3.2 Lichtsinn

3.2.1 Sinnesorgane, eine Einführung

 

Nun haben wir fast alle Elemente der Informationsverarbeitung im Organismus besprochen, es fehlen nur noch die Sinnesorgane. Wie wir uns schon in vergangenen Lektionen klargemacht haben, wandeln Sinnesorgane Reize in elektrische Impulse um. Alle geregelten Systeme, in der Natur und der Technik benötigen solche sensorischen Elemente. In der Technik heißen sie auch Sensoren, in Organismen Rezeptoren oder eben Sinnesorgane.

In tierischen Organismen findet man Rezeptoren, die Reize von außerhalb des Körpers ( = Exterorezeptoren) und von innerhalb des Körpers (= Enterorezeptoren) wahrnehmen.

Exterorezeptoren findet man z.B. als Augen, Ohren, Tastsinnesorgane in der Haut, in der Nase und auf der Zunge.

Enterorezeptoren sitzen in den Gelenken, Muskeln, Blutgefäßen und z. B. im Gehirn.

Untersucht man die Reize, die wahrgenommen werden, kann man sie nach ihrer Qualität unterteilen

Reizart Reiz Sinnesorgane
Physikalisch mechanisch Druck, Beschleunigung, Gravitation Druck-, Tastsinnesorgane,
z. B. Innenohr
elektromagnetisch Licht, Wärme, Felder Augen, Temperatursinnesorgane, Elektrorezeptoren
akustisch Schall Ohren
 
Chemisch flüssig Geschmack Geschmackssinnes-organe
gasförmig Geruch Nase

Man kennt 5 wichtige Sinnesleistungen: Sehen, Hören, Riechen, Schmecken, Tasten.

Sinnesorgane sind komplizierte Strukturen zur Wahrnehmung und Auswertung von Reizen. Sie enthalten als wichtiges Element wenige oder viele Sinneszellen. Diese haben je nach Organ eine unterschiedliche Anatomie.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 57

Die 5 Sinne

 

Als Sinneszellen in der Netzhaut (Retina) des Auges findet man Stäbchen und Zapfen, die Licht wahrnehmen. Die Hörsinneszellen besitzen oben ein Haarbüschel, das sich je nach Vibration bewegt. Riechzellen im hinteren Nasenbereich reagieren auf gasförmige Stoffe. Geschmacksrezeptoren auf der Zunge und im hinteren Mundbereich reagieren auf flüssige oder feste Stoffe. Meissnersche Tastkörperchen in der Haut der Säugetiere reagieren auf schnelle Berührung und freie Nervenendigungen nehmen Schmerz wahr.

Genaue Untersuchungen über die Sinnesorgane, ihre Funktion und ihr Zusammenhang mit dem Gehirn sind erst seit ca. 1950 möglich geworden, seit man Mikroelektroden entwickelt hat.

Dadurch hat man festgestellt, daß Sinnesorgane und bestimmte Gehirnzentren eine Einheit bilden = sensorische Systeme. Man spricht zum Beispiel vom Visuellen System und meint Augen, die Sehbahn und das Sehzentrum des Gehirns.

Links ist das Großhirn eines Menschen mit den Zentren für die Reizverarbeitung der 5 Sinne eingezeichnet.

Jedes sensorische Sytem benötigt Ketten von 3-4 Neuronen, um die Information in die Großhirnrinde zu befördern (Augen = 3 Neuronen, Ohren= 4 Neuronen). Dabei werden alle sensorischen Informationen über das Zwischenhirn (Thalamus) geleitet und dann in das Großhirn. Je nach Lebensweise haben bestimmte Sinnesorgane eine besondere Bedeutung für das Lebewesen.

Bei den meisten spielen die Augen eine besondere Rolle und man findet in diesen Sinnesorganen z. B. beim Mensch auch die meisten Sinneszellen.

Wir wollen uns hier nur mit den Lichtsinnesorganen (Augen) beschäftigen.

3.2.2 Augen

Strukturen, die Licht wahrnehmen findet man von den Einzellern bis zu den am höchsten entwickelten Vielzellern. Man kann 4 grundsätzliche Augentypen unterscheiden:

  1. Ocellen,
  2. Lochkamera-Augen (Becher-,Grubenaugen)
  3. Zusammengesetze Augen (Komplexaugen)
  4. Linsenaugen.
Die ersten 3 Formen findet man hauptsächlich bei Wirbellosen. Linsenaugen bei Tintenfischen und Wirbeltieren.
 

 

 

 

 

Abb. 58

Sinnesorgane und Gehirn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 59

Augentypen

 

 

Zwischen diesen Grundtypen gibt es verschiedene Übergangsformen, besonders bei den Wirbellosen. Die Ocellen können becherförmig eingestülpt sein ( = Pigmentbecherocelle) oder als Grubenaugen vorliegen.

Ocellen, z. B. bei den Hohltieren (Coelenterata), Polypen, Quallen, Anemonen können nur unterschiedliche Lichtstärken wahrnehmen.

Lochkamera-Augen (Becher- und Grubenaugen) findet man bei den Weichtieren (Molluska), Schnecken und Tintenfischen. Damit entsteht ein mehr oder weniger scharfes, umgekehrtes Bild.

Zusammengesetzte Augen (Komplexaugen) sind bei den Insekten verbreitet. Dabei wird das Licht in Kanäle geleitet (Ommatidien). Komplexaugen sind sehr empfindlich für Bewegung. Detailreiche Bilder sind kaum möglich. Das Komplexauge der Stubenfliege besteht aus ca. 2000 Einzelaugen, das der Libellen aus bis zu 30 000.

Linsenaugen (Wirbeltiere und Tintenfische) besitzen eine Linse und eine Netzhaut, auf der ein umgekehrtes, scharfes Bild ensteht. Diese Augen haben auch Einrichtungen zur Scharfeinstellung und kontrollieren den Lichteintritt.

Das menschliche Auge ist jedoch nicht das komplexeste oder das am höchsten entwickelte Auge. Z. B. die Netzhaut des Froschs ist höherentwickelt, so daß blitzschnelle Bewegungen von Insekten wahrnehmbar sind, die der Mensch nicht erkennen kann.

Auch bezüglich des Farbensehens sei erwähnt, daß Honigbienen wie der Mensch ebenfalls 3 Farbrezeptoren besitzen, verschiedene Krebsarten wie Hadrosqiulla perpasta in der Karibik ( siehe Bild links) besitzen sogar 6 Farbrezeptoren.

Hadrosqiulla perpasta

Das visuelle System des Menschen besteht aus Augen, Sehnerven, Thalamus (Zwischenhirn) und Sehrinde (Großhirn) siehe Abb. 62. In Zusammenarbeit mit dem Gehirn ist das Auge extrem leistungsfähig.

Es kann nicht nur den Reiz Licht (hell-dunkel) wahrnehmen, sondern auch >106 Farben. Weiterhin können Bewegungen wahrgenommen werden und mit beiden Augen kann räumlich gesehen werden.

Die Bilder der Umgebung können nicht nur gesehen sondern auch ausgewertet werden. Dazu einige Beispiele:

 
Abb. 60

Komplexauge

Einzelaugen eines Komplexauges

 

Abb. 61

Linsenauge

 

Abb. 62

visuelles System

 

 


Beispiel 1
Beispiel 2
Beispiel 3

Das Gehirn nimmt an, das Licht kommt von oben.
Blaue Bakterien oder?

In Abb. 63 sehen Sie verschieden Augen. Sie können ja mal raten, um welche Tiere es sich handelt. Wenn Sie es genau wissen wollen, finden Sie die Antwort in:

http://www.ski.org/CWTyler_lab/Eyepage/index.html oder hier. Wir wollen uns nun dieses bemerkenswerte Sinnesorgan beim Menschen genauer ansehen.

 
Abb. 63

Augenrätsel

Weiterführende Quellen:

Elektrosensoren

http://www.sbg.ac.at/ipk/avstudio/pierofun/ray/eod.htm
http://www.fiu.edu/~stoddard/electricfish.html

Sehen, Hören, Riechen

http://www.hhmi.org/senses/

Sinne

http://www4.tpgi.com.au/users/amcgann/body/senses.html

Erklärung des Beispiels 3: Die blauen Bakterien bilden die Zahl 5! Und ab sofort sehen Sie immer beim Betrachten diese 5!!!

Lösung des Augenrätsels:

    1. Reihe von links nach rechts: Gottesanbeterin, Zebra, Schlange, Seepferdchen, Siamkatze
    2. Reihe von links nach rechts: Tokgecko, Springspinne, Mensch, Geier, Ballonfisch
    3. Reihe von links nach rechts: Elefant, Baumfrosch, Tiger, Raupe, Eule
    4. Reihe von links nach rechts: Cirriped (Fisch aus dem roten Meer), Seemuschel, Netzspinne, Octopus, Schmeißfliege