Aufbau der Netzhaut
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Grundlagen zum Thema Aufbau der Netzhaut
Aufbau der Netzhaut – Biologie
Hast du dich schon einmal gefragt, wie deine Netzhaut aufgebaut ist? Wie kannst du Farben erkennen und warum sagt man, dass nachts alle Katzen grau sind? Welche Schichten es in der Netzhaut gibt, was für eine Funktion die Netzhaut hat und wie sie aufgebaut ist, erfährst du in diesem Text.
Aufbau und Funktion der Netzhaut
Die Netzhaut (Retina) dient der Wahrnehmung von Lichtreizen. Sie besteht aus mehreren Schichten von Nervenzellen, einer Schicht aus Lichtsinneszellen (Fotorezeptoren) und einer lichtundurchlässigen Pigmentschicht. Angrenzend an die Netzhaut findet man die Aderhaut, die die Netzhaut mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt. An einem Punkt der Netzhaut, der auch als blinder Fleck bezeichnet wird, tritt der Sehnerv (Nervus opticus) aus. Hier befinden sich keine Lichtsinneszellen. In dem folgenden Bild kannst du den Aufbau der Netzhaut sehen:
Die Lichtsinneszellen
Die Lichtsinneszellen befinden sich auf der lichtabgewandten Seite, wobei auf einer Fläche von einem Quadratmillimeter 400 000 Lichtsinneszellen zu finden sind.
Es wird zwischen zwei Arten von Lichtsinneszellen unterschieden: den länglichen Stäbchen und den dickbauchigen Zapfen.
Die Aufgabe der Stäbchen ist die Hell-Dunkel-Wahrnehmung, während die Zapfen für die Farbwahrnehmung verantwortlich sind. Sowohl die Stäbchen als auch die Zapfen können keine Aktionspotenziale bilden. Zapfen sind weniger lichtempfindlich und es wird noch zwischen rot-, blau- und grünempfindlichen Zapfen unterschieden. Ein rotempfindlicher Zapfen kann besser rotes Licht wahrnehmen, während ein blauempfindlicher Zapfen besser blaues Licht wahrnehmen kann.
Aufgrund der geringen Lichtempfindlichkeit der Zapfen kannst du in der Dunkelheit keine Farben mehr erkennen. Darum sagt man auch, dass nachts alle Katzen grau sind.
Die Nervenzellen
Die Stäbchen und die Zapfen sind mit den Bipolarzellen über Synapsen verbunden, die dann wiederum mit den Ganglienzellen verbunden sind. Beide Zelltypen sind Nervenzellen. Die Axone der Ganglienzellen bilden den Sehnerv (Nervus opticus), dessen Austrittspunkt sich auf der Netzhaut befindet.
Die Horizontalzellen und Amakrinzellen bilden Querverschaltungen. Sie finden sich ebenfalls in den Nervenzellschichten. Bevor die Signale zu den Ganglienzellen gelangen, werden sie bereits verrechnet und beispielsweise verstärkt oder abgeschwächt.
Der Mensch hat beim Farbsehen eine höhere räumliche Auflösung, weil jeder Zapfen mit nur einer Bipolarzelle verbunden ist. Bei den Stäbchen sieht das anders aus: Mit einer Bipolarzelle können mehrere Stäbchen verbunden sein.
Die Stäbchen und Zapfen sind ungleichmäßig verteilt. Es gibt etwa achtzehnmal so viele Stäbchen wie Zapfen auf unserer Netzhaut und zum Rand der Netzhaut hin nimmt die Zapfendichte ab. Am gelben Fleck (Makula) ist die Zapfendichte am größten.
Wie sind die Stäbchen und Zapfen aufgebaut?
Stäbchen und Zapfen sind aus einem Außensegment aufgebaut. Die Zellmembran ist so gefaltet, dass Disks (Membranscheibchen) entstehen. Im Inneren befinden sich der Zellkern und Mitochondrien. Der Zellfortsatz (Axon) gibt die Signale an die Bipolarzellen oder die Horizontalzellen weiter.
Die Erregung der Stäbchen und Zapfen
Und wie wird nun der Lichtreiz an das Gehirn weitergeleitet? Das schauen wir uns jetzt genauer an: Die Disks der Stäbchen enthalten den Sehpurpur (Rhodopsin) und die der Zapfen Iodopsin. Rhodopsin besteht aus dem Protein (Eiweiß) Opsin und einem Aldehyd des Vitamins A (Retinal). Das Retinal kann zwei unterschiedliche Raumstrukturen annehmen, wovon sich aber nur das 11-cis-Retinal mit dem Opsin verbinden kann. Trifft also nun Licht auf das 11-cis-Retinal wird das Opsin abgespalten und das Retinal ändert seine Raumstruktur zu all-trans-Retinal. Das abgespaltene Opsin löst eine Reaktionskette, den sogenannten Transduktionsprozess, aus. Es handelt sich um einen Umwandlungsprozess, wobei am Ende ein Signal an das Gehirn geleitet wird.
Die Pigmentschicht
Die Lichtsinneszellen liegen auf der lichtundurchlässigen Pigmentschicht, die auf der Aderhaut liegt. Die Pigmentschicht ist durch Melanin dunkel gefärbt. Die Aufgabe der Pigmentschicht besteht darin, das nicht absorbierte Licht der Stäbchen und Zapfen aufzunehmen. Es wird damit die Lichtreflexion vermieden.
Was passiert, wenn Licht auf dein Auge trifft?
Trifft Licht aufs Auge, muss es zunächst durch die Hornhaut, die Linse und den Glaskörper und wird dabei gebündelt. Anschließend trifft es auf die Netzhaut. In der Netzhaut passiert es zunächst die Nervenzellschichten, bevor es von den Lichtsinneszellen in elektrische Signale übersetzt und weitergeleitet wird. Diese Signale werden über die Nervenzellen zum Sehnerv und von dort zum Gehirn geleitet.
Netzhaut Aufbau – Zusammenfassung
In diesem Video lernst du, wie die Netzhaut aufgebaut ist, und du erfährst, wie die Erregung der Stäbchen und Zapfen durch Lichtreize funktioniert. In der Tabelle kannst du die wichtigsten Funktionen der Netzhaut zusammengefasst nachlesen:
| Bestandteil Netzhaut und Auge | Beschreibung/Funktion(en) |
|---|---|
| Stäbchen | Schwarz-Weiß-Sehen Umwandlung von Lichtreizen in elektrische Signale verbunden mit Bipolarzellen |
| Zapfen | Farbsehen Umwandlung von Lichtreizen in elektrische Signale verbunden mit Bipolarzellen |
| Bipolarzellen | Die Bipolarzellen sind mit den Ganglienzellen verbunden. |
| Ganglienzellen | Die Axone der Ganglienzellen bilden den Sehnerv. |
| Horizontalzellen und Amakrinzellen | Verschaltung der Informationsflüsse |
| Gelber Fleck (Makula) | höchste Zapfendichte |
| Sehnerv | Axone der Ganglienzellen, Weiterleitung der Reize zum Gehirn |
Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zu dem Thema Aufbau der Netzhaut, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!
Transkript Aufbau der Netzhaut
Hallo, mein Name ist Carina. Heute erkläre ich dir den Aufbau der „Netzhaut“ beim menschlichen Auge. Dabei gehe ich näher auf den Bau der „Stäbchen“ und „Zapfen“ ein. Und erkläre dir ihre Funktion. Außerdem lernst du den Sehfarbstoff kennen. Und wie eine Erregung der Sehsinneszellen funktioniert. Also fangen wir gleich an. Die Netzhaut, auch „Retina“ genannt, enthält auf der lichtabgewandten Seite die Sehsinneszellen. Man unterscheidet hier zwei Arten von Rezeptoren. Zum einen gibt es die Stäbchen und zum anderen Zapfen. Stäbchen sind für die Hell-Dunkel-Wahrnehmung wichtig. Und Zapfen für das Farbsehen. Stäbchen und Zapfen sind nicht in der Lage Aktionspotentiale zu bilden. Schauen wir uns die Netzhaut einmal genauer an. Die Netzhaut besteht aus drei unterschiedlichen Zellschichten. Die Zapfen und Stäbchen sind über Synapsen mit Bipolarzellen verbunden. Diese Bipolarzellen sind wiederum mit Ganglienzellen verbunden. Von den Axonen der Ganglienzellen, also sozusagen den Enden gen Ganglien wird der Sehnerv gebildet. Außerdem sind dir wahrscheinlich schon diese eigenartigen Zellen aufgefallen. Das sind Horizontalzellen und hier, hier sind „Amakrinzellen“. Sie bilden Quer Verschaltungen mit denen bereits in der Netzhaut eine erste Verrechnung der Bildwahrnehmung stattfindet. Man muss beachten, dass das Licht durch die Zellschichten geht, bevor es auf die Zapfen und Stäbchen trifft. Hingegen ergeht die Erregung der Zellen aber entgegengesetzt. In der Regel sind mehrere Stäbchen mit einer Bipolarzelle verbunden. Hingegen ist nur je ein Zapfen mit nur einer Bipolarzelle verknüpft. Dadurch hat beim Menschen das Farbsehen eine bessere räumliche Auflösung, als die Hell-Dunkel-Erkennung. Zudem sind Zapfen und Stäbchen nicht gleichmäßig auf der Netzhaut verteilt. Auf einen Zapfen kommen etwa 18 Stäbchen. Insgesamt sind auf einem 1mm² etwa 400000 Sehsinneszellen zu finden. Zum Vergleich sind das mehr als 4x so viele Zellen, wie das Berliner Olympiastadion Sitzplätze hat. In der „Fovea Centralis“, dem Ort des schärfsten Sehens, der etwas oberhalb des Sehnervs liegt, sind nur Zapfen zu finden. Die Zapfendichte nimmt zum Rand der Netzhaut ab. Hier siehst du ein Stäbchen und zum Vergleich einen Zapfen. Die Stäbchen sind schlank und etwas länger, als die dickbauchigen Zapfen. Es gibt nur eine Art von Stäbchen, die zwar lichtempfindlicher als Zapfen sind, dafür aber farbenblind. Zapfen sind etwas dicker und kürzer als Stäbchen. Es gibt unterschiedliche Arten von Zapfen, die für einen bestimmten Lichtbereich empfindlicher sind als andere. Man spricht deshalb auch von Rot-, Blau- und Grün-Zapfen. Vereinfacht gesagt, kann deshalb ein Zapfen besser rotes Licht wahrnehmen, als ein anderer. Zapfen haben eine geringere Lichtempfindlichkeit als Stäbchen. Deshalb kann man beispielsweise in der Dunkelheit keine Farben mehr sehen. Das Sprichwort, „nachts sind alle Katzen grau“ kann man somit auch wissenschaftlich erklären. Schauen wir uns die Sehsinneszellen einmal genauer an. Das hier ist ein Stäbchen. Es besteht aus einem „Außensegment“, hier ist die „Zellmembran“ eingefaltet, so dass „Scheibchen“ bzw. die sogenannten „Disks“ entstehen. Das innere Segment enthält den Zellkern und endet mit einem Zellfortsatz, der die Signale an die Bipolarzellen oder Horizontalzellen weitergibt. Die „Erregung“. Die Disks der Stäbchen enthalten den „Sehpurpur“. Auch „Rhodopsin“ genannt. In Zapfen ist anstatt Rhodopsin, „Iodopsin“ zu finden. Wenn Licht auf den roten Farbstoff trifft, wird eine Erregung ausgelöst. Das Rhodopsin besteht aus einem Protein, beziehungsweise Eiweiß, dem sogenannten „Opsin“ und dem „Retinal“, einem Kohlenwasserstoff beziehungsweise einem Aldehyd des Vitamins A. Das Molekül des Retinales kann zwei verschiedene Raumstrukturen annehmen. Allerdings kann sich nur eine dieser Raumstrukturen, das sogenannte „11-cis-Retinal“ mit dem Opsin verbinden. Wenn Licht auf das 11-cis-Retinal trifft, wird es vom Opsin abgespaltet. Da die Raumstruktur in das „all-trans-Retinal“ geändert wird. Das freie Opsin kann somit als Enzym eine Reaktionskette auslösen. Man spricht von einem Transduktionsprozess. Das heißt einem Umwandlungsprozess, bei dem letztendlich ein Signal an das Gehirn weitergegeben wird. Fassen wir zusammen, was du heute gelernt hast: Es gibt „Stäbchen“ und „Zapfen“ in der menschlichen „Netzhaut“. Stäbchen und Zapfen sind unregelmäßig auf der Netzhaut verteilt. In der „Fovea centralis“ befinden sich ausschließlich Zapfen. In Richtung der Ränder der Netzhaut nimmt die Anzahl an Zapfen ab. Stäbchen sind für die Hell-Dunkel-Wahrnehmung und Zapfen für das Farbsehen wichtig. Es gibt nur eine Art von Stäbchen, hingegen gibt es Rot-, Blau- und Grünzapfen, die jeweils für Licht einer bestimmten Wellenlänge empfindlich sind. Stäbchen enthalten das „Seh-Purpur“ beziehungsweise „Rhodopsin“, welches durch den Einfluss von Licht zerfällt und eine Reaktionskette auslöst. Zapfen enthalten Iodopsin. Na, alles klar? Dann bis zum nächsten Mal. Tschüss, eure Carina
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Echt tollen Video... einfach erklärt und gut zu verstehen
Hallo Hulk2020,
das stimmt, es kann auch vorkommen, dass mehrere Zapfen mit einer Bipolarzelle verknüpft sind. Dies betrifft aber nur wenige Zapfen. Durch die Verknüpfung mit nur einer Bipolarzelle, kann das Bild in viele Bildpunkte aufgelöst werden. Dies ist optimal für das Scharfsehen.
Liebe Grüße aus der Redaktion
Es können aber mehrere Zapfen auch mit einer bipolaren Schaltzelle verknüpft sein oder lieg ich da falsch
Gutes Video und gut erklärt, aber viel zu langsam geredet, da fällt es einem schwer sich zu konzentrieren.
Hallo Samil, wir arbeiten gerade daran, dass unsere Videos Übungen mit mehreren Aufgabenteilen bekommen. Zum Thema Auge findest du eine solche Übung hier:
http://www.sofatutor.com/biologie/videos/auge-aufbau-und-funktion-vertiefungswissen
Melde dich gerne, falls du Fragen hast.