Aufgaben: Sinnesorgane des Menschen I. Das Auge 1. Beschrifte den Schnitt durch das Auge. 2. Benenne die Bedeutung folgender Teile des unter 1 abgebildeten Auges: c, d, e, f, g, h, i, k, l, n, o und p. 3. Beschreibe den Zustand der Linse, des Ringmuskels und der Linsenbänder bei der Scharfeinstellung des Auges a) auf einen entfernten und b) auf einen nahen Gegenstand. 4. Beschreibe das Bild, wie es auf der Netzhaut abgebildet wird. 5. Welche Bedeutung haben a) die Stäbchen und b) die Zapfen der Netzhaut und wie unterscheiden sie sich in hirer Form? 6. Wo kommen a) die Stäbchen und b) die Zapfen in der Netzhaut überwiegend vor und wie sind sie mit ihren Nervenzellen verschaltet? 7. Warum kann man am gelben Fleck besonders gut sehen? 8. Warum kann man am blinden Fleck überhaupt nicht sehen? 9. Welcher Fehler liegt a) bei Kurzsichtigkeit und b) bei Weitsichtigkeit im Auge vor, welche Probleme ergeben sich für den Betroffenen und durch welchen Brillentyp kann ihm jeweils geholfen werden? 10. Welcher Fehler liegt bei der Altersweitsichtigkeit vor? 11. Welche Bedeutung haben die Schaltzellen in der Netzhaut? 12. Nenne fünf Mechanismen, die uns das räumliche Sehen bzw. das Schätzen von Entfernungen ermöglichen. 13. Beschreibe und begründe die unterschiedliche Stellung der Augen am Kopf von Maus und Eule.
14. Erläutere das Dämmerungssehen (von der Dunkelheit über die Dämmerung bis zum hellen Licht). 15. Wie funktioniert die Kontrastverstärkung im Auge? 16. Ein Film besteht aus vielen einzelnen Bildern. Warum sehen wir bei der Vorführung eine kontinuierlich fortlaufende Handlung? 17. In welchem Teil des Gesichtsfeldes können wir Bewegungen besonders gut wahrnehmen? Warum? Wie funktioniert dieses? 18. Welche Typen von Zapfen besitzen wir? (Welche Farben sehen wir mit ihnen?) 19 a) Warum ist Vitamin A für den Sehvorgang wichtig? b) Beschreibe die molekularen Veränderungen in einem Stäbchen, wenn es von Licht getroffen wird. 20. Was ist hier gezeigt? - Beschrifte! 21. Beschreibe den Vorgang der Impulsübertragung in der Synapse. 22. Wie wirken a) das Pfeilgift Curare und b) das Insektizid E 605 in der Synapse und welche Folgen treten jeweils ein?
Sinnesorgane des Menschen Lösungen: 1. a: Lederhaut, b: Aderhaut, c: Pigmentschicht, d: Glaskörper, e: gelber Fleck, f: Netzhaut, g: Sehnerv, h: blinder Fleck, i: Linse, k: Linsenbänder, l: Ringmuskel, m: oberes Augenlid, n: Hornhaut, o: Iris, p: Pupille, q: vordere Augenkammer, r: Bindehaut 2. c: Verhinderung von Lichtreflexion, d: Lichtbrechung, e: Ort des schärfsten Sehens, Farbsehen, f: Registrieren der Lichtreize / Aufnahme des Bildes, g: Fortleiten von Elektroimpulsen zum Gehirn, h: Austrittsstelle des Sehnervs, kein Sehvermögen, i: Lichtbrechung, Scharfeinstellung des Bildes, k: Scharfeinstellung des Bildes durch Veränderung der Linsenwölbung, l: Scharfeinstellung des Bildes durch Spannung / Entspannung der Linsenbänder, n: Lichtbrechung, o: Regulation der einfallenden Lichtmenge / Blende, p. Öffnung für den Lichteinfall 3. a: Linse flach, Ringmuskel erschlafft, Linsenbänder gespannt, b: Linse gewölbt, Ringmuskel gespannt, Linsenbänder erschlafft 4. Verkleinert, auf dem Kopf stehend, seitenverkehrt 5. Stäbchen: Hell-Dunkel-Sehen, schmal und lang Zapfen: Farbsehen, kurz und dick 6. a. Stäbchen: Randbezirke der Netzhaut, Verschaltung bis 125 : 1 b. Zapfen: um den gelben Fleck / Zentrum der Netzhaut, Verschaltung 1 : 1 7. Am gelben Fleck sind die vorgelagerten Schalt- und Nervenzellen zur Seite gebogen, so dass sie den Lichteinfall nicht behindern; hier finden sich nur die für das Farbsehen wichtigen Zapfen; die Zapfen sind mit den Nervenfasern 1 : 1 verschaltet, so dass jeder Bildpunkt direkt im Gehirn abgebildet wird. 8. Der blinde Fleck ist die Austrittsstelle des Sehnervs, wo es keine Lichtsinneszellen gibt. 9. a) Der Augapfel ist zu lang, so dass sich die von einem Punkt eines entfernten Gegenstandes ausgehenden Lichtstrahlen durch die zu starke Brechung in der Linse vor der Netzhaut treffen. Der Betroffene sieht weit entfernte Gegenstände unscharf. Korrigiert wird mit Hilfe einer Zerstreuungslinse. b) Der Augapfel ist zu kurz, so dass sich die von einem Punkt eines nahen Gegenstandes ausgehenden Lichtstrahlen trotz maximaler Wölbung der Linse erst hinter der Netzhaut träfen. Der Betroffene sieht nahe Gegenstände unscharf. Korrigiert wird mit Hilfe einer Sammellinse. 10. Die Linse ist nicht mehr genügend elastisch, so dass sie sich selbst nicht mehr genügend wölbt. Die von nahen Gegenständen ausgehenden Lichtstrahlen werden nicht genügend gebrochen und träfen sich erst hinter der Netzhaut. 11. Sie leiten die Erregungen in Form von Elektroimpulsen an die Nervenzellen weiter, verrechnen sie aber auch bereits. 12. a) Die beiden Augen liefern zwei nicht deckungsgleiche Bilder. Der Unterschied zwischen beiden ist bei nahen Gegenständen besonders groß. b) Die Sehachsen stehen nicht immer parallel. Bei nahen Gegenständen sind sie nach innen verdreht. c) Die Größe des Bildes auf der Netzhaut ist abhängig von der Entfernung des gesehenen Gegenstandes. Weit entfernte Gegenstände ergeben ein kleines Bild. Aus Erfahrung wissen wir dieses einzuschätzen.
d) Die Anspannung des Ringmuskels und damit die Linsenwölbung ist abhängig von der Entfernung des betrachteten Gegenstandes. Bei nahen Gegenständen ist die Linse stark gewölbt. e) Die Atmosphäre der Erde lässt weit entfernte Gegenstände bläulich und unscharf erscheinen. 13. Bei der Eule sind die Augen nach vorne ausgerichtet, so dass die Bilder der beiden Augen sich weitgehend überlappen. Im großen Überlappungsbereich kann die Eule gut räumlich sehen, was für sie als Beutegreifer beim Abschätzen von Entfernungen sehr wichtig ist. Bei der Maus stehen die Augen seitlich am Kopf. Der Überlappungsbereich der Bilder ist nur gering. Dafür besitzt die Maus eine gute Rundumsicht, was für sie als Fluchttier besonders wichtig ist, um Fressfeinde frühzeitig wahrzunehmen. 14. Zapfen sind weniger lichtempfindlich als die Stäbchen, so dass wir in der Dämmerung keine Farben wahrnehmen können. Stäbchen gewöhnen sich an die Dunkelheit, indem sie aus der Pigmentschicht hervor gezogen werden und so mehr Licht aufnehmen. Die Gewöhnung dauert bis zu 30 Minuten. Die Lichtempfindlichkeit wird auf das 1000-fache gesteigert. 15. Nervenzellen stehen mit anderen Nervenzellen in vielfältigem Kontakt und können dabei ihre Nachbarn anregen oder hemmen, so dass es zu einer gegenseitigen Verrechnung von Erregungen kommt. Stäbchen sind dabei über die Schaltzellen mit ihren Nachbarn verbunden. Wird ein Stäbchen durch Lichteinfall erregt, hemmt es über die Schaltzellen seine Nachbarn in der Impulsweiterleitung. Es selbst wird durch die Nachbarzellen ebenfalls gehemmt. Befindet sich eine Stäbchen aber in der Nachbarschaft unerregter Stäbchen, die also auf einen dunklen Bereich des Bildes schauen, wird es nicht von diesen Nachbarn gehemmt und leitet ungebremst viele Impulse zum Gehirn. Dieses errechnet daraus eine übermäßige Helligkeit, die diese Sinneszelle abbildet. 16. Unser Auge kann maximal 18 Bilder pro Sekunde wahrnehmen. Erst nach einer 18-tel Sekunde klingt die Erregung der Sinneszellen ab. Im Film werden uns 20 oder mehr Bilder pro Sekunde geboten, so dass es schon während der abklingenden Erregung zu einer Überlagerung durch neue Erregungen kommt. Im Gehirn entsteht so der Eindruck einer kontinuierlichen Bewegung. 17. In den Randbezirken der Netzhaut. Damit wir von hinten kommende Feinde frühzeitig erkennen. In den Randbezirken der Netzhaut sind viele Stäbchen zusammen auf eine ableitende Nervenfaser verschaltet. Bewegt sich nun ein Objekt so, dass von ihm ausgehende Lichtstrahlen über diese Randbereiche wandern, überspringt das Bild immer wieder die Grenzen der gemeinsamen Verschaltung von Sinneszellen. In den auswertenden Gehirnbereichen entsteht damit der Eindruck einer stärkeren Bewegung, als sie in der Wirklichkeit vorliegt. Wir werden aufmerksam und wenden unseren Blick zu dieser Reizquelle. 18. Unsere Zapfen haben ihre höchste Empfindlichkeit bei blauem, grünem bzw. gelb-rotem Licht. 19. a) Vitamin A oder Retinol ist eine Vorstufe des Sehpurpurs (=Rhodopsin). Bei Mangel an Vitamin A tritt Nachtblindheit auf, da Rhodopsin bei der Umwandlung von Lichtreizen in Elektroimpulse durch die Stäbchen eine wichtige Rolle spielt. b) Sobald das Rhodopsin von Licht getroffen wird, zerfällt es (in Opsin und c-retinal). Dabei wird vom Stäbchen ein Elektroimpuls an den Sehnerv abgegeben. Unter Energieaufwand werden die Bruchstücke (über t-retinal) zu Rhodopsin zusammengefügt und stehen erneut für die Aufnahme eines neuen Lichtreizes zur Verfügung. 20. Synapse, a. Erregung (= ankommender Elektroimpuls), b. Endknöpfchen, c. synaptisches Bläschen mit Transmitter, d. synaptischer Spalt, e. subsynaptische Membran mit Rezeptoren
21. Im Endknöpfchen der Synapse ankommende Elektroimpulse führen dort zum Platzen synaptischer Bläschen. Der in ihnen enthaltene Überträgerstoff (=Transmitter) wird in den synaptischen Spalt entlassen. Empfängermoleküle (=Rezeptoren) in der subsynaptischen Membran der folgenden Nerven- oder Muskelzelle nehmen den Transmitter auf und führen dort zur Bildung eines neuen Elektroimpulses oder zur Erregung der Muskelzelle. 22. a) Curare blockiert die Rezeptoren für den Transmitter Erregungen werden nicht an die Muskelzellen weiter geleitet. Muskellähmungen, Atemstillstand und der Tod sind die Folge. b) E 605 verhindert den Abbau des freigesetzten Transmitters Wenn dieser nicht abgebaut wird, kommt es zu dauerhafter Erregung der Muskulatur. Muskelkrämpfe bis hin zum Tod sind die Folge.