Verspiegelte Augen sehen bei schwachem Licht

Zum ersten Mal konnte ein Team interdisziplinärer Wissenschaftler der Universitäten Leipzig, Bonn, Bielefeld, Tübingen, Cambridge und Bayreuth hiermit eine in der Natur vorkommende zehnfache Lichtverstärkung nachweisen. Ihre Erkenntnisse über den Aufbau des Fischauges könnten für die Forschung im Bereich der Mikrochipentwicklung sowie der photonischen Kristallforschung eine Rolle spielen.

Der afrikanische Elefantenrüsselfisch kann im sehr trüben Wasser seines Lebensraums den Umkreis von 15 Zentimetern akkurat abtasten. Doch der Fisch muss dort auch sehr schnell weiter entfernte, große Objekte wie seine Fressfeinde erkennen. Seine natürliche Umgebung erreicht nur wenig Licht.

In der menschlichen Netzhaut dienen spezielle Lichtsinneszellen, die Stäbchen, dem Sehen bei geringer Helligkeit. In zentralen Bereichen der Retina findet sich ein weiterer Typ von Lichtsinneszellen, die Zapfen, welche die Farbwahrnehmung bei Tage ermöglichen. Zapfen sind allerdings nur bei ausreichender Beleuchtungsstärke aktiv. Stäbchen, die ein Vielfaches empfindlicher sind als Zapfen, ermöglichen Tieren vor allem nachts eine gute Sicht. Verfügt die Netzhaut noch über eine reflektorische Schicht wie bei einem Katzenauge, verdoppelt sich ihre Lichtausbeute. Allerdings sind Stäbchen auf den grünen Wellenlängenbereich spezialisiert, von dem in der Umgebung des Elefantenrüsselfisches nur wenig ankommt.

Die Retina des Fischs ist mit Parabolspiegeln ausgekleidet, in deren Brennpunkt sich die Zapfen befinden. Durch diese Spiegel wird das eindringende Licht gebündelt und so auf die wenig lichtempfindlichen Zapfen projiziert, um ihre Lichtausbeute in den Tiefen des trüben Wassers zu optimieren. Die weitaus empfindlicheren Stäbchen befinden sich abgeschattet hinter diesen Spiegeln und können auch noch bei moderaten Lichtintensitäten zum Sehen beitragen, ohne zu übersättigen. Durch diese optimale Anordnung kann der Fisch - im Gegensatz zu uns - fast immer Zapfen und Stäbchen gleichzeitig nutzen. Außerdem sind die Zapfen des Elefantenrüsselfisches innerhalb der Parabolspiegel reine Rot-Rezeptoren. Das ist eine optimale Anpassung an die Tatsache, dass in trübem Gewässer langwelliges, also rotes, Licht besser nach unten dringt als Licht anderer Wellenlängen.

Literatur: Kreysing, M., et al.: Science 2012; Online: doi:10.1126/science.1218072.