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Hintergrund: Augentypen I

Lichtsinneszellen

  • Grafik: Lichtempfindliche Zelle (Quelle: SWR) Lichtempfindliche Zelle

Hell und dunkel unterscheiden können

Die Ursprünge der Augen reichen zurück in die Frühzeit der Evolution. Einfache, lichtempfindliche Zellen, einzeln und unorganisiert auf der Körperoberfläche verstreut, sind erste "Gehversuche" in Sachen optischer Wahrnehmung.

Solche Lichtsinneszellen registrieren lediglich unterschiedliche Helligkeiten. Nicht einmal das Bestimmen der Lichtrichtung ist damit möglich, nur eine diffuse Wahrnehmung von Licht und Schatten, von Änderungen in der Lichtintensität.

  • Regenwurm (Quelle: picture-alliance / OKAPIA KG, Germany) Regenwurm

Solche Lichtsinneszellen kommen zum Beispiel bei Regenwürmern und manchen Muscheln vor. So simpel sie sind, bieten sie ihren Besitzern bereits einen Vorteil gegenüber gänzlich augenlosen Geschöpfen. Regenwürmer erkennen, ob sie sich im Licht oder im Dunkeln aufhalten.

UV-Strahlung ist für ihre ungeschützte Haut schädlich. Registrieren ihre Lichtsinneszellen also zu hohe Lichtintensitäten, ziehen sich Regenwürmer wieder in den Schutz des Erdreichs zurück.

Lichtsinneszellen registrieren auch plötzliche Schatten, vielleicht geworfen von einem potenziellen Fressfeind. Diese Information kann zu Schutzreaktionen genutzt werden.

Damit sind die Fähigkeiten solcher Lichtsinneszellen jedoch schon erschöpft. Sie ermöglichen eben nur eine einfache Hell-Dunkel-Wahrnehmung.

  • Das Geißeltierchen Euglena kann Licht wahrnehmen (Quelle: picture-alliance / OKAPIA KG, Germany) Das Geißeltierchen Euglena kann Licht wahrnehmen

Aus welcher Richtung kommt das Licht?

Ein Fortschritt ist da schon, wenn die Richtung des Lichts festgestellt werden kann. Primitivstes Richtungssehen findet sich bereits bei Geißeltierchen. Euglena, das Augentierchen, kann sich von organischen Substanzen ernähren, ist aber auch photosynthetisch aktiv, und in diesem Sinne eigentlich eine Geißelalge.

Je nach Ernährungsweise kann es als Tier oder Pflanze angesehen werden. Auf jeden Fall gehört dieser mikroskopisch kleine Einzeller zu den Protozoen und ist im Wasser dank seiner Geißel frei beweglich. In dem transparenten Tierchen fällt ein dunkel pigmentierter Fleck auf. Der wirft bei Lichteinfall einen Schatten auf lichtempfindliche Organellen am Geißelansatz.

Mit dieser Orientierungshilfe kann sich Euglena gezielt in Richtung Licht bewegen, um so effektiv Photosynthese zu betreiben.

  • Grafik: Flachauge (Quelle: SWR) Flachauge

Flachauge

Ein nächster Schritt war die Ansammlung, die Konzentrierung mehrerer Lichtsinneszellen. Solche Gebilde werden allgemein als Ocellus bezeichnet. Einen ganz einfachen Typ stellen die Flachaugen dar, wie sie bei manchen Quallen, Seesternen, Seeigeln und Weichtieren vorkommen.

Flachaugen enthalten nur wenige Sehzellen und können nur grob die ungefähre Richtung einfallenden Lichtes bestimmen.

  • Quallen (Quelle: picture-alliance / dpa) Viele Quallen besitzen Flachaugen

Seinen Namen erhielt dieser Augentyp, weil er noch keinerlei Einsenkung besitzt. Das ist auch der Grund für das schlechte Richtungssehen.

Solche Flachaugen reichen jedoch schon, um ihre Besitzer bei möglicher Gefahr in Alarmstimmung zu versetzten. Auch hier erfolgt bei Wahrnehmung plötzlicher Änderungen in der Lichtintensität oft eine Schutzreaktion.

So reagiert beispielsweise der langstachelige Diademseeigel mit raschen Hin-und-Her-Bewegungen seiner langen Stacheln, um einem Freßfeind den Angriff zu erschweren. Solchen lichtsensiblen Zellansammlungen in der Haut fehlt aber noch jeder Ansatz eines optischen Apparates.

Pigmentbecherauge

  • Grafik: Pigmentbecherauge (Quelle: SWR)

    Pigmentbecherauge

Ein deutlicher evolutionärer Schritt in Richtung eines speziellen Lichtsinnesorgans, eines echten Auges, sind die Pigmentbecheraugen. Sie werden auch Pigmentbecherocellen genannt. Hier senkt sich der Sehfleck becherförmig ein.

In dieser Eintiefung liegen eine Anzahl von Lichtsinneszellen zusammen, bei manchen Tieren wie etwa dem Lanzettfischen oder bei Strudelwürmern bilden diese Photorezeptorzellen einen dichten Saum.

Diese, den Sehfleck bildenden Lichtsinneszellen werden von einer becherförmigen Pigmentschicht umfasst. Nur durch die obere Öffnung gelangt Licht ins Augeninnere und damit stets nur aus einer bestimmten Richtung. Das hat zunächst einen scheinbaren Nachteil: Es verkleinert das Sehfeld. Doch der Vorteil überwiegt, denn es verbessert das Richtungssehen.

Bei manchen Arten, etwa bei vielen Plattwürmern, ist dieser Augentyp gerade noch mit bloßem Auge erkennbar, als dunkler Fleck oder mehrere Flecken vorn auf dem Kopf.

Diese Augen vermitteln Informationen über Intensität und Richtung des Lichtes. Sie sind sozusagen das Basismodell echter Augen. Für ein wirkliches Abbild der Umwelt reicht ihre Sehkraft aber nicht. Immerhin können die Tiere die Richtung maximaler oder minimaler Lichteinstrahlung ermitteln, und sich so zum Schatten oder zum Licht hin bewegen. Viele weitere Tiere besitzen diesen Augentyp, darunter manche marine Röhrenwürmer.

Gruben- und Blasenauge

Weiter verbessert, doch prinzipiell mit dem Pigmentbecherocellus vergleichbar, ist das Gruben- oder Napfauge. Bei diesem sind die Lichtsinneszellen grubenförmig eingesenkt und ebenfalls optisch abgeschirmt durch Pigmentzellen.

Doch schon mit einem Einzelauge ist ein weiter verbessertes Richtungssehen möglich. Denn durch den grubenförmigen Bau kann das einfallende Licht nicht alle Sinneszellen gleichmäßig erreichen. Vielmehr werden immer nur einige und mit wechselndem Einfallswinkel stets verschiedene Sinneszellen gereizt.

Noch effektiver funktioniert das natürlich bei mehreren Augen. Besonders wenn sie in unterschiedlicher Sehrichtung ausgerichtet sind. Dann kann die Richtung einfallenden Lichts schon recht genau bestimmt werden. Grubenaugen kommen beispielsweise bei manchen Würmern, Muscheln, Schnecken und primitiven Tintenfischarten vor.

  • Grubenauge (Quelle: SWR)

    Grubenauge

  • Blasenauge (Quelle: SWR)

    Blasenauge

Wird die Grube weiter vertieft, die Öffnung dabei gleichzeitig verengt, kommen wir zum Blasenauge. Beispielsweise besitzt das zu den Schnecken gehörende Seeohr solch einen Augentyp.

Das Prinzip des Grubenauges auf die Spitze getrieben hat der Nautilus. Dies ist ein relativ primitiver Kopffüßer, der im offenen Ozean vorkommt. Seine Augenöffnung reduziert sich auf ein winziges Loch. Physikalisch entspricht dieses Auge einer Lochkamera.

Ein solches Lochkameraauge verleiht dem Nautilus schon ein gewisses Formen- und Bildsehen. Jedoch ist das Bild lichtschwach und nicht sehr scharf. Denn dem Prinzip Lochkamera sind klare Grenzen gesetzt: Je enger das Sehloch, desto schärfer aber auch lichtschwächer das Bild.

Die Weinbergschnecke besitzt ein abgewandeltes Blasenauge. Im Inneren befindet sich ein kugelförmiges Sekret mit lichtsammelnder Wirkung, das bereits als primitive Vorstufe einer Linse angesehen werden kann ( Linsenauge).