können.
Dies geschieht mit Hilfe der Akkommodation. Durch die
Kontraktion von Muskeln am Augapfel wird dieser (wenn nötig) zusammengedrückt,
was die Brennweite der Linse verändert und somit auch die schärfe des
betrachteten Bildes.
Die sechs an der Sklera ansetzenden Muskeln
ermöglichen durch die damit verbundene Beweglichkeit eine Veränderung des
Sichtfeldes ohne den Kopf bewegen zu müssen. Zwei der sechs Muskeln sind für
das nach innen –oder außen Rollen des Augapfels zuständig. Die anderen vier Muskeln
sorgen für das Drehen in die verschiedenen Richtungen. Außerdem ist die Sklera
vor allem für die Stabilität des Auges von Bedeutung. Sie hält das
Gleichgewicht zwischen Außendruck und Innendruck. Die Choroidea folgt auf die
Sklera, sie beinhaltet Blutkapillaren (sehr dünne Blutgefäße), sie umgeben das
Auge und versorgen es mit Blut.
Desweiteren liegen in ihren Hautschichten Kapillaren
und Immunzellen, welche das Auge mit wichtigen Stoffen versorgen.
Nachdem das Bild auf der Netzhaut abgebildet wurde, wird
es über den Nervus opticus zum Gehirn weitergeleitet.
Die Geschwindigkeit mit der die Informationen über das
Axon des Sehnervs an das Gehirn übertragen wird ist mit der Geschwindigkeit
einer DSL-Leitung vergleichbar.
2.3 Vergleich der Funktionsweise eines Komplexauges
und Linsenauges
Die Gemeinsamkeiten in der Funktionsweise der beiden
vorgestellten optischen Apparate liegen in gewisser Weise darin, wie der
optische Reiz aufgenommen wird und zum Gehirn beziehungsweise zum Sehnerv
gelangt.
Bei beiden Augentypen ist Licht für den Vorgang des
Sehens notwendig. Außerdem fällt das Licht in beiden Fällen durch eine Linse,
im Falle des Komplexauges genauer gesagt des Ommatidiums fällt das Licht durch
eine Chitin –oder Cornealinse, welche der Hornhaut des menschlichen Auges
ähnlich ist.
Außerdem wird das Licht in beiden Fällen zweimal
gebrochen, um es optimal auf die lichtempfindlichen Sehzellen zu lenken.
Allerdings besteht hier ein Unterschied: Im Auge der Wirbeltiere gibt es neben
der Cornea, welche die erste Lichtbrechung durch ihre Krümmung verursacht. eine
Linse. Die Cornea ist richtungsweisend für das Licht, damit es gebündelt in die
Pupille einfällt, um auf die Linse zu treffen. Dort wird das Licht ein weiteres
Mal gebrochen.
Im Komplexauge hingegen, passiert das Licht einen
Kristallkegel. Dadurch wird das Licht gebrochen und fällt auf die Retinula , in
der sich die Sehzellen befinden, die sich wiederum aus Mikrovilli-Säumen
aufgebaut, auf dem Rhapdomen befinden.
Bei einem Linsenauge fällt das Licht schließlich auf
die Netzhaut, in der sich unterschiedliche Sinneszellen für das Sehen befinden.
Zum einen die Lichtempfindlichen Zapfen, welche dem Wirbeltier das Erkennen von
Farben ermöglichen und zum anderen die Stäbchen, für Kontrastsehen
verantwortlich, am Rand der Retina. Retina und Retinula sind also ebenfalls
vergleichbar. In beiden Fällen finden sich dort die Fotorezeptoren. Doch findet
im Linsenauge bei Lichteinfall eine genauere Aufschlüsselung des Reizes statt.
Ein weiterer Unterschied liegt zwischen Ommatidien und
Sehnerv vor. Im Komplexauge, tritt aus jedem Ommatidium ein gebündeltes Axon
aus, welches daraufhin zum Sehnerv zusammenläuft. Im Gehirn entsteht dann, im
Gegensatz zum Linsenauge ein Mosaikbild, welches vom Gehirn zusammengesetzt
wird.
Im Linsenauge liegt auch ein Sehnerv pro Auge vor,
jedoch kommt es im Gehirn zu einer Überkreuzung der Nervenbahnen, sodass beide
Gehirnhälften das Bild zusammensetzen und richtig herum drehen können.
2.4 Fazit: Warum hat sich das Linsenauge beim
Menschen durchgesetzt?
Ausschlaggebend für die Beantwortung dieser Frage war
die Tatsache, dass der Mensch, um zu überleben in der Lage sein musste, zum
Beispiel Gefahren von weitem zu erkennen, um sich davor schützen zu können,
andererseits war es notwendig Nahrung aus der Nähe betrachten zu können, um sie
als gefährlich oder ungefährlich für das Überleben einstufen zu können. Das
heißt, für unsere Spezies gestalteten und gestalten sich Adaption und
Akkommodation als Überlebenswichtige Fähigkeiten.
Desweiteren war es für die Fortbewegung im Zeitalter
der ersten Menschen hilfreich Abstände einschätzen zu können. Hier bewährte
sich das dreidimensionale Sehen, welches dem Menschen die Möglichkeit gibt
Tiefe zu sehen.
Da der Mensch sich wesentlich langsamer als
Beispielsweise die Drosophila bewegt, wären Komplexaugen, die Bewegungen exakt
wahrnehmen können nicht von Nutzen und hinderlich in der Alltagsbewältigung.
Schlussteil
Im Verlauf dieser
wissenschaftlichen Arbeit, hat sich gezeigt, wie detailliert und komplex sich die
beiden, in dieser Ausarbeitung vorgestellten Augentypen aus kleinsten
Bestandteilen aufbauen. Es wird deutlich, dass jeder noch so kleine Teil des
Auges funktionieren muss, damit ein Bild im Gehirn entstehen kann.
In diesem
Zusammenhang stellt sich auch heraus, welche Gemeinsamkeiten und Ähnlichkeiten
bei bestimmten Zellen vorhanden sind.
Diesbezüglich seien
die Sinneszellen im Auge, die Stäbchen und Zapfen im Linsenauge und im
Komplexauge erwähnt. Beide funktionieren ähnlich und reagieren auf Licht. Selbst
wenn es an anderer Stelle bedeutende Unterschiede in Bau und Funktion der Augen
gibt.
Der offensichtlichste
Unterschied liegt in den Ommatidien, die dem Insekt eine 360° Sicht erlauben.
Der Mensch hingegen (oder andere Wirbeltiere) besitzen kein so großes
Sichtfeld.
Doch auch im
Vergleich der Funktionsweise kann man neue Erkenntnisse gewinnen.
Die Funktionsweise
weist in der Reizverarbeitung nur geringe Unterschiede auf. Linsen –und
Komplexauge nehmen Licht gleich auf und verarbeiten es ähnlich bis es zum
Gehirn gelangt. Dennoch ist das Linsenauge durch die Akkommodation und Adaption
deutlich anpassungsfähiger als das Komplexauge.
Es hat sich
herausgestellt, dass es Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen zwei so
unterschiedlichen Augentypen wie dem Komplexauge und dem Linsenauge gibt.
Literaturverzeichnis
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Tauchert, Peter: Die Augen (online). Update: 02.05.2007
17.02.2013
Antwerpes, Frank, Dr.: Dockcheck, Axon(online)Update:
20.05.2009
18.02.2013
Versicherung
Erklärung
Hiermit erkläre ich, dass ich die
vorliegende Arbeit selbstständig und ohne fremde Hilfe verfasst und keine
anderen als die im Literaturverzeichnis angegebenen Hilfsmittel verwendet habe.
Insbesondere
versichere ich, dass ich alle wörtlichen und sinngemäßen Übernahmen aus anderen
Werken als solche kenntlich gemacht habe.
Köln,
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