Ich glaube, wenn der Tod unsere Augen schließt,
werden wir in einem Lichte
stehen,
in welchem unser Sonnenlicht nur der Schatten ist.
Arthur Schopenhauer
dt. Philosoph (1788-1860)
Licht als Grundlage des Lebens
Ohne das
Licht der Sonne
wäre Leben auf der Erde undenkbar. Die Sonne ist die bedeutenste und
natürlichste Lichtquelle. Ohne sie läge die Temperatur auf der Erde unter -200°C
und Leben wäre undenkbar.
Alles Leben auf der Erde ist durch die Sonnenenergie entstanden und optimal
auf die Sonne angespasst.
Links zu Licht und Gesundheit:
Licht und Sehen beim Menschen
Für den Menschen und einen großen Teil der Tiere ist das Licht der wichtigste Informationsträger für Nachrichten aus der Umwelt. Man kann sagen, der Mensch ist ein ausgesprochenes „Augentier“. Blinde Menschen erregen weit mehr Mitgefühl und erhalten mehr Zuwendung von ihrer Umwelt als Menschen, die z.B. die Fähigkeit zu riechen verloren haben.
Entwicklung verschiedener Augentypen
Ausführliche Informationen
Kameraauge.
Wirbeltiere und Tintenfische haben Kameraaugen, die wie eine Fotokamera ein
reelles Bild der Umgebung auf der Netzhaut
entwerfen. Sie bestehen aus dem gallertartigen Glaskörper, der von
verschiedenen Häuten umgeben ist. Die Netzhaut enthält die Sehzellen.
Vorn bilden die Häute lichtbrechende Strukturen aus. Sie bestehen aus einer
Linse, der gewölbten Hornhaut, einer Blende, genannt Iris,
und dazwischenliegenden, wassergefüllten Hohlräumen.
Netzhaut. Die Sehzellen des Wirbeltierauges befinden sich
auf der lichtabgewandten Seite der Netzhaut. Sie sind von lichtundurchlässigen
Pigmentzellen umgeben, in deren Zwischenräume sie in Abhängigkeit von der
Lichtstärke mehr oder weniger tief eintauchen können. Es gibt zwei Arten von
Sehzellen: die Stäbchen zum Schwarz-Weiß-Sehen und die Zapfen,
die auf Farben reagieren. An der Innenseite der Netzhaut laufen die
ableitenden Neuriten zum blinden Fleck.
Hier liegen keine Sehzellen, da hier der Sehnerv durch die Augenwand
tritt. Der der Linse gegenüberliegende Teil der Netzhaut ist besonders dicht
mit Sehzellen besetzt: Der gelbe Fleck, die
Zentralgrube, ist das Gebiet des deutlichsten Sehens. Sehzellen sind
abgewandelte Neuronen. Sie enthalten an der lichtabgewandten Seite die
sogenannten Discs. Das sind scheibchenförmige Strukturen, die
geldrollenartig übereinander liegen. Hier befinden sich die lichtempfindlichen
Stoffe, die auf den Reiz reagieren.
Sehpurpur. Der lichtempfindliche Stoff des Auges, das
Rhodopsin, ist eine Verbindung aus dem Eiweiß Opsin und dem
Retinal. Das Retinal ist der Aldehyd des Alkohols Retinol,
den wir als Vitamin A mit der Nahrung aufnehmen.
In unbelichtetem Zustand ist die Kohlenwasserstoffkette
des Retinals nach dem elften Kohlenstoffatom abgeknickt, so dass das Molekül
eine gekrümmte Form hat (Cis-Form, 11-cis-Retinal). Belichtetes Retinal ist
gestreckt (Trans-Form, All-trans-Retinal). Der Rhodopsinzyklus. Bei Belichtung entsteht aus der
gekrümmten 11-cis-Form die gestreckte All-trans-Form des Retinals. Dieses Molekül
löst sich vom Opsin ab. Durch den Zerfall verändert sich die Struktur des
Opsins. Es wird zu einem sehr wirksamen Enzym, das eine Reihe chemischer
Reaktionen katalysiert. Durch sie wird ein Ionenstrom in Gang gesetzt, der an
der Sehzelle ein Potential aufbaut, das Rezeptorpotential.
Es bewirkt die Bildung von Aktionspotentialen auf dem Neuriten.
Die Enzymwirkung des Opsins ist so intensiv, dass schon Aktionspotentiale
entstehen, wenn nur ein Lichtquant eine Sehzelle trifft. Im Rhodopsinzyklus
wird dann das Ausgangsmolekül unter Energieverbrauch wieder regeneriert.
Das freigewordene All-trans-Retinal
wird zu All-trans-Retinol reduziert, aus dem ein Enzym, eine Isomerase,
die gekrümmte 11-cis-Form bildet. Das 11-cis-Retinol wird wieder zu Retinal
oxidiert und mit Opsin zu Rhodopsin vereinigt.
Bei starker Beleuchtung tritt an den Sehzellen eine
"Lichtsättigung" ein, d.h. zur Erzeugung eines Rezeptorpotentials
sind stärkere Reize nötig. Danach ist das Auge erst nach etwa 10 bis 15 Minuten
wieder voll leistungsfähig. Diese Anpassung an verschiedene Helligkeiten, die
nicht nur in Extremsituationen eintritt, bezeichnet man als Adaptation.
Farbensehen.
Der lichtempfindliche Stoff der Zapfen heißt Iodopsin.
Er hat eine geringfügig andere Struktur als das Rhodopsin, der
Wirkungsmechanismus ist aber etwa derselbe. Es gibt beim Menschen
drei Sorten von Zapfen, die jeweils am stärksten auf die Farben Blau-Violett,
Grün und Gelb bis Rot reagieren. Die Empfindlichkeitsbereiche der Zellen
überlappen einander, so dass z.B. bläuliches Licht der Wellenlänge um 500 nm
die grünempfindlichen Zellen am stärksten erregt, aber auch die blau-violett-
und rotempfindlichen Zapfen in geringem Maße anspricht. Aus der Verrechnung
der Eindrücke aller drei Zelltypen wird im Gehirn der eigentliche Seheindruck
ermittelt. Deshalb sehen wir mehr Farben, als das kontinuierliche Spektrum
zeigt. Es gibt z.B. keine einheitliche Wellenlänge für die Farben Braun oder
Grau. Sie sind "Kunstprodukte" des Gehirns, die sich aus der
Mischung verschiedener Wellenlängen ergeben. Werden alle Zapfen gleichstark
erregt, sehen wir die "Farbe" Weiß. Der Ausfall einzelner Zapfentypen
führt zur Farbenblindheit. Rotblinde z.B. bezeichnen alles Licht mit
einer Wellenlänge von mehr als 520 nm als Gelb.
Räumliches Sehen.
Wenn beide Augen einen bestimmten Punkt (A) fixieren, entsteht ein Bild
in der Zentralgrube des Auges (A'). Gegenstände, die außerhalb der Bildmitte
liegen (B,C), werden auf einander entsprechenden Netzhautbereichen rechts und
links vom Gelben Fleck abgebildet (B'L, B'R, C'L, C'R). Alle Gegenstände, die auf
einander entsprechenden Netzhautpunkten beider Augen abgebildet werden, liegen
auf einem Kreis, der durch die Kreuzungspunkte (K) der Lichtstrahlen in den
Augen geht. Man nennt ihn Horopterkreis. Von
diesen Gegenständen wird ein einheitliches Bild an das Gehirn gemeldet.
Liegt ein Gegenstand (D) außerhalb dieses durch die Akkommodation festgelegten
Kreises, so erscheinen seine Projektionen (D'L, D'R) nicht
mehr auf den entsprechenden Netzhautsteilen beider Augen.
Aus der geringen Differenz zwischen diesen Punkten berechnet das Gehirn,
dass die Entfernung zu dem Gegenstand größer oder kleiner ist, als zu denen,
auf die die Augen fixiert sind. Ist diese Differenz sehr groß, so kommen die
Bilder nicht mehr zur Deckung, das Hintergrundbild wird unscharf, oder es wird
gar nicht wahrgenommen.
Rezeptorische Felder.
Die Schaltneuronen der Netzhaut, an die die Sehzellen die Information
abgeben sind untereinander netzartig verbunden. In der Zentralgrube ist
jede Sehzelle mit einem weiterleitenden Neuron verknüpft. Zur Peripherie der
Netzhaut hin werden immer mehr Sehzellen auf ein ableitendes Neuron vereinigt.
Das bedeutet, dass die Neuriten dieser Zellen die Information von jeweils
mehreren Sehzellen ableiten. Das Gebiet der so zusammengefassten Zellen
nennt man rezeptorisches Feld. Es gibt verschiedene Arten
rezeptorischer Felder. Manche werden gereizt, wenn das Zentrum des
Feldes beleuchtet ist. Andere reagieren nur bei Beleuchtung des Feldrandes.
Bestimmte Felder sprechen auf besondere Formmerkmale oder Bewegungsrichtungen
an. Bei manchen Zapfen wirken Komplementärfarben gegensätzlich, z.B. kann ein
Rot-Feld durch Grünlicht gehemmt werden. Dies bewirkt die Entstehung von
farbigen Nachbildern.
Optisches Auflösungsvermögen.
Das Auflösungsvermögen ist die Fähigkeit des Auges, zwei Punkte gerade
noch unterscheiden zu können. Es ist vom Gesundheitszustand des Auges
und den Beleuchtungsverhältnissen abhängig. Bei hellem Licht kann ein gesundes
Auge aus 5 m Entfernung zwei Punkte von 1,5 mm Abstand unterscheiden. Das
entspricht einem Sehwinkel von 0,0172°, d.h. etwa einer Winkelminute.
Das Abbild auf der Netzhaut ist etwa 5 m breit, es berührt vier Sehzellen.
Man bezeichnet einen Grenzwinkel für die Sehschärfe von einer Winkelminute als
Visus 1. Werden die beiden Punkte erst aus 2,5 m Entfernung
erkannt, ist der Visus 0,5, aus einem
Drittel der Entfernung 0,33 usw. Wegen der Struktureigenschaften der
rezeptorischen Felder nimmt der Visus mit der Entfernung von der Zentralgrube
stark ab.
Akkommodation.
Das optische System des Auges hat die Fähigkeit, durch Veränderung der
lichtbrechenden Strukturen das Auge auf verschiedene Entfernungen einzustellen.
Dieser Vorgang heißt Akkomodation.
Dabei sind bei verschiedenen Tiergruppen unterschiedliche Methoden
verwirklicht. Tintenfische und Fische haben starre Linsen. Das Bild eines
weit entfernten Gegenstandes entsteht bei einer starren Linse in geringerem
Abstand hinter der Linse als das eines nahen Gegenstandes. Tintenfische und
Fische müssen deshalb, um das Auge zu akkommodieren, den Abstand zwischen
Linse und Netzhaut verändern. Das geschieht durch Vor- und Zurückziehen der
Linse und durch Verformung des Augapfels. Die Linsen der Reptilien,
Vögel und Säuger sind weich und können deshalb in ihrer Brennweite
verändert werden. Die Säugerlinse ist flach bei entspanntem Ringmuskel
(Fernsehen). Kontrahiert sich dieser, nimmt die Linse ihre normalerweise
stärker gewölbte Form an, und wir sehen nahe Gegenstände scharf.
Akkommodationsfehler wie Kurz- oder Weitsichtigkeit entstehen
durch Verformungen des Augapfels. Die Altersweitsichtigkeit ist durch einen
zunehmenden Verlust an Elastizität der Linse bedingt. Die Fehler können
durch entsprechende Brillengläser ausgeglichen werden.
Adaptation. Das Kameraauge kann die Lichtintensität,
die die Netzhaut erreicht, mit Hilfe der Irisblende regulieren. Durch
Kontraktion der Iris wird die Pupille verkleinert. Dadurch fällt bei
heller Beleuchtung weniger Licht auf die Netzhaut. Im Dunkeln erweitert
sich die Pupille, so dass die Netzhaut mehr Licht aufnehmen kann.
Andere Adaptationsvorgänge beruhen darauf, dass die Sehzellen mehr
oder weniger stark in die umgebenden Pigmentzellen eintauchen. Auch der
mehr oder weniger starke Zerfall der Sehfarbstoffe und die dadurch
bedingt unterschiedliche Empfindlichkeit des Auges entspricht einem
Adaptationsvorgang.