Leistungsvergleich: Komplexauge und Linsenauge
Die Lichtempfindlichkeit der Photorezeptoren
Der pro Photorezeptor absorbierte Lichtstrom fabs wird durch
folgende Faktoren bestimmt:
(siehe auch: Retinale Beleuchtungsstärke)
L: Leuchtdichte des betrachteten Objekts (Photonen/s m-2)
a: Durchmesser der Linse (m)
f: Brennweite der Linse (m)
d: Durchmesser des Photorezeptors (m)
k: Absorption pro µm Photorezeptorlänge (m-1)
l: Länge des Rhabdoms/Außensegments (m)
fabs = L (p/4)2
(a/f)2 d2 (1-e-kl) (Photonen/s)
Linsendurchmesser a und -brennweite f sind Parameter des dioptrischen Apparats, deren Optimierung
zu einer großen relativen Apertur und damit zu
hoher Lichtstärke des Auges führt.
Die Photorezeptoren in Komplex- wie Linsenaugen sind vor allem bei nachtaktiven Tieren für
für das Einsammeln möglich vieler Photonen optimiert.
1. Durchmesser der Photorezeptoren d: Während d bei tagaktiven Tieren
ca 1-2 µm beträgt, können nachtaktive Tiere 8 µm (Mehlmotte) bis 20 µm
(Kescherspinne) erreichen. Manche Insekten können den Durchmesser der Rhabdome ihrer Komplexaugen
verändern: bei schwachem Licht werden die Rhabdome weit gestellt, absorbierte Lichtstrom steigt.
2. Absorptionseffizienz k: Die Außensegmente der Photorezeptoren von Wirbeltieren zeigen hohe Absorptionseffizienz.
Bei Menschen wird ein k-Wert von 0.035 µm-1 gemessen. Das bedeutet, daß 95% des
in einen Photorezeptor einfallendes Licht nach nur 85 µm absorbiert ist. Bei Komplexaugen findet man
k-Werte um 0.0067 µm-1; für eine 95%ige Absorption ist eine Rhabdomlänge von
600 µm erforderlich. Dieser Unterschied in der Absorptionseffizienz entsteht vor allem durch
Unterschiede in der Packungsdichte der lichtempfindlichen Membranen: Die Disks der Außensegmente
sind wesentlich dichter gepackt als die Mikrovilli in den Rhabdomen.
3. Länge des Photorezeptors l: Während die Außensegmente der Photorezeptoren eine
Länge von ca 30 µm haben, erreichen die Rhabdome in Komplexaugen 200 (Bienen) bis 500 µm (Libellen).
Dadurch wird die geringere Absorptionseffizienz der Rhabdomere ausgeglichen.
Je größer der Durchmesser eines Photorezeptors, desto mehr Photonen werden
eingefangen (oben links). Die Absorptionseffizienz von Wirbeltierphotorezeptoren
ist größer als bei den Rhabdomeren der Komplexaugen (oben rechts). Dafür
sind Rhabdomere länger (unten).
Eine Beschreibung der biochemischen Signalverstärkung in Photorezeptoren finden Sie
im Skript "Signalverarbeitung in Photorezeptoren" auf meiner Homepage.
