Auge

Das Auge ist ein rundes Organ zur Wahrnehmung von Licht, damit Organismen sehen können. Es ist der erste Teil des visuellen Systems. Etwa 97 Prozent der Tiere haben Augen. Bildauflösende Augen kommen bei Nesseltieren, Weichtieren, Wirbeltieren, Ringelwürmern und Gliederfüßern vor.

Bei Säugetieren ermöglichen zwei Arten von Zellen, Stäbchen und Zapfen, das Sehen, indem sie Signale durch den Sehnerv an das Gehirn senden.

Einige Tiere können Licht sehen, das Menschen nicht sehen können. Sie können ultraviolettes oder infrarotes Licht sehen.

Die Linse im vorderen Teil des Auges wirkt wie eine Kameralinse. Sie kann von den Muskeln im Inneren des Auges flacher gezogen werden, oder sie kann runder werden. Wenn manche Menschen älter werden, können sie dies vielleicht nicht mehr so perfekt tun. Viele Menschen werden mit anderen kleinen Problemen geboren oder bekommen sie erst später im Leben, und sie benötigen möglicherweise eine Brille (oder Kontaktlinsen), um das Problem zu beheben.




Menschliches Auge mit Kosmetika verziert
Menschliches Auge mit Kosmetika verziert

Licht von einem einzelnen Punkt eines fernen Objekts und Licht von einem einzelnen Punkt eines nahen Objekts, das in einen Brennpunkt gebracht wird
Licht von einem einzelnen Punkt eines fernen Objekts und Licht von einem einzelnen Punkt eines nahen Objekts, das in einen Brennpunkt gebracht wird

Das Auge eines Falken
Das Auge eines Falken

Augentypen

Heute sind zehn verschiedene Augentypen bekannt. Die meisten Arten, ein Bild zu erfassen, haben sich mindestens einmal entwickelt.

Eine Möglichkeit, Augen zu kategorisieren, besteht darin, die Anzahl der "Kammern" zu betrachten. Einfache Augen bestehen aus nur einer konkaven Kammer, vielleicht mit einer Linse. Zusammengesetzte Augen haben viele solcher Kammern mit ihren Linsen auf einer konvexen Oberfläche.

Die Augen können auch nach der Herstellung des Photorezeptors gruppiert werden. Photorezeptoren sind entweder killiert oder rhabdomisch, und einige Anneliden besitzen beides.

Einfache Augen

Grubenaugen

Grubenaugen liegen in einer Vertiefung in der Haut. Dadurch verringern sich die Winkel, in denen Licht einfallen kann. Es erlaubt dem Organismus zu sagen, wo das Licht herkommt.

Solche Augen finden sich bei etwa 85% der Phyla. Sie sind wahrscheinlich vor der Entwicklung komplexerer Augen entstanden. Grubenaugen sind klein. Sie bestehen aus bis zu etwa hundert Zellen, die etwa 100 µm bedecken. Die Richtungsabhängigkeit kann verbessert werden, indem die Öffnung verkleinert und eine reflektierende Schicht hinter die Rezeptorzellen gelegt wird.

Lochkamera-Auge

Das Lochkameraauge ist eine fortgeschrittene Form des Grubenauges. Es hat mehrere Bits, vor allem eine kleine Öffnung und eine tiefe Grube. Manchmal kann die Blende verändert werden. Es kommt nur bei der Nautilus vor. Ohne ein Objektiv zum Fokussieren des Bildes erzeugt es ein verschwommenes Bild. Folglich können Nautiloide nicht zwischen Objekten mit einem Abstand von weniger als 11° unterscheiden. Eine Verkleinerung der Blende würde ein schärferes Bild erzeugen, aber weniger Licht einlassen.

Sphärisch verglastes Auge

Die Auflösung von Grubenaugen lässt sich durch die Zugabe eines Materials zur Herstellung einer Linse erheblich verbessern. Dadurch wird der Radius der Unschärfe verringert und die erreichbare Auflösung erhöht. Die einfachste Form ist immer noch bei einigen Gastropoden und Anneliden zu sehen. Diese Augen haben eine Linse mit einem Brechungsindex. Es ist möglich, ein besseres Bild mit Materialien zu erhalten, die einen hohen Brechungsindex haben, der zu den Rändern hin abnimmt. Dadurch verringert sich die Brennweite und es entsteht ein scharfes Bild auf der Netzhaut.

Dieses Auge erzeugt ein Bild, das so scharf ist, dass die Bewegung des Auges eine erhebliche Unschärfe verursachen kann. Um die Auswirkungen von Augenbewegungen während der Bewegung des Tieres zu minimieren, verfügen die meisten dieser Augen über stabilisierende Augenmuskeln.

Die Ozellen von Insekten haben eine einfache Linse, aber ihr Brennpunkt liegt immer hinter der Netzhaut, sie können nie ein scharfes Bild erzeugen. Das schränkt die Funktion des Auges ein. Ozellen (Grubenaugen von Gliederfüssern) verwischen das Bild über die gesamte Netzhaut. Sie reagieren sehr gut auf schnelle Änderungen der Lichtintensität über das gesamte Gesichtsfeld - diese schnelle Reaktion wird durch die großen Nervenbündel, die die Informationen zum Gehirn leiten, noch beschleunigt. Eine Fokussierung des Bildes würde auch dazu führen, dass das Sonnenbild auf einige wenige Rezeptoren fokussiert wird. Diese könnten möglicherweise durch das intensive Licht geschädigt werden; eine Abschirmung der Rezeptoren würde etwas Licht blockieren und ihre Empfindlichkeit verringern.

Diese schnelle Reaktion hat zu der Vermutung geführt, dass die Ozellen von Insekten hauptsächlich im Flug verwendet werden, da sie dazu verwendet werden können, plötzliche Veränderungen in der Richtung nach oben zu erkennen (weil Licht, insbesondere UV-Licht, das von der Vegetation absorbiert wird, normalerweise von oben kommt).

Refraktive Hornhaut

Die Augen der meisten landlebenden Wirbeltiere (sowie die einiger Spinnen und Insektenlarven) enthalten eine Flüssigkeit, die einen höheren Brechungsindex als die Luft hat. Die Hornhaut ist stark gekrümmt und bricht das Licht zum Brennpunkt hin. Die Linse muss nicht die gesamte Brechung übernehmen. Dadurch kann die Linse den Fokus leichter einstellen, wodurch eine viel höhere Auflösung erreicht wird.

Reflektor-Augen

Statt einer Linse kann man auch Zellen im Inneren des Auges haben, die wie Spiegel wirken. Das Bild kann dann reflektiert werden, um es an einem zentralen Punkt zu fokussieren. Diese Konstruktion bedeutet auch, dass jemand, der in ein solches Auge schaut, dasselbe Bild sieht wie der Organismus, der sie besitzt.

Viele kleine Organismen wie Rädertierchen, Copytopoden und Platyhelminthen verwenden dieses Design, aber ihre Augen sind zu klein, um brauchbare Bilder zu erzeugen. Einige größere Organismen, wie Jakobsmuscheln, verwenden ebenfalls Reflektoraugen. Die Jakobsmuschel Pecten hat bis zu 100 Millimeter große Reflektoraugen, die den Rand ihrer Schale säumen. Sie erkennt bewegte Objekte, wenn sie aufeinanderfolgende Linsen passieren.

Zusammengesetzte Augen

Facettenaugen unterscheiden sich von einfachen Augen. Anstatt ein Organ zu haben, das Licht wahrnehmen kann, setzen sie viele solcher Organe zusammen. Manche Facettenaugen haben Tausende von ihnen. Das resultierende Bild wird im Gehirn auf der Grundlage der Signale der vielen Augeneinheiten zusammengesetzt. Jede dieser Einheiten wird als Ommatidium bezeichnet, mehrere werden als Ommatidien bezeichnet. Die Ommatidien befinden sich auf einer konvexen Oberfläche, jede von ihnen weist in eine leicht unterschiedliche Richtung. Im Gegensatz zu einfachen Augen haben Facettenaugen einen sehr großen Blickwinkel. Sie können schnelle Bewegungen und manchmal auch die Polarisation von Licht erkennen.

Facettenaugen kommen häufig bei Arthropoden, Ringelwürmern und einigen zweischaligen Muscheln vor

Nautilus hat ein Nadellochauge
Nautilus hat ein Nadellochauge

Arthropoden wie diese Zimmermannsbiene haben zusammengesetzte Augen
Arthropoden wie diese Zimmermannsbiene haben zusammengesetzte Augen

Entwicklung des Auges

Die Evolution der Augen begann mit einfachsten lichtempfindlichen Flecken bei einzelligen Organismen. Diese Augenflecken erkennen nur, ob die Umgebung hell oder dunkel ist. Die meisten Tiere haben im Inneren eine biochemische "Uhr". Diese einfachen Augenflecken dienen dazu, diese tägliche Uhr einzustellen, was als zirkadianer Rhythmus bezeichnet wird. Einige Schnecken zum Beispiel sehen überhaupt kein Bild (Bild), aber sie nehmen Licht wahr, was ihnen hilft, sich vor hellem Sonnenlicht zu schützen.

Komplexere Augen haben diese Funktion nicht verloren. Eine spezielle Art von Zellen im Auge nimmt Licht für einen anderen Zweck wahr als das Sehen. Diese Zellen werden Ganglienzellen genannt. Sie befinden sich in der Netzhaut. Sie senden ihre Informationen über Licht auf einem anderen Weg (dem retinohypothalamischen Trakt) an das Gehirn. Diese Information passt (synchronisiert) den zirkadianen Rhythmus des Tieres an den Hell-Dunkel-Zyklus der Natur von 24 Stunden an. Das System funktioniert auch bei einigen blinden Menschen, die überhaupt kein Licht sehen können.

Augen, die etwas besser sind, haben die Form von Tassen, so dass das Tier weiß, woher das Licht kommt.

Komplexere Augen vermitteln den vollen Sinn des Sehens, einschließlich Farbe, Bewegung und Textur. Diese Augen haben eine runde Form, bei der die Lichtstrahlen auf den hinteren Teil des Auges, die Netzhaut, fokussiert werden.

Andere

Gute Flieger wie Fliegen oder Honigbienen oder Beute fangende Insekten wie Gottesanbeterinnen oder Libellen haben spezialisierte Ommatidienzonen, die in einem Foveabereich organisiert sind und scharfes Sehen ermöglichen. In dieser Zone sind die Augen abgeflacht und die Facetten sind größer. Die Abflachung ermöglicht es mehr Ommatidien, Licht von einem Punkt zu empfangen. Dies führt zu einer höheren Auflösung.

Der Körper von Ophiocoma wendtii, einer Art Schlangenstern, ist mit Ommatidien bedeckt, die seine gesamte Haut in ein zusammengesetztes Auge verwandeln. Dasselbe gilt für viele Chitons.

Das Facettenauge einer Libelle
Das Facettenauge einer Libelle

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