Projekt Licht und Sehen Fachbeitrag Farbsehen

Projekt Licht und Sehen
Fachschaft Biologie des IAG
Fachbeitrag zum Thema Farbensehen
1. Allgemeines
Um Farben sehen zu können, müssen mindestens 2 Typen von Photorezeptoren vorhanden
sein, die sich in ihrer spektralen Empfindlichkeit unterscheiden. Dies ist bei sehr vielen
Lebewesen der Fall. Die meisten Wirbeltiere können Farben wahrnehmen, auch entgegen
manchen Behauptungen Hunde und Katzen. Außer den Primaten sind z. B. Säugetiere meist
dichromatisch, d.h. haben 2 Zapfentypen. Primaten und der Mensch sind trichromatisch.
Die Farbwahrnehmung von Hunden ist im Vergleich zum Mensch geringer, da diese nur ca.
20% der Zapfen eines menschlichen Auges besitzen. Das Auge der Vögel z. B. ist dem des
Menschen ziemlich ähnlich. Man findet oft 10x mehr Zapfen in deren Retina, was zu einer
viel höheren Auflösung führt. Je nach Tag- oder Nachtaktivität ist jedoch das
Stäbchen/Zapfenverhältnis unterschiedlich.
Auch viele Fische und Insekten können Farben sehen.
Der Mensch kann ca. 7 Millionen Farbtöne wahrnehmen. Das vom Menschen
wahrgenommene Farbspektrum umfaßt ca. 390 bis knapp über 700 nm, von violett bis
dunkelrot. Einige Tiere haben ein erweitertes Spektrum.
Wellenlängen unterhalb 315 nm werden von der Cornea absorbiert und verursachen dort
Verletzungen.
Die Farbe eines Objektes wird durch dessen Eigenschaften, die Zusammensetzung der
Wellenlängen des beleuchtenden Lichts und die Zusammensetzung des Hintergrundes
bestimmt. Farbe ist eine Empfindungsgröße, nicht Licht ist farbig, die Verarbeitung im
visuellen System erzeugt den Eindruck Farbe. Unterschiedliche Wellenlängen des Lichts
werden in elektrische Impulse umgewandelt und in Form von unterschiedlichen
Helligkeitswerten als Farben wahrgenommen.
In der Farbenlehre nennt man die Farben des Spektrums Spektralfarben oder Lichtfarben.
Demgegenüber sind die Körperfarben gestellt, die auf Absorption und Reflexion bestimmter
Wellenlängen (Farben) beruhen. So entstehen Mischfarben. Weiß und schwarz sind keine
Farben, da sie (weiß) z. B. durch gemeinsame Bestrahlung des Auges mit allen
Spektralfarben entstehen oder durch Fehlen aller Wellenlängen als schwarz wahrgenommen
werden.
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2. Sehzellen in der menschlichen Netzhaut:
Wir wissen, dass im menschlichen Auge 3 Zapfentypen existieren, die in unterschiedlichen
Spektralbereichen absorbieren. Bei Tieren sind teilweise nur 2 Zapfentypen gefunden
worden.
Die menschliche Retina enthält Zapfentypen, die man
L-Typ (lange Wellenlänge)
M-Typ (mittlere Wellenlänge) und
S-Typ (kurze (short) Wellenlänge)
genannt hat.
Man weiß, dass die 3 Zapfentypen Iodopsin enthalten, das bei unterschiedlichen
Wellenlängen Licht absorbiert.
Der S-Zapfentyp absorbiert im blauen Bereich (420 nm max.), der M-Typ im grünen
Spektralbereich (534 nm max.) und der L-Typ im gelben und roten Bereich (564 nm max.).
Man nennt das Sehen mit 3 Zapfentypen trichromatisches Sehen.
Circa 2% aller Männer weisen eine Erbkrankheit auf: sie sind rot-grün-blind. Bei ihnen ist der
rote oder grüne Zapfentyp defekt. Die Gene für die Rot- und Grünpigmente befinden sich auf
dem X-Chromosom. Daher ist Rot-Grün-Blindheit bei Männern, die ja nur ein X-Chromosom
besitzen, sehr viel häufiger als bei Frauen.
Am IAG gibt es jedoch eine Schülerin, die diese Erbkrankheit aufweist, also ein
sehr seltener Fall. Im Rahmen des Projektes wurde ihre (und die eines
männlicher Schülers) Farbschwäche genau analysiert.
3. Anordnung der Zapfen und Stäbchen auf der Netzhaut:
Die Zapfen sind auf der Netzhaut zu einem unregelmäßigen Mosaik angeordnet (siehe 2
Lektionen zuvor). Die Dichte ist in der Fovea am höchsten und nimmt zur Peripherie hin ab.
In der Foveola (den zentralen 30') befinden sich nur Rot- und Grünzapfen auf. Blauzapfen
gibt es nur in der peripheren Retina, aber auch dort treten sie mit einer geringeren Dichte
auf. Sie machen insgesamt nur 9% aller Zapfen aus (siehe links), Rotzapfen ca. 60% und
Grünzapfen ca. 31%)
Auch dazu haben wir einen Test vorbereitet:
Schüler werden Besucher des Projektes auf ihre Fähigkeit hin testen, Farben an
der Peripherie des Gesichtsfeldes wahrzunehmen.
Ein reines Licht von 400 nm Wellenlänge erregt nur den Blaurezeptor unter den Zapfen. Ein
Licht der Wellenlänge 420 nm erregt den Blaurezeptor stark und den Grünrezeptor sehr
schwach. Licht von 500 nm Wellenlänge spricht alle drei Zapfensorten an. Die einzelnen
Farbeindrücke werden also durch unterschiedliche Erregungsstärken der einzelnen
Zapfensorten ausgelöst. Gleiche Erregung aller Zapfen führt zum Eindruck weiß.
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4. Farbenblindheit
Es gibt verschiedene Formen der Dichromatie (Farbenblindheit weil nur 2 Zapfen aktiv sind:
4.1 Rotblindheit (PROTANOPIE) - Rot wird nicht wahrgenommen. Hier fehlt der L-Zapfen (ca.
1% der Männer). Dadurch treten Verwechslungen auf: Rot mit Gelb, Braun mit Grün bzw.
jede Farbe miteinander. Weiterhin Violett mit Blau und Dunkelrot mit Schwarz.
4.2 Grünblindheit (DEUTERANOPIE) - Grün wird nicht wahrgenommen. Hier fehlt der MZapfen (ca. 1% der Männer). Der "Deuterane" hat mit Ausnahme der Dunkelrot-mitSchwarz-Verwechslung die gleichen Probleme wie der "Protane".
4.3 Blaublindheit (TRITANOPIE) - Blau wird nicht wahrgenommen. Hier fehlt der S-Zapfen,
die Krankheit sehr selten, 1-2 in 100000. Der "Tritane" verwechselt Rot mit Orange, Blau mit
Grün, Grüngelb mit Grau sowie auch Violett und Hellgelb mit Weiß.
Protanope und Deuteranope bilden die Rot-Grün-Blinden.
Weiterhin gibt es anomale Trichromaten bzw. Menschen mit Rot- oder Grünschwäche (5.9 %
der Männer), die 3 Zapfen haben, aber einer davon eine verändertes Absorptionsspektrum
aufweist.
Um Farbenblindheit festzustellen, benötigt man z. B. sogenannte Ishihara Tafeln.
Wir haben solche (leihweise von Schülereltern) zur Verfügung und können alle
Besucher auf ihre Farbtüchtigkeit testen.
Michael Ebner
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