Das Auge

Das Auge von Wirbeltieren

Das Auge besteht aus sehr vielen verschiedenen Bestandteilen, von denen jedes wichtige Aufgaben erfüllt:
Aufbaue-des-Auges

  • Die Hornhaut bildet den frontalen Abschluss des Augapfels. Sie ist mit einer Tränenflüssigkeit und schützt das Auge vor äußeren Einflüssen.
  • Die Iris ist die Blende des Auges. Sie besteht aus vielen kleinen Muskelbahnen, die sich je nach Lichteinfall zusammenziehen oder ausweiten können und ist mit Pigmenten gefärbt. Sie trennt die vordere von der hinteren Augenkammer.
  • Die Pupille ist die natürliche Öffnung in der Iris, durch die Licht in das Innere der Augen fällt. Durch Verkleinerung (Miosis) oder Vergrößerung (Mydriasis) der Pupille wird der Lichteinfall auf die Netzhaut angepasst.
  • Die Linse ist ein durchsichtiger und elastischer Körper, der sowohl an der Vorderseite als auch an der Hinterseite konvex gekrümmt ist. Sie bündelt das durch die Pupille eintreffende Licht an der Hinterseite des Auges so, dass auf der Netzhaut ein scharfes Bild entstehen kann (Akkomodation).
  • Die Zonulafasern sind die Aufhängung der Linse.
  • Der Ziliarmuskel steuert die Linse aktiv. Im entspannten Zustand ist die Linse flach und in die Länge gezogen (Fernsicht). Im angespannten Zustand nimmt die Linse eine kugeligere Form an (Nahsicht).
  • Die Augenkammern sind mit Kammerwasser gefüllt und sorgen so für eine stabilere Form der Augen.
  • Der Glaskörper besteht aus einer gelartigen, klaren Flüssigkeit und gibt dem Auge seine Stabilität.
  • Die Netzhaut besteht aus verschiedenen Zelltypen und enthält unter anderem die Photorezeptoren, die den Lichtimpuls in einen elektronischen Nervenimpuls umwandeln.
  • Der Gelbe Fleck ist der Ort des schärfsten Sehens, da hier besonders viele Photorezeptoren vorhanden sind.
  • Der Blinde Fleck ist die Austrittsstelle des Sehnervs aus dem Augapfel, weshalb hier Photorezeptoren fehlen und kein Sehen möglich ist.
  • Der Sehnerv leitet die Informationen der Netzhaut weiter zum Gehirn.
  • Die Lederhaut umschließt das Auge und die darin liegende Aderhaut versorgt das Auge mit Nährstoffen.

Bau der Netzhaut

Die Netzhaut wird von außen von dem sogenannten Pigmentepithel umschlossen. Dieses ist von innen schwarz und verhindert so, dass im Augapfel zu viel Licht gestreut wird und das Bild auf der Netzhaut verzerrt.

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Außerdem gibt es verschiedene andere Zelltypen:

  • Photorezeptoren sind für die Aufnahme der Lichtreize zuständig
  • Bipolarzellen verschalten die Photorezeptoren mit den Ganglienzellen
  • Ganglienzellen nehmen die Informationen auf und leiten sie ans Gehirn weiter
  • Horizontalzellen verschalten die Photorezeptoren und die Bipolarzellen miteinander

Amakrinzellen verschalten die Bipolarzellen und die Ganglienzellen miteinander Die Photorezeptoren empfangen Lichtimpulse, die dann von ihnen in elektrische Impulse umgewandelt werden. Diese elektrischen Impulse werden dann an die Horizontalzellen weitergeleitet, welche die Informationen nochmals bündeln. Das Ganze wird dann an die Bipolarzellen weitergeleitet, welche die Informationen an die Amakrinzellen weitergeben. Auch hier werden die Informationen nochmal gebündelt, bevor sie die Ganglienzellen erreichen. Von hier werden dir Informationen direkt über den Sehnerv an das Gehirn weitergeleitet.

Sehnerv

Die Netzhaut von Wirbeltieren ist invers aufgebaut. Damit ist gemeint, dass die Ganglienzellen, die die Informationen der Photorezeptoren an das Gehirn weiterleiten, nach innen liegen. Deshalb müssen die Axone der Ganglienzellen, die zusammen den Sehnerv bilden, an einer Stelle durch die Netzhaut in Richtung Gehirn wandern (Blinder Fleck).

Die Photorezeptoren gibt es in zwei verschiedenen Ausführungen. Die Stäbchen sind für das Hell- und Dunkelsehen verantwortlich und die Zapfen für das Farbsehen. Photorezeptoren bestehen aus einem Innen- und einem Außensegment. Das Innensegment trägt die Zellorganellen, während das Außensegment aus Disks besteht. In den Disks sind ungefähr 100 Millionen lichtempfindliche Pigmentmoleküle eingebettet: Das Rhodopsin. Dieses besteht aus dem Protein Opsin und Retinal. Fällt Licht auf dieses Molekül, zerfällt es in seine Bestandteile und löst eine Signalkaskade aus.

Stäbchen

Elektrische Aktivität der Stäbchen

Normalerweise sind Nervenzellen erst depolarisiert, sobald ein Reiz von außen auf den Rezeptor trifft. Misst man das Rezeptorpotenzial an Photorezeptoren, so findet man bei Ausbleiben der Reizwirkung, also bei vollkommener Dunkelheit, eine leichte Depolarisation von ungefähr 40 mV vor. Das liegt daran, dass die Natrium-Ionenkanäle im Außensegment eines Rezeptors geöffnet sind und ein ständiger Einstrom positiver Ladungen stattfindet (im Innensegment wird diese von einer Natrium-Kalium-Pumpe reguliert). In diesem Zustand setzt der Photorezeptor den Neutrotransmitter Glutamat frei, der eine Hemmung der nachgeschalteten Bipolarzelle bewirkt (Dunkelstrom!).

Fällt nun Licht auf einen Photorezeptor, so reagiert der Sehfarbstoff Rhodopsin und zerfällt. Sein Zerfall sorgt über eine Erregungskaskade mithilfe von Sekundären Bodenstoffen dafür, dass die Natrium-Kanäle geschlossen werden und kein Natrium mehr in die Zelle gelangt. Dies sorgt in der Zelle für eine Hyperpolarisation bis ungefähr -80 mV. Der Photorezeptor setzt dann den hemmenden Neurotransmitter nicht mehr frei, sodass die nachgeschaltete Bipolarzelle nicht mehr gehemmt, sondern depolarisiert wird – sie leitet dann ein Signal über die Ganglienzelle zum Gehirn. Das Rhodopsin muss sehr aufwendig unter Energieaufwand wieder hergestellt werden, sobald es zerfallen ist. Dieser Vorgang dauert einige Minuten.

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Anpassung an verschiedene Lichtverhältnisse

Die Anpassung des Auges an verschiedene Lichtverhältnisse wird als Adaptation bezeichnet. Dabei sind zwei Mechanismen entscheidend. Zum einen reagieren die Irismuskulatur und der Pupillenreflex auf eine hohe oder niedrige Lichteinstrahlung durch das Zusammenziehen oder erweitern der Pupille. Zum anderen ist auch das An- und Abschalten von Stäbchen beziehungsweise Zapfen eine Anpassung an dich Lichtintensität, da bei ausreichender Helligkeit die Zapfen, die für das Farbsehen zuständig sind, die Arbeit übernehmen. Erst wenn es dunkler wird, werden auch die Stäbchen benötigt. Aber auch bei den Photorezeptoren direkt gibt es Anpassungsmechanismen. Man unterscheidet dabei zwischen der Dunkeladaptation und der Helladaptation.

Die Dunkeladaptation beschreibt die Anpassung der Augen an Dunkelheit. Diese kann bis zu einer halben Stunde dauern. Kommt man von einem hell erleuchteten Raum in einen dunkleren, so wurde im hellen Raum eine große Menge des vorhandenen Rhodopsins verbraucht. In den Photorezeptoren ist daher nicht mehr so viel des Sehfarbstoffes vorhanden und die Lichtempfindlichkeit der Augen sinkt. Es dauert dann einige Minuten, bis das Rhodopsin wieder hergestellt wurde und das Auge sich dann an die Dunkelheit gewöhnt hat.

Die Helladaptation funktioniert hingegen wesentlich schneller. Kommt man von einem dunklen in einen hellen Raum, so waren die Augen im dunklen Raum sehr lichtempfindlich, da viel Rhodopsin zur Verfügung stand. Trifft nun schlagartig viel Licht ins Auge, zerfällt direkt ein sehr großer Teil des Rhodopsins in den angeschalteten Stäbchen und man wird geblendet. Nach wenigen Augenblicken haben sich aber auch die Zapfen angeschaltet, sodass diese normal auf Lichtimpulse reagieren können.

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