Zapfen (Auge): Fotorezeptoren zur Farbwahrnehmung

zapfen auge
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Mit Zapfen bezeichnet man die für die Wahrnehmung von farbigen Licht spezialisierten Sinneszellen (Photorezeptoren) in der Netzhaut des Auges. Sie dienen dem sogenannten photopischen Sehen (Tagsehen) und sind für die Wahrnehmung von Farben unabdingbar. Die Dichte der Zapfen ist im Bereich der Netzhautmitte (Fovea centralis) am höchsten und nimmt zur Peripherie hin ab. Zapfen sind im Gegensatz zu den Stäbchen auf der Netzhaut zu einer hohen Sehschärfe fähig, aber lediglich bei einer ausreichenden Beleuchtung aktiv und nicht übermäßig lichtempfindlich.

Einleitung

Die menschliche Netzhaut des Auges besteht aus insgesamt fünf Zellschichten, die allesamt unterschiedliche Funktionen erfüllen. Neben 120 Millionen Stäbchen, die für das für Schwarz-weiß-Sehen in der Dunkelheit verantwortlich sind, sorgen etwa sechs bis sieben Millionen Zapfen für die Wahrnehmung von Farben bei Tageslicht. Das Zusammenspiel dieser sogenannten Fotorezeptoren stellt die Umwandlung des einfallenden Lichts in Nervenimpulse sicher, die unter dem Strich durch das menschliche Gehirn zum eigentlichen Sinneseindruck umgewandelt werden.

Zapfentypen

Im menschlichen Auge gibt es drei verschiedene Typen von Zapfen. Man unterscheidet dabei:

  • S-Typ: Dieser Zapfentyp für kurze Wellenlängen heißt auch Blaurezeptor und hat sein Absorptionsmaximum im Bereich des blauen Lichtes bei 455 Nanometer (blauviolett).
  • M-Typ: Die M-Zapfentypen für mittellange Wellenlängen werden auch als Grünrezeptoren bezeichnet. Sie haben ihr Absorptionsmaximum bei ungefähr 534 Nanometer (smaragdgrün).
  • L-Typ: Die Rotrezeptoren vom L-Typ (Langwellenrezeptoren) haben ihr Absorptionsmaximum bei 563 Nanometer (gelbgrün).

Vereinfacht gesprochen dient das Trio der optimalen Wahrnehmung der Farben Rot, Grün und Blau. Jeder Typ reagiert in dem für ihn vorgesehenen Wellenlängenbereich am stärksten und ermöglicht so die Farbwahrnehmung. Fällt beispielsweise rotes Licht in die dafür vorgesehenen L-Zapfen, wird der Sehfarbstoff Rhodopsin gespalten und anschließend in einen elektrischen Impuls umgewandelt. Dieser im Detail komplexe Vorgang ermöglicht es dem Menschen rote Farbe bei guten Lichtverhältnissen wahrzunehmen.

Aufbau der Zapfen

Im Aufbau sind beide Arten von Fotorezeptorzellen – Stäbchen und Zapfen – ähnlich angelegt und bestehen aus einem Zellkörper, einer Synapse und aus einem erneuerungsfähigen Außen- sowie einem permanenten Innensegment. Die Außen- und Innensegemente sind über frei bewegliche Zellfortsätze (Zilium) miteinander verbunden.

Neben den Gemeinsamkeiten gibt es auch einige Unterschiede. So sind Zapfen in ihrem Aufbau deutlich breiter als Stäbchen und verfügen über ein dickeres aber kürzeres Außensegment. Beide Sinneszellen enthalten in ihrem Außensegment den jeweiligen spezifischen Sehfarbstoff Rhodopsin, mit dessen Hilfe bei Lichteinfall eine Signalkaskade in Gang gesetzt wird (Phototransduktion), an dessen Ende ein elektrisches Signal erzeugt wird. Dieses wird über verschiedene Nervenzellen der Netzhaut und den Nervus opticus ins Gehirn weitergeleitet.

Erkrankungen

Es gibt unterschiedliche Erkrankungen, bei denen eine Schädigung oder das Fehlen der Zapfen vorliegt.

Farbenblindheit

Bei einer Farbenblindheit sind die drei unterschiedlichen Zapfentypen entweder garnicht erst vorhanden oder funktionslos. So kann ein Fehlen von M-Zapfen (Deuteranopie) dazu führen, dass Betroffene grüne Objekte nicht wahrnehmen können.

Farbsehschwäche

Betroffene einer Farbsehschwäche verfügen über funktionsfähige Zapfentypen, die aber in ihrer Funktion eingeschränkt sind (Anomalie).

Makuladegeneration

Im Frühstadium verläuft eine Makuladegeneration meist ohne große Symptome, schmerzfrei und es zeigen sich keine spürbaren Seheinschränkungen. Je weiter die Erkrankung fortschreitet, desto mehr kommt es durch eine Schädigung von Fotorezeptorzellen zu einer Abnahme des Kontrastempfindens und des Farbensehens.

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