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Geschichte

Die Evolution des Auges

Im Tierreich gibt es die verschiedensten Augentypen. Manche davon sind sehr hochentwickelt, andere auf einem sehr niederen Stadium. Im Folgenden werden einige Beispiele dieser Sinnesorgane dargestellt, die entsprechend ihrem Bau sehr unterschiedliche Aufgaben wahrnehmen können. Das hochentwickelte Auge der Wirbeltiere scheint eine sinnvolle Entwicklung aus den "niederen" Vorstufen zu sein.

Hell-Dunkel-Wahrnehmung mit Lichtsinneszellen

Regenwurm

Viele wirbellose Tiere sind nur zu einer Hell-Dunkel-Wahrnehmung in der Lage. So hat z.B. der Regenwurm in die Haut eingelagerte Lichtsinneszellen, mit denen er feststellen kann, ob er dem Licht ausgesetzt ist.

Man könnte nun meinen, dass der Regenwurm, der sich im Normalfall in der Erde befindet, überhaupt nichts sehen muss. Wenn seine Lichtsinneszellen aber reagieren, so ist das für ihn das Zeichen, dass er sich im Tageslicht befindet und die Gefahr besteht, dass er von Vögeln gefressen wird. Der Lichtsinn des Regenwurms ist in etwa vergleichbar mit dem menschlichen Wärmesinn.

Hell-Dunkel-Wahrnehmung mit Lichtsinneszellen am Beispiel des Lichtsinns des Regenwurms

Grubenauge

Napfschnecke

Bei höher entwickelten Tieren finden sich die lichtempfindlichen Zellen konzentriert an bestimmten Flecken zusammen. Dadurch erhöhte sich die Lichtempfindlichkeit. Zum besseren Schutz zogen sich diese Flecken im Laufe der Entwicklungsgeschichte in Gruben zurück. Die Napfschnecken sind z.B. mit solchen Sehgruben ausgestattet. Durch die Anordnung der Sinneszellen werden diese nur durch Licht aus bestimmten Richtungen erregt (vgl. Animation). Auf diese Weise wird für die Tiere neben dem Hell-Dunkel-Sehen ein Richtungssehen möglich.

Da beim Grubenauge (Napfauge) ein Gegenstandspunkt nicht wieder auf einen Punkt auf der lichtempfindlichen Schicht abgebildet wird, entsteht hier kein Bildeindruck.

Aufbau und Funktionsweise eines Grubenauges am Beispiel des Auges einer Napfschnecke

Lochauge

Nautilus

Bei einem tintenfisch­ähnlichen Tier, dem Nautilus, sind die Sehgruben fast zugewachsen. Dadurch zeichnet sich das Bild der Außenwelt auf dem Grubenboden ab wie bei einer einfachen Lochkamera.

Ist das Loch groß, so ist das Bild hell aber unscharf. Ist das Loch klein, so ist das Bild scharf aber dunkel.

Neben dem Hell-Dunkel- und Richtungssehen gestattet das Lochauge eine - wenn auch nicht optimale - Abbildung des Gegenstandes.

Aufbau und Funktionsweise eines Lochauges am Beispiel des Auges eines Nautilus

Linsenauge

Schnitt durch das Auge einer Weinbergschnecke

Das Lochauge entwirft vom Gegenstand nur ein scharfes Bild, wenn das Loch sehr klein ist. Damit sinkt aber die Bildhelligkeit. Man erkauft sich also die Schärfe mit einem Verlust an Helligkeit. Hier kam die Natur im Laufe der Entwicklung auf einen Trick: Wahrscheinlich entstand aus der im Hohlraum des Lochauges befindlichen Flüssigkeit aus Flüssigkeitsverdickungen die Augenlinse.

Trotz großer Öffnung ist mit der Linse eine Abbildung des Gegenstandes möglich, d.h. man erreicht gleichzeitig Schärfe und Helligkeit.

Aufbau und Funktionsweise eines Linsenauges am Beispiel des Auges einer Weinbergschnecke
Weinbergschnecke

Die Weinbergschnecke besitzt z.B. ein solches Linsenauge.

Mögliche Evolution des Auges von einer flachen lichtempfindlichen Schicht hin zum Linsenauge

Evolution

Es gibt eine Theorie (Nilsson, Pelger, 1994), die besagt, dass das Linsenauge durch die Evolution aus einer flachen lichtempfindlichen Schicht hervorgegangen ist.

Die anfängliche flache Struktur besteht aus einer lichtempfindlichen Schicht (grün), die sich über einer Pigmentschicht (dunkelblau) befindet. Die lichtempfindliche Schicht wird durch eine transparente Abdeckung (gelb) geschützt. In der nebenstehenden Animation ist - extrem vereinfacht - der Übergang zum Linsenauge dargestellt.

Bei den meisten Tiergruppen ist die Entwicklung des Auges mit dem einfachen Linsenauge abgeschlossen. Nur die Tintenfische und Wirbeltiere haben in ihrer Entwicklung noch weitere Verbesserungen erfahren:

Das Scharfstellen auf verschieden entfernte Gegenstände (Akkomodation) erfolgt bei den Säugetieren durch die Variation der Linsenkrümmung (Veränderung der Brennweite), während der Abstand zwischen Linse und lichtempfindlicher Schicht gleich bleibt. Fische schaffen das Scharfstellen durch ein Vor- und Zurückschieben der Augenlinse, wobei die Linsenkrümmung nicht verändert wird.

Das Anpassen an verschiedene Helligkeiten (Adaption) erfolgt durch eine Blende, die sich entsprechend der herrschenden Helligkeit weitet oder verengt.