Rezeptoren sind für Reizaufnahme und

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Rezeptoren sind für Reizaufnahme und -umwandlung verantwortlich. Sie sind hochselektiv,
d. h., sie reagieren nur auf adäquate Reize einer bestimmten Reizart (= Modalität). Fotorezeptoren reagieren hochempfindlich auf Lichtreize, sind jedoch gegenüber Schall oder Druck völlig
unempfindlich. Erreicht ein adäquater Reiz einen Rezeptor, wie im Fall der lichtempfindlichen
Fotorezeptoren Licht, so wird der Reiz über Veränderungen des Membranpotenzials in elektrische Erregung umgewandelt. Das eingehende Signal wird dabei verstärkt. Ein einzelnes
Lichtquant, das als Reiz auf eine Lichtsinneszelle trifft, kann über eine Erregungskaskade bis
zu 170 000-fach verstärkt werden. So können selbst schwache Reize zu einem deutlichen Ausgangssignal führen, das von der erregten Sinneszelle über Nervenzellen an das Gehirn weitergeleitet wird.
Zu den Augentypen, die Bilder der Umwelt erzeugen können, gehören das Blasenauge, wie
es etwa beim Tintenfisch Nautilus vorkommt, das Linsenauge, wie es Säugetiere, zum Beispiel
der Mensch, besitzen, und das Komplexauge, das für Insekten typisch ist. Libellen sind ein
Beispiel für Insektenarten mit besonders leistungsfähigen Komplexaugen.
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(siehe Grafik)
Beim Blasenauge entsteht das Bild im Grunde wie bei einer Lochkamera nur durch das Sehloch. Dabei ist das Bild umso schärfer, allerdings auch umso lichtschwächer, je enger das Sehloch ist. In einem genau bemessenen Abstand zum Sehloch befindet sich in einer Einsenkung
das Sinnesepithel. Hier wird das empfangene Bild in elektrische Erregung codiert.
Ein hoch entwickeltes Linsenauge – wie das der Säugetiere – enthält eine Reihe von Hilfsstrukturen, die eine Bildentstehung ermöglichen bzw. die Bildqualität verbessern. Das sind in
erster Linie die Linse und die Cornea, die Licht brechen und so zur Bildentstehung beitragen.
Der Glaskörper im Auge sorgt dafür, dass der Abstand von Linse und Netzhaut immer gleich
ist. Weil die Krümmung der Linse und damit ihre Brechkraft veränderlich ist, können sowohl
nahe als auch weit entfernte Objekte scharf abgebildet werden. Die Iris regelt die Menge des
einfallenden Lichts und schützt damit die Netzhaut; sie beeinflusst aber auch die Schärfe des
entstehenden Bilds.
Beim Komplexauge dient jedes Einzelauge (Ommatidium) zur Erzeugung eines einzelnen Bildpunkts. Daher kann das vom Komplexauge gelieferte Bild nur maximal so viele Pixel enthalten, wie es im Auge Ommatidien gibt. Ommatidien besitzen ähnlich dem Linsenauge einen
lichtbrechenden Apparat, bestehend aus einer Linse und einem Kristallkegel, der das einfallende Licht zum Rhabdom (lichtleitender Apparat aus den Mikrovillisäumen der Lichtsinneszellen
eines Ommatidiums) lenkt.
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Bei einem Vergleich fällt auf, dass auch der Weinschwärmer – wie der Mensch – über drei
verschiedene Zapfentypen verfügt. Auch er ist also zum trichromatischen Farbensehen in der
Lage. Allerdings weicht seine spektrale Empfindlichkeit von der des Menschen ab: Der für die
größte Wellenlänge empfindliche Zapfentyp des Weinschwärmers entspricht mit seinem Absorptionsmaximum in etwa dem der M-Zapfen des Menschen. Der Zapfentyp des Weinschwärmers mit der mittleren Empfindlichkeit ist mit den K-Zapfen des Menschen vergleichbar. Man
könnte sagen, der Weinschwärmer besitzt einen zusätzlichen Zapfentyp, der auch für UV-Licht
empfindlich ist, während ihm der für langwelliges Licht empfindliche L-Zapfentyp fehlt.
Man kann davon ausgehen, dass der Weinschwärmer Licht mit einer Wellenlänge von
630 nm, das wir als rot empfinden, nicht als eigene Farbe sehen kann. Wenn doch ein Farbeindruck entsteht, wird er nicht von gelb oder orange verschieden sein, aber dunkler erscheinen.
Schließlich ist hierbei jeweils nur der im Diagramm rechte Zapfentyp mit einer maximalen
Empfindlichkeit bei 525 nm erregt.
Licht mit der Wellenlänge von 530 nm und 430 nm können Menschen wie Weinschwärmer jeweils als Farben sehen: Bei beiden sind jeweils mehrere Zapfentypen erregt, was eine wichtige
Voraussetzung für die Unterscheidung von Farben ist. Ob allerdings der „subjektive“ Farbeindruck vergleichbar ist, lässt sich nicht beurteilen.
Licht mit der Wellenlänge 330 nm können wir Menschen nicht mehr erkennen, wohl aber der
Weinschwärmer, der einen Zapfentyp besitzt, der bei dieser Wellenlänge fast maximal erregt
ist.
Hier sind, je nach Hypothese, mehrere Lösungen möglich. Man kann die Hypothese aufstellen, dass Statocysten nicht zum Hören taugen. Begründung: Es stimmt zwar, dass die Statocysten genau wie die Cochlea des Menschen Haarsinneszellen enthält, aber Haarzellen allein
machen noch kein Ohr aus. Die Hilfsstrukturen in der Statocyste, vor allem der Statolith, würden eine Wahrnehmung von Wellen und Schwingungen eher behindern. In der Cochlea des
menschlichen Innenohrs sind die Haarsinneszellen mit einer schwingenden Membran verbunden. Etwas Ähnliches müsste man für andere Sinnesorgane zur Schallwahrnehmung auch erwarten.
Wenn man die Statocysten der Qualle mit einem Sinnesorgan des Menschen vergleichen möchte, wird man im Innenohr fündig: Utriculus und Sacculus enthalten eine Statolithenmembran
( S. 194 im Lehrbuch). Diese Strukturen dienen beim Menschen als Lagesinnesorgane. Man
kann daher davon ausgehen, dass auch die Statolithen der Qualle Lagesinnesorgane sind.
(siehe Grafik)
Wenn sich die Qualle im Schwerefeld der Erde neigt, kippen die Statolithen in eine bestimmte
Richtung. Dadurch werden die Haarsinneszellen, die über ihre Cilien mit den Statolithen in
Verbindung stehen, in eine bestimmte Richtung ausgelenkt. Da die Transmitterausschüttung
der Haarsinneszellen richtungsspezifisch ist, enthält die Erregung dieser Zellen Informationen
über die Neigung des Schirms im Raum.
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Man kann davon ausgehen, dass Sinnesorgane für das Hören schwingende Membranen
enthalten müssen. Im Fall des Menschen gibt es sogar eine ganze Reihe davon: Trommelfell,
ovales und rundes Fenster sowie die Membranen im Innern der Cochlea. Diese Membranen
werden von den Luftschwingungen – aus denen Schall ja besteht – passiv in Bewegung versetzt, was letztlich zur Auslenkung der Haarsinneszellen führt. Die Gehörknöchelchen, aber
auch der Bau der Cochlea mit ihren verschiedenen flüssigkeitsgefüllten Räumen dienen zur
Verstärkung der Schwingungen sowie zur Analyse der Tonhöhen (Cochlea).
Bei Lagesinnesorganen sind die Haarzellen meist in eine Gallerte eingebettet, die durch Calciumcarbonatkristalle zusätzlich beschwert wird. Eine solche Konstruktion kippt sehr leicht
zur Seite, wenn man sie neigt. Die Gallertschicht mit den Statolithen richtet die eingelagerten
Haarsinneszellen entsprechend der Lageveränderungen in Neigungsrichtung aus.
Sinnesorgane für Drehbeschleunigung enthalten einen mit Flüssigkeit gefüllten Raum, in dem
es aufgrund der Trägheitskraft zu Relativbewegungen von Flüssigkeit und Wand des Kompartiments kommen kann. Hier sind also vor allem die Flüssigkeit und die räumliche Ausrichtung
der Kompartimente für die Funktion wesentlich.
Das Seitenlinienorgan der Fische kann den Ursprungsort von Wasserwellen orten. Entscheidend dabei ist die räumliche Verteilung der einzelnen Rezeptoren (Haarsinneszellen) im Innern
von Kanälen, die sich über die Längsseiten des Tiers erstrecken. Nur so ist gewährleistet, dass
bestimmte Rezeptoren (auf der einen oder anderen Körperseite) früher als andere von einer
Druckwelle erfasst werden. Und gerade diese Laufzeitunterschiede sind es, die – wie bei den
Ohren des Menschen – eine Ortung der Reizquelle erlauben.
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