Augen beschreiben

Die Augen sind Organe des Sehsystems. Sie ermöglichen Organismen das Sehen, die Fähigkeit, visuelle Details zu empfangen und zu verarbeiten, sowie mehrere Fotoantwortfunktionen, die unabhängig vom Sehen sind. Die Augen erkennen Licht und wandeln es in elektrochemische Impulse in Neuronen um.

In höheren Organismen ist das Auge ein komplexes optisches System, das Licht aus der Umgebung sammelt, seine Intensität durch ein Diaphragma reguliert, es durch eine verstellbare Anordnung von Linsen fokussiert, um ein Bild zu bilden, dieses Bild in eine Reihe von elektrischen Signalen umwandelt und diese Signale über komplexe neuronale Wege an das Gehirn überträgt, die das Auge über den Sehnerv mit dem visuellen Kortex und anderen Bereichen des Gehirns verbinden.

Augen mit Auflösungsvermögen sind in zehn grundlegend unterschiedlichen Formen entstanden, und 96% der Tierarten besitzen ein komplexes optisches System. Bildauflösende Augen sind in Weichtieren, Akkordaten und Arthropoden vorhanden.

Die einfachsten „Augen“, wie sie beispielsweise bei Mikroorganismen vorkommen, erkennen nur, ob die Umgebung hell oder dunkel ist, was für die Einmischung zirkadianer Rhythmen ausreicht. Von komplexeren Augen senden retinale lichtempfindliche Ganglienzellen Signale entlang des retinohypothalamischen Traktes an die suprachiasmatischen Kerne, um eine zirkadiane Anpassung vorzunehmen, und an den prätektalen Bereich, um den Pupillenlichtreflex zu steuern.

Komplexe Augen

Komplexe Augen können Formen und Farben unterscheiden. Die Gesichtsfelder vieler Organismen, insbesondere von Raubtieren, umfassen große Bereiche des binokularen Sehens, um die Tiefenwahrnehmung zu verbessern. Bei anderen Organismen sind die Augen so angeordnet, dass das Sichtfeld maximiert wird, wie bei Kaninchen und Pferden, die monokular sehen.

Die ersten Proto-Augen entwickelten sich bei Tieren vor 600 Millionen Jahren zur Zeit der kambrischen Explosion. Der letzte gemeinsame Vorfahre der Tiere besaß das für das Sehen notwendige biochemische Instrumentarium, und bei sechs der ~35 Hauptphila haben sich bei 96% der Tierarten fortgeschrittenere Augen entwickelt.

Bei den meisten Wirbeltieren und einigen Weichtieren arbeitet das Auge, indem es Licht in eine lichtempfindliche Zellwand, die so genannte Netzhaut, auf der Rückseite des Auges eindringen lässt. Die Zapfenzellen (für Farbe) und die Stabzellen (für schwach beleuchtete Kontraste) in der Netzhaut erfassen und wandeln Licht in neuronale Signale für das Sehen um. Die visuellen Signale werden dann über den Sehnerv an das Gehirn weitergeleitet.

Solche Augen sind typischerweise grob kugelförmig, gefüllt mit einer transparenten gelartigen Substanz, die als glasartiger Humor bezeichnet wird, mit einer Fokussierlinse und oft einer Iris; die Entspannung oder Straffung der Muskeln um die Iris herum verändert die Größe der Pupille, wodurch die Lichtmenge, die in das Auge eindringt, reguliert wird und Aberrationen reduziert werden, wenn genügend Licht vorhanden ist. Die Augen der meisten Kopffüßer, Fische, Amphibien und Schlangen haben feste Linsenformen, und das Fokussieren des Sehens wird durch Teleskopieren der Linse erreicht – ähnlich wie eine Kamera fokussiert.

Zusammengesetzte Augen befinden sich unter den Arthropoden und bestehen aus vielen einfachen Facetten, die je nach anatomischen Gegebenheiten entweder ein einzelnes pixeliges Bild oder mehrere Bilder pro Auge ergeben können. Jeder Sensor hat seine eigene Linse und lichtempfindliche Zelle(n). Einige Augen haben bis zu 28.000 solcher Sensoren, die hexagonal angeordnet sind und ein vollständiges 360°-Sichtfeld ergeben können.

Zusammengesetzte Augen sind sehr empfindlich auf Bewegungen. Einige Arthropoden, darunter viele Strepsiptera, haben zusammengesetzte Augen von nur wenigen Facetten, jede mit einer Netzhaut, die in der Lage ist, ein Bild zu erzeugen und eine Vision zu erzeugen. Wenn jedes Auge eine andere Sache betrachtet, entsteht im Gehirn ein verschmolzenes Bild von allen Augen, das sehr unterschiedliche, hochauflösende Bilder liefert.

Die Mantis-Garnele besitzt ein detailliertes hyperspektrales Farbsehen und gilt als das komplexeste Farbsehsystem der Welt. Trilobiten, die heute ausgestorben sind, hatten einzigartige zusammengesetzte Augen. Sie benutzten klare Calcitkristalle, um die Linsen ihrer Augen zu bilden. Darin unterscheiden sie sich von den meisten anderen Arthropoden, die weiche Augen haben. Die Anzahl der Linsen in einem solchen Auge variierte jedoch: Einige Trilobiten hatten nur eine, andere Tausende von Linsen in einem Auge.

Augen Beschreibung: Zusammengesetzte Augen

Im Gegensatz zu zusammengesetzten Augen sind einfache Augen solche, die eine einzige Linse haben. Zum Beispiel haben springende Spinnen ein großes Paar einfacher Augen mit einem engen Sichtfeld, unterstützt von einer Reihe anderer, kleinerer Augen für das periphere Sehen. Einige Insektenlarven, wie z.B. Raupen, haben eine andere Art von einfachem Auge (Stemmata), die in der Regel nur ein grobes Bild liefert, aber (wie bei den Sägefliegenlarven) können Auflösungsvermögen von 4 Bogengraden besitzen, polarisationsempfindlich sein und in der Lage sein, ihre absolute Empfindlichkeit in der Nacht um den Faktor 1.000 oder mehr zu erhöhen.

Einige der einfachsten Augen, die Ocelli genannt werden, finden sich bei Tieren wie einigen Schnecken, die im normalen Sinne nicht wirklich „sehen“ können. Sie haben zwar lichtempfindliche Zellen, aber keine Linse und keine anderen Mittel, um ein Bild auf diese Zellen zu projizieren. Sie können zwischen Hell und Dunkel unterscheiden, aber nicht mehr. So können sich Schnecken fern halten.

Es gibt zehn verschiedene Augenaufteilungen – jede technologische Methode zur Erfassung eines vom Menschen häufig verwendeten optischen Bildes, mit Ausnahme von Zoom- und Fresnellinsen, kommt in der Natur vor.Augentypen lassen sich in „einfache Augen“ mit einer konkaven, photorekzeptiven Oberfläche und „zusammengesetzte Augen“ unterteilen, die eine Reihe von einzelnen Linsen umfassen, die auf einer konvexen Oberfläche angeordnet sind.

Beachten Sie, dass „einfach“ nicht bedeutet, dass ein reduzierter Grad an Komplexität oder Schärfe vorliegt. Tatsächlich kann jeder Augentyp an fast jedes Verhalten und jede Umgebung angepasst werden. Die einzigen Einschränkungen, die für Augentypen spezifisch sind, sind die der Auflösung – die Physik der zusammengesetzten Augen verhindert, dass sie eine Auflösung von besser als 1° erreichen. Außerdem können Überlagerungsaugen eine höhere Empfindlichkeit erreichen als Appositionsaugen, so dass sie für dunkel lebende Lebewesen besser geeignet sind.

Die Augen fallen aufgrund der zellulären Konstruktion ihres Photorezeptors ebenfalls in zwei Gruppen, wobei die Photorezeptorzellen entweder ciliert (wie bei den Wirbeltieren) oder rhabdomerisch sind. Diese beiden Gruppen sind nicht monophyletisch; die Nesseltiere besitzen auch cilliated Zellen,und einige Gastropoden,sowie einige Anneliden besitzen beide.

Die Photorezeption ist phylogenetisch sehr alt, mit verschiedenen Theorien der Phylogenese[30] Der gemeinsame Ursprung (monophil) aller tierischen Augen ist inzwischen weithin als Fabrik anerkannt. Dies basiert auf den gemeinsamen genetischen Merkmalen aller Augen, d.h. alle modernen Augen, so unterschiedlich sie auch sein mögen, haben ihren Ursprung in einem Proto-Eye, von dem angenommen wird, dass er sich vor etwa 540 Millionen Jahren entwickelt hat, und das PAX6-Gen gilt dabei als ein Schlüsselfaktor.

Die Mehrheit der Fortschritte in den frühen Augen dürfte nur wenige Millionen Jahre gedauert haben, denn das erste Raubtier, das eine echte Bildgebung erhielt, hätte ein „Wettrüsten“[34] unter allen Arten ausgelöst, die der photopischen Umgebung nicht entkommen sind. Beutetiere und konkurrierende Raubtiere wären ohne diese Fähigkeiten deutlich im Nachteil und würden weniger wahrscheinlich überleben und sich vermehren. Daher entwickelten sich parallel mehrere Augentypen und Subtypen (mit Ausnahme von Gruppen wie den Wirbeltieren, die erst in einem späten Stadium in die photopische Umgebung gezwungen wurden).

Beschreibung von Tieraugen

Tieraugen beschreiben – Die Augen verschiedener Tiere zeigen eine Anpassung an ihre Bedürfnisse. So hat beispielsweise das Auge eines Greifvogels eine viel größere Sehschärfe als das menschliche Auge und kann in einigen Fällen ultraviolette Strahlung erkennen. Die verschiedenen Augenformen, z.B. bei Wirbeltieren und Weichtieren, sind Beispiele für eine parallele Evolution, trotz ihrer weit zurückliegenden gemeinsamen Abstammung.

Die phänotypische Konvergenz der Geometrie von Kopffüßern und den meisten Wirbeltieraugen erweckt den Eindruck, dass sich das Wirbeltierauge aus einem bildgebenden Kopffüßerauge entwickelt hat, aber dies ist nicht der Fall, wie die umgekehrten Rollen ihrer jeweiligen ziliären und rhabdomerischen Opsinklassen[35] und verschiedener Linsenkristalline zeigen.

Die allerersten „Augen“, die sogenannten Augenflecken, waren einfache Flecken aus Photorezeptorprotein bei einzelligen Tieren. Bei multizellulären Wesen entwickelten sich multizelluläre Augenflecken, die physikalisch den Rezeptorpflastern für Geschmack und Geruch ähnlich sind. Diese Augenflecken konnten nur die Umgebungshelligkeit wahrnehmen: Sie konnten zwischen Hell und Dunkel unterscheiden, nicht aber die Richtung der Lichtquelle.

Durch die allmähliche Veränderung der Augenflecken von Arten, die in gut beleuchteten Umgebungen leben, die in eine flache „Cup“-Form gedrückt wurden, wurde die Fähigkeit zur leichten Unterscheidung der Richtungshelligkeit erreicht, indem der Winkel, in dem das Licht auf bestimmte Zellen trifft, zur Identifizierung der Quelle verwendet wurde.

Die Grube vertiefte sich im Laufe der Zeit, die Öffnung verkleinerte sich, und die Anzahl der Photorezeptorzellen wuchs und bildete eine effektive Lochkamera, die in der Lage war, schwache Formen zu unterscheiden. Die Vorfahren der modernen Schleimaale, die als Protovertebraten galten, wurden jedoch offensichtlich in sehr tiefe, dunkle Gewässer gedrängt, wo sie weniger anfällig für gesichtete Raubtiere waren und wo es von Vorteil ist, einen konvexen Augenfleck zu haben, der mehr Licht sammelt als eine flache oder konkave. Dies hätte zu einer etwas anderen evolutionären Trajektorie für das Wirbeltierauge geführt als für andere tierische Augen.

Zellen der Augen

Das dünne Überwachsen transparenter Zellen über der Augenöffnung, das ursprünglich zur Vermeidung von Schäden am Augenfleck gebildet wurde, ermöglichte es, dass sich der getrennte Inhalt der Augenkammer zu einem transparenten Humor spezialisierte, der die Farbfilterung optimierte, schädliche Strahlung blockierte, den Brechungsindex des Auges verbesserte und Funktionalität außerhalb von Wasser ermöglichte.

Die transparenten Schutzzellen spalteten sich schließlich in zwei Schichten, wobei die Durchflussflüssigkeit dazwischen einen größeren Betrachtungswinkel und eine höhere Bildauflösung erlaubte, und die Dicke der transparenten Schicht nahm allmählich zu, bei den meisten Arten mit dem transparenten Kristallinprotein.

Der Spalt zwischen den Gewebeschichten bildete natürlich eine biokonvexe Form, eine optimal ideale Struktur für einen normalen Brechungsindex. Unabhängig davon trennen sich eine transparente Schicht und eine undurchsichtige Schicht nach vorne von der Linse: Hornhaut und Iris.

Die Trennung der vorderen Schicht bildete wieder einen Humor, den wässrigen Humor. Dies erhöhte die Brechkraft und linderte erneut Durchblutungsstörungen. Die Bildung eines undurchsichtigen Rings ermöglichte mehr Blutgefäße, mehr Durchblutung und eine größere Augengröße.