Der Sehpurpurzyklus – Entstehung eines negativen Nachbildes

Der Sehpurpurzyklus – Entstehung eines negativen Nachbildes Übung

• Benenne den lichtempfindlichen Farbstoff des Auges.

  Tipps

  Der Farbstoff ist rot. Das kann man auch an seinem Namen erkennen.

  Lösung

  Der Sehfarbstoff bzw. das Sehpigment des Auges heißt Rhodopsin. Wegen seiner rötlichen Färbung wird es auch Sehpurpur genannt.
  Es befindet sich in den Stäbchen der Netzhaut und ist für das Sehen von hell und dunkel verantwortlich.

• Beschreibe, wie ein Nachbild entsteht.

  Tipps

  Betrachten wir eine helle Fläche, zerfällt viel Rhodopsin. Das löst viele elektrische Signale aus, die an das Gehirn gesendet werden. Dort kommt deshalb die Information „hell“ an.

  Das Nachbild entsteht auf einer weißen Fläche. Flächen, die auf dem eigentlichen Bild hell waren, erscheinen nun dunkel. Das liegt daran, dass vorher viel Rhodopsin zerfallen ist („hell“). Im Nachbild ist der Rhodopsinspeicher aufgebraucht und es werden keine elektrischen Signale an das Gehirn gesendet („dunkel“).

  Lösung

  Betrachten wir ein Schwarz-Weiß-Bild, treffen viele Bildpunkte auf die Stäbchen der Netzhaut.
  Bei einem weißen Bereich des Bildes zerfällt viel Rhodopsin. Das löst elektrische Signale aus, die an das Gehirn gesendet werden. Das Gehirn nimmt deshalb den weißen Bereich als „hell“ wahr.
  Ist ein Bereich dunkel, zerfällt für diese Bildpunkte wenig oder gar kein Rhodopsin. Wegen der fehlenden elektrischen Signale entsteht im Gehirn eine „dunkle“ Wahrnehmung.

  Hat man das Schwarz-Weiß-Bild nun einige Zeit fixiert und schaut dann auf eine weiße Fläche, dreht sich das Bild quasi um – wie bei einem unentwickelten Film einer Kamera ist ein Negativ entstanden. Wieso ist das so?
  Stäbchen, die vorher helle Flächen betrachtet haben, haben ihren Rhodopsinspeicher aufgebraucht. Die Rhodopsinmoleküle sind zerfallen. Deshalb kommen nun keine Signale beim Gehirn an, obwohl die Fläche weiß ist. Das Gehirn schließt aber aus den fehlenden Signalen auf eine „dunkle“ Fläche.
  Stäbchen, die vorher für dunkle Bildpunkte zuständig waren, haben noch einen vollen Rhodopsinvorrat. Dieser kann nun im Nachbild zerfallen und die Flächen erscheinen „hell“.

• Stelle den Sehpurpurzyklus grafisch dar.

  Tipps

  Wenn Licht auf das Sehpurpur fällt, dann zerfällt es in seine zwei Bestandteile.

  Das Sehzentrum befindet sich im Gehirn. Es wird durch elektrische Signale erregt.

  Lösung

  In der Netzhaut des Auges befinden sich viele Stäbchen und Zapfen. Zapfen sind für das Farbsehen verantwortlich, Stäbchen für das Hell-Dunkel-Sehen.

  In den Stäbchen befindet sich der lichtempfindliche Farbstoff Rhodopsin. Er wird auch als Sehpurpur bezeichnet.
  Trifft Licht auf die Stäbchen und damit auf den Sehpurpur, zerfällt dieser in zwei Bestandteile. Das löst eine elektrische Erregung aus, die über den Sehnerv an das Sehzentrum im Gehirn weitergeleitet wird.

  Durch Enzyme wird der Farbstoff wieder aufgebaut.

• Erkläre, warum man nach Verlassen eines dunklen Kinosaals draußen vom Licht geblendet wird.

  Tipps

  Im Kinosaal ist es ziemlich dunkel. Um bei dem wenigen Licht überhaupt etwas sehen zu können, muss mehr Licht ins Auge treffen. Weißt du, wie das vom Auge geregelt wird?

  Der Lichteinfall wird über die Iris geregelt. Sie ist hier grün dargestellt. Die Öffnung dazwischen heißt Pupille. Durch sie tritt Licht ins Auge.

  Lösung

  Betreten wir einen dunklen Raum, sehen wir erstmal gar nicht so viel. Wenn wir uns aber einige Minuten in der Dunkelheit aufhalten, können wir immer mehr wahrnehmen. Unsere Augen haben sich an die Dunkelheit „gewöhnt“. Was ist damit gemeint?

  Wie viel Licht in unsere Augen fällt, wird durch die Größe der Pupille bestimmt. Sie ist die Öffnung der Iris (Regenbogenhaut). Befinden wir uns in einer hellen Umgebung, ist die Pupille klein. Das verhindert, dass zu viel Licht die Netzhaut schädigt. Andersherum ist die Pupille groß, wenn die Umgebung dunkel ist. So kann möglichst viel von dem wenigen Licht ins Auge gelangen.
  Der Prozess der Anpassung heißt übrigens Adaptation.

  Bis sich die Augen an eine neue Lichtstärke „angepasst“ haben, vergeht immer etwas Zeit. Dabei erfolgt die Adaptation von dunkel zu hell wesentlich schneller als von hell zu dunkel.

  Aber nicht schnell genug. Treten wir vom dunklen Kino ins helle Tageslicht, befinden sich die Augen noch im Dunkelmodus. Deshalb ist die Pupille noch groß und es dringt zu viel Licht ins Auge – man wird geblendet. Da wegen des vielen Lichts quasi in allen Stäbchen nahezu alle Rhodopsinmoleküle zerfallen, laufen im Gehirn sehr viele elektrische Signale ein. Da ist es doch nicht verwunderlich, dass Gehirn daraus ableitet, dass wir direkt in die Sonne schauen. Oder?

• Vereinfache den Ablauf des Sehvorgangs.

  Tipps

  Zuerst sehen wir einen Gegenstand. Wie sehen wir ihn genau?

  Von der Netzhaut wird ein elektrisches Signal an das Gehirn geleitet, wo die eigentliche Wahrnehmung stattfindet.

  Lösung

  Betrachten wird einen Gegenstand, wird er von unserem Auge in viele Bildpunkte aufgeteilt. Für jeden Bildpunkt ergibt sich ein Netzhautpunkt. Und für jeden Netzhautpunkt ergibt sich ein Hirnbildpunkt im Sehzentrum des Gehirns.

• Entscheide, welche Auswirkungen ein Vitamin A-Mangel haben kann.

  Tipps

  Hier siehst du den schematischen Aufbau der Netzhaut des Auges. Du kannst gut die langgestreckten Stäbchen erkennen. Auch die Zapfen, die rot, grün und blau dargestellt sind, kannst du gut sehen.

  Wenn Rhodopsin nicht mehr aufgebaut werden kann, kann der Sehfarbstoff keine elektrischen Signale mehr an das Gehirn senden.

  Lösung

  Ein Mangel an Vitaminen ist generell nicht gut, denn jedes Vitamin wird von unserem Körper gebraucht. Hier findest du eine kleine Übersicht einiger Vitamine und wo sie enthalten sind:

  • Vitamin A beeinflusst die Sehkraft und die Erneuerung der Haut. (Leber, Fisch, Karotten)
  • Vitamin B$_2$ fördert die Konzentration. (Fleisch, grünes Blattgemüse)
  • Vitamin B$_6$ schützt vor Nervenschäden. (Leber, Kiwi)
  • Vitamin B$_{12}$ bildet neue rote Blutkörperchen. (Leber, Fisch, Milch)
  • Vitamin C schützt vor Infektionen. (Zitrusfrüchte, Acerola-Kirsche)
  • Vitamin D fördert die Calciumaufnahme. (Herstellung bei UV-Licht)
  • Vitamin E stärkt das Immunsystem. (Pflanzenöle)

  Ein Mangel an Vitamin A führt zur Nachtblindheit, zu trockenen Augen und einer Hornhautentzündung. Bei Kindern kann ein Vitamin A-Mangel zur Erblindung führen.
  Du siehst also, dass man auf Obst und Gemüse nicht verzichten sollte, denn sie enthalten fast alle lebenswichtigen Vitamine.