Die Evolution des Auges - Ein Fotoshooting (eBook)

Georg Glaeser ist seit 1998 Professor für Mathematik und Geometrie an der Universität für angewandte Kunst Wien und gleichzeitig leidenschaftlicher Tierfotograf. Er ist Autor zahlreicher Bücher auf dem Gebiet der Mathematik, Geometrie, Computergrafik und Fotografie. Ein Spezialgebiet ist die Vernetzung von Mathematik und Biologie, die sich in mehreren Büchern manifestiert, zuletzt in "Wie aus der Zahl ein Zebra wird" (erschienen im gleichen Verlag).Hannes F. Paulus, Professor für Zoologie, war 1973-1991 an der Universität Freiburg i Br und von 1993-2013 Vorstand des Instituts für Evolutionsbiologie der Universität Wien. In seinen zahlreichenwissenschaftlichen Arbeiten und Lehrbuchbeiträgen geht es u.A. um die stammesgeschichtliche Entwicklung von Augen (vor allem Gliederfüßer) und um Bestäubungsbiologie (vor allem Sexualtäuschung bei Orchideen). Seine Forschungsaufenthalte führten ihn nach Südamerika, Afrika und vor allem in alle Teile des Mittelmeergebietes. Seit 2013 ist er emeritiert und nun amDepartment für Integrative Zoologie der Universität Wien tätig.

Vorwort 7
Inhalt 10
1 Evolutionsgedanken 17
Wirbeltiere ... 18
Fotoshootings der Evolution 18
Ein Leitfaden für dieses Buch 18
... und Wirbellose 20
Evolutions-Theorie aus der Sicht eines Mathematikers 22
Ein Beweis ohne Wenn und Aber 22
Es genügt ein einziges Gegenbeispiel 22
Die sprichwörtliche (und unmögliche) „ Quadratur des Kreises“ 22
Kann man Naturgesetze beweisen? 22
und Charles Darwin 22
Noch einmal zur Quadratur des Kreises 24
Wie kann man jemanden davon überzeugen, dass sein „Gegenbeweis“ unhaltbar ist? 24
„Gegenbeweise“ zur Evolutionstheorie 24
Wir „beweisen“, dass 1 = 2 ist, und folgern, dass Mathematik Unfug ist 24
Die Paläontologie als Zeitfenster in die Vergangenheit 26
Evolution ist die Veränderung von Organismen in der Zeit, verursacht durch Selektion 26
Etablierung der Selektionstheorie 26
Evolution aus der Sicht eines Biologen 26
Künstliche Selektion: Gezieltes Warten auf Mutationen 26
Natürliche Selektion: Unterschied im Vermehrungserfolg von Individuen 26
Erfolgreichere Mutanten verdrängen allmählich die weniger erfolgreichen 27
Biotische und abiotische Selektionsfaktoren 27
Sexualität mit zwei Geschlechtern und Reduktionsteilung 27
Praktisch unendlich viele unterschiedliche Keimzellen 28
Bereits jede Eizelle und jedes einzelne Spermium sind ein Unikat 28
Selektion ist zwar ein statistischer Prozess, aber geradezu das Gegenteil von Zufall 28
Evolution optischer Sinnesorgane 28
Kanalisierende Rahmenbedingungen 29
Die sukzessive Evolution von verschiedenen Augentypen 29
Die Hell-Dunkel-Erkennung 29
Kombination von Modulen 29
Der Embryo macht alle Stadien durch 30
2 Linsenaugen oder Facettenaugen 32
Linsenaugen oder Facettenaugen 34
Mindestens 500 Millionen Jahre alt: Ein uraltes Erbe aller Tiere 34
Konvergente Entwicklung von Linsenaugen 34
Kleine oder große Augen besser? 34
Scharfstellen mittels Korrekturlinse 34
Spiegelaugen – eine interessante Variante der Linsenaugen 35
Komplexoder Facettenaugen der Krebse und Insekten 35
Der Aufbau eines Ommatidiums 35
Auflösung und Lichtstärke 36
Facettenaugen für Tag bzw. Nacht 37
Letztendlich gar nicht so unterschiedlich 37
Wie gut sehen Gliedertiere? 38
Zum aktiven Jagen braucht man gute Augen 39
Bildhebung durch Brechnung 40
Zwei Lösungen, die Welt scharf zu sehen 42
Vorund Nachteile des Facettenauges 44
Schnellere Reaktionszeit des Facettenauges 45
Starre Augen plus Kopfdrehung 45
Räumliches Sehen bei Insekten 46
Krebs oder Insekt? 48
Rollende Augäpfel 50
Die Augen verdrehen ... 51
Schielen – eine Augenmuskelgleichgewichtsstörung 51
Spinne oder Krebs? 52
Skurrile Augen 54
Facettenaugen unter Wasser 56
Molche und Salamander 58
Reptil und Amphibium in einem Biotop 60
Froschaugen 62
Muränen und Schlangenaale 64
Noch ein schlangenförmiger Fisch 65
Die größten Augen unter Landtieren 66
Farbenblind? 68
Knorpelfische 70
Vögel und Reptilien 72
An der empfindlichsten Stelle 74
3 Die Welt ist 3D 76
Die Welt ist 3D 78
Wie kann Licht wahrgenommen werden? 78
Zwei evolutive Lösungen 78
Überlagerte Sehfelder 78
Verschiedene Augenstellungen 78
Verbesserung durch Sehnervenkreuzungen 78
Fangschrecke und Fangschreckenkrebs 80
Augen und Pseudoaugen der Fangschrecken 81
Das komplexe Sozialverhalten der Fangschreckenkrebse 81
Millimetergenaues Abschätzen 82
Die Augen der Groß- und Kleinlibellen 84
Die größten Augen unter den Insekten 85
Leben im Sand 86
Eine Abplattung der anderen Art 87
Acht Beine und ein Superhirn 88
Rundumblick durch zwei Sehschlitze 89
Blitzschneller Farbwechsel 89
Die Gestalt ist „ungewöhnlich“ und äußerst flexibel 89
Merkund lernfähig 89
Weberknechte und Oktopusse 90
Doppelte Bildverarbeitung 92
Doppelte Bildverarbeitung 92
Zwei unabhängig bewegbare Augen 92
Entfernungsabschätzung durch Messen der Akommodation 92
Kaum tote Winkel und enorme Sehschärfe 92
4 Schärfer geht es kaum 94
Schärfer geht es kaum 96
Anpassungen der Augen 96
Gleitsichtbrillen 96
Erhöhung der Lichtausbeute 96
Riesige Tubulusaugen 97
Muscheln mit Spiegelaugen 97
Lichtreflektierende 97
Stielaugen 98
Hohe Auflösung 100
Reptilienaugen, die UV-Licht sehen 101
Schnelle und langsame Bewegungen besser erfassen 101
Die Greifvögel toppen alles 101
Von Krähen und Geiern 102
Runde oder geschlitzte Pupillen? 104
Restlichtverstärker 106
Wie gut sehen Haie? 108
Haie sind Augentiere 109
Farbenblind, aber enorm lichtempfindlich 109
Tintenfische sind keine Wirbeltiere, haben aber ähnliche Augen 110
Zwei gelbe Flecken auf der Netzhaut 110
Das Tintenfischauge hat keinen „ blinden Fleck“ 111
Unterschiede in der Embryonalentwicklung 111
Ausgezeichnete Sehleistung, Farben nur in Ausnahmefällen 111
Räumliches Sehen bei Wirbeltieren ... 112
... und Tintenfischen 112
Kaum zu überbieten 114
Räumliches Sehen mit nur einem Auge 115
Polarisiertes Licht sehen und interpretieren 115
Sehen acht Augen besser als zwei? 116
Vom Facettenauge zum Linsenauge 116
Hauptund Nebenaugen 116
Springspinnen: Inverse Retina und eine lange Brennweite 116
Vier Netzhautschichten für Farben & Entfernungsschätzung
Räumliches Sehen durch Bewegung der Retina 117
Zusammenspiel der Augen 117
Bei vielen anderen Spinnen ist der Sehsinn nicht so wichtig 117
5 Einfach oder vereinfacht 118
Einfach oder vereinfacht 120
Der Weg des Lichtes zum Gehirn 120
Das Prototypische Auge 120
Sekundäre Vereinfachung durch Abbau und Reduktion 121
Zum Grundplan aller Gliederfüßer 122
Die Augen der Spinnentiere 122
Spinnentiere meist nachtaktiv 122
Von Larvalaugen zu sekundären Hochleistungsaugen 122
Ein sehr ursprüngliches Auge 124
Lebende Fossilien mit Lochkameraaugen 125
Augen nur „pro forma” 126
Ein Tierchen mit einem Zyklopenauge 128
Eine Facettenkugel, sekundär verschmolzen 128
Vielfältige Miniaturaugen 128
Totale Rundumsicht 129
Augen und Mundwerkzeuge sind vorne 130
Wo sind die Augen? 130
Reste eines ursprünglich größeren Facettenauges 131
Acht Augen und trotzdem kein Augentier 132
Spinnen sind Weltmeister der Mechanorezeption 133
Auf die Größe der Klauen kommt es an 133
Die Punktaugen der Insekten 134
Zusätzliche Lichtsinnesorgane 134
Die Retina scheint irgendwie nicht dazu zu passen 134
Wofür sind Stirnocellen gut? 134
Nicht alle Insekten haben Stirnocellen 134
Quadratische Facetten höherer Krebse 136
1. Ein dünnes quadratisches Prisma kann einen Lichtstrahl nahezu wie ein Spiegel reflektieren 136
2. Die kugelförmige Anordnung der Facetten bündelt einen Teil der reflektierten Strahlen 136
3. Alle möglichen Strahlenrichtungen ergeben ein aufrechtes, lichtstarkes Bild auf einer Kugel 136
Selbst fossile Augen kann man analysieren ... 137
Typ 1: Hexagonale ( Holochroale) Facettenaugen 137
Typ 2: Schizochroale Sehapparate 137
Flughunde oder fliegende Füchse 138
6 Über und unter Wasser sehen 140
Über und unter Wasser sehen 142
Ein simples Augenmodell über und unter Wasser 144
An Land genügt eine gekrümmte Hornhaut 144
Unter Wasser braucht es eine kugelförmige Linse 145
Robbenaugen 146
Robben brauchen die kugelförmige Linse der Fische 146
Multifokale Linsen und flexible Pupillen 146
Anpassung an das Sehen unter Wasser 146
Tränenflüssigkeit ohne Tränenkanäle 147
Seltsame Augensteuerung bei Wasserschildkröten 147
Verschiebung statt Verformung der Linsen 148
Von Natur aus kurzsichtig 148
Besonderheiten bei Hornund Netzhaut 149
Beachtliche Sehleistung 149
Aufstockung der Photorezeptorzellen in der Tiefe 149
Fische an der Wasseroberfläche 150
Das Problem mit der Kurzsichtigkeit 150
Amphibisch lebende Fische 151
Was haben Flusspferde und Wale gemeinsam? 152
Augen von Unterwassersäugern 154
Wie groß können oder sollen Augen sein? 156
Hot Spots – Gezielte Mutationen 158
7 Pax und Homologie 160
Pax und Homologie 162
Erster Akt: Was ist Evolution? 162
Zweiter Akt: Synthetische Theorien der Evolution 162
Dritter Akt: EvoDevo 162
Alle Organismen besitzen gleich aufgebaute DNA 162
Auf den Aktivierungszeitpunkt kommt es an 162
Hoxund Pax-Gene regulieren grundlegende Körperbaupläne 163
Homöotische Gene 163
Entdeckung von Schlüsselgenen 163
Funktionierende Augen an der falschen Stelle 163
Die Entstehung komplexer Vielfalt 163
Schon bei einzelligen Vorfahren ist ein lichtempfindliches Protein entstanden 163
Zwei Typen von Lichtsinneszellen 164
Prototypisches Auge 164
Pax6 steuert alles 164
Opsine lösen den Nervenimpuls aus 164
Warum haben manche Großgruppen im Tierreich keine Augen? 164
Homologie – Analogie 165
Wie erkennt man Homologie? 165
Dennoch sind nicht alle Augentypen homolog 165
8 Alternative Sinne 166
Alternative Sinne 168
Sinne sind die Vermittler zwischen der Außenwelt und der neuronalen Innenwelt 168
Mechanorezeptoren 168
Chemische Sinne 169
Riechen bei Insekten 169
Spezielle Thermorezeptoren 169
Elektrische Signale 170
Spannungsschläge zur Verteidigung 170
Orientierung anhand des Erdmagnetfeldes 171
Besser riechen als sehen 172
Tastund Vibrationssinn 174
Lauern im Dunkeln ... 175
Hören mit den Haaren 175
Fledermaus-Nahaufnahmen 176
Geruchssinn optimiert 178
Die gespaltene Zunge dient zum Riechen 178
Eine erfolgreiche Jagdstratetgie 178
Tagaktive Nattern und nachtaktive Baumboas 180
Zwei Zehnerpotenzen auseinander 182
9 Bunte Welt 184
Bunte Welt 186
Farbe ist eine Sinnesempfindung 186
Farbe bezieht sich auf den reflektierten Lichtanteil 186
Schritt 1: Aktivierung der Netzhaut 186
Schritt 2: Farbwahrnehmung im Gehirn 186
Die Evolution der Opsine 186
Die Evolution des Farbsehens bei Vögeln und Säugetieren 186
Reduktion der Opsintypen bei den Säugetieren 187
Augenbinden 188
Skurril und giftig 190
Was passiert, wenn die Augen getarnt sind? 192
Wozu diese Muster? 194
Interferenzfilter 195
Muster durch sexuelle Selektion? 195
Pseudopupillen 196
10 Augensprache 198
Augensprache 200
Augen sind nicht nur Sehorgane 200
Die Farbe der Iris 200
Weinen 201
Falsche Augen können lebensrettend sein 202
Scheinaugen unter Wasser 204
Eine Schrecksekunde, um flüchten zu können 205
Wehroder Abwehrmimikry 205
Tarnung als aggressives Mimikry 205
Augensprache 206
Kometeneinschlag vor 65 Millionen Jahren ... 208
Die Chance für die Säugetiere 208
Genetisch und emotional nahe 210
Die Augensprache unser Verwandten 212
Kindchenschema 214
Lauerjäger 216
Krokodilstränen 217
Eine skurrile Ähnlichkeit 217
Angeblich hypnotisierende Augen 218
Kindchenschema unter Wasser 220
Teddybär oder gefährliches Raubtier? 222
Wieviele Tierarten gibt es? 224
Viele Wirbeltiere ... 224
... und noch viel mehr wirbellose Tiere 224
Wie sieht es in Mitteleuropa aus? 224
Wirbeltiere stehen uns näher 225
Ein Überblick über das breite Spektrum 225
Glossar 226
Ausgewählte Literatur 227
Index 228
Fortsetzung folgt ... 230