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Stäbchen und Zapfen
Wo liegt der Unterschied?
 Auf der Netzhaut des Auges gibt es zwei verschiedene Arten von Sinneszellen, die auf unterschiedliche Lichtwellenlängen ansprechen. Sogenannte Stäbchen ermöglichen das Sehen in der Dämmerung/Nacht, das auch unter dem Begriff des skotopischen Sehens (griech. skotos = Dunkelheit) bekannt ist. Diese Sinneszellen verfügen über eine besondere Lichtempfindlichkeit und können schon bei geringer Lichtmenge (z.B. schwaches Mondlicht) für das Gehirn verwertbare Impulse erzeugen. Der andere Rezeptorentypus ist für das Sehen bei Tag verantwortlich und besitzt ebenfalls mit dem photopischen Sehen (griech. photos = Licht) einen eigenen Fachbegriff. Bei Tageslicht reagieren die sogenannten Zapfen. Hier kann zwischen drei verschiedenen Typen von Zapfen unterschieden werden: S-Zapfen (reagieren auf blau), M-Zapfen (reagieren auf grün) und L-Zapfen (reagieren auf rot). Die Abkürzungen stehen für den jeweiligen Wellenlängenbereich auf den die einzelnen Zapfentypen reagieren (short, medium und long).
Tabelle: Vergleich von Stäbchen und Zapfen
Synonym: Epitheliocytus neurosensorius bacillifer 1 DefinitionAls Stäbchen werden auf die Lichtwahrnehmung spezialisierte Sinneszellen der Netzhaut bezeichnet. Es sind pro Auge ca. 110 Millionen Stäbchen vorhanden, die zusammen mit den ungefähr 6 Millionen Zapfen auf 1 Million Ganglienzellen konvergieren. Die Stäbchen dienen vornehmlich dem skotopischen Sehen (Nacht- bzw. Dämmerungssehen). 2 PhysiologieDie Stäbchen dienen dabei vornehmlich der Hell-Dunkel-Wahrnehmung. Bei Einfall von Licht zerfällt in den Stäbchen der Sehfarbstoff Rhodopsin (bestehend aus Opsin + 11-cis-Retinal). Dadurch werden Erregungen gebildet, die über Nervenzellen weitergeleitet werden können. siehe auch: Sehvorgang 3 HistologieDie Kerne der Rezeptorzellen bilden anatomisch die äußere Körnerschicht der Retina. Die Stäbchen sind indirekt über amakrine Zellen mit den Zapfenbipolarzellen verbunden und liegen parafoveal. Sie haben einen Durchmesser von etwa 3 µm. Stäbchen bestehen aus einem Aussen- und einem Innenglied, die nur über ein dünnes Cilium miteinander verbunden ist. Die Außensegmente der Stäbchen sind lang, schmal und grenzen an das retinale Pigmentepithel, welches abgeschnürte, alte Membranstapel phagozytiert. In den Stäbchenaussengliedern liegen an die 1.000 Membranscheibchen, die den Sehfarbstoff Rhodopsin enthalten. Rhodopsin selbst besteht aus dem Glykoprotein Opsin und einer chromophoren Gruppe, dem 11-cis-Retinal, einem Aldehyd des Retinols (Vitamin A).
Damit haben wir die Grundlagen des Farbsehens zusammengetragen. Aber wie funktioniert das genau? Wie kommen Farben, die es physikalisch nicht gibt, nun wirklich ins Hirn?
Den entscheidenden Schlüssel für das Verständnis des Farbensehens liefern die lichtempfindlichen Sinneszellen der Netzhaut. Von diesen Fotorezeptoren gibt es zwei Sorten: Stäbchen und Zapfen. In beiden Rezeptortypen sind Sehpigmente eingelagert, die auf eine bestimmte Wellenlänge optimal reagieren. Das in den Stäbchen eingelagerte Sehpigment heißt Rhodopsin und wird wegen seiner roten Farbe auch Sehpurpur genannt. Das Sehpigment der Zapfen heißt Iodopsin. Rhodopsin und Iodopsin sind lichtempfindliche Einweißmoleküle mit unterschiedlichen Farbstoffzusätzen. Sie ändern ihre chemische Beschaffenheit, sobald Licht in die Rezeptorzellen fällt.
Die Netzhaut des menschlichen Auges ist mit etwa 120 Millionen Stäbchen besetzt, die für das Dämmerungssehen optimiert sind. Sie nehmen hauptsächlich Hell-Dunkel-Kontraste wahr und vermitteln die Wahrnehmung von Grautönen (Detektionsempfindlichkeit). Hätten wir nur Stäbchen, erschiene uns die Welt ausschließlich schwarz und weiß.
Die rund sieben Millionen Zapfen sind für das hochauflösende Farbensehen bei Tage und die Bewegungswahrnehmung zuständig. Sie kommen in drei spezialisierten Typen vor, die sich durch die Zusammensetzung des Sehpigments und die optimal aufgenommene Wellenlänge unterscheiden. Stark vereinfacht gibt es Zapfen, deren Sehpigment am stärksten auf Rot, beziehungsweise Grün oder Blau anspricht. Der chemische Prozess, den die aufgenommene Lichtenergie in den Fotorezeptoren anstößt, wandelt das optische Signal in einen elektrischen Nervenimpuls um. Anschließend setzen die so genannten Ganglienzellen diesen elektrischen Reiz in ein neuronales Signal um, der das Gehirn über unterschiedliche Schaltstellen und Leitungswege erreicht.
Zapfen und StäbchenEs gibt es zwei verschiedene, nach ihrer Form benannten Lichtsinneszellen: die Zapfen und die Stäbchen. Sie reagieren unterschiedlich auf Helligkeit und sind die wichtigsten Zellen der Netzhaut. Wir besitzen etwa 6 Millionen Zapfen und 125 Millionen Stäbchen. Die Stäbchen sind - wie ihr Name ahnen lässt - dünn und länglich. Sie sind sehr lichtempfindlich und reagieren dank dem Sehpigment Rhodopsin schon auf wenig Licht. Sie ermöglichen uns, in der Dämmerung und sogar in der Nacht zu sehen. Allerdings nur in Schwarz-Weiss. Die kegelförmigen Zapfen werden durch die Spaltung ihres Sehpigments Photopsin erst bei relativ hellem Licht aktiv. So werden sie in der Dämmerung oder in der Nacht nicht angeregt. Dafür können wir aber bei Tageslicht mit ihrer Hilfe die verschiedensten Farben wahrnehmen. FarbensehenWeisses Licht setzt sich aus Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen zusammen. Licht einer bestimmten Wellenlänge hat eine bestimmte Farbe. Mischt man die 3 Grund-Lichtfarben (Rot, Grün und Blau), erhält man weiss. Mehr dazu kannst du auch im Artikel "Was ist Licht? Und wie ermöglicht es uns zu sehen?" lesen. Unser Auge ist empfindlich für Licht mit Wellenlängen zwischen 400 (bläuliches Licht) und 700 (rötliches Licht) Nanometern. Wir können Farben unterscheiden, weil wir drei Typen von Zapfen besitzen. Jeder Typ wird bei einer anderen Wellenlänge angeregt. Der Grund dafür sind die verschiedenen Photopsin-Arten, die die Zapfen besitzen, die jeweils nur bei einer bestimmten Wellenlänge reagieren. Die Zapfentypen werden in Rot-Zapfen (R), Grün-Zapfen (G) und Blau-Zapfen (B) unterteilt - benannt nach den drei Grundfarben des Lichts. Manchmal werden sie auch als L (long)-, M (medium)- und S (short)-Zapfen bezeichnet, in Anlehnung an die langen, mittleren oder kurzen Wellenlängen auf die sie reagieren. Damit wir eine Farbe erkennen, werden die Signale aller drei Zapfentypen kombiniert. Meistens werden zwei oder alle drei Zapfentypen mehr oder weniger angeregt, wenn wir Farben sehen. So erregt beispielsweise die Farbe Gelb die Rot- und Grün-Zapfen gleich stark. Die Signale, die von den Rot- und Grün-Zapfen gesendet werden, gelangen in unser Gehirn. Diese Kombination von Signalen interpretiert unser Gehirn als Farbe Gelb. Beide Signale sind gleich stark. Denselben Effekt erreicht man auch, wenn man rotes und grünes Licht miteinander mischt. Auch dies nehmen wir als Gelb wahr. Je nachdem, wie fest welche Zapfentypen angeregt werden, werden also pro Zapfentyp mehr oder weniger Signale ans Gehirn gesendet. Dieses verarbeitet die ankommenden Signale und kann so alle Farben "mischen". Deshalb ist es für uns möglich, die Umwelt so farbig wahrzunehmen, wie sie uns erscheint. |
Welche aufgabe haben die stäbchen im auge
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