Monochromie

Monochromie (Mono bedeutet Eins und Chromofarbe) ist unter Organismen oder Maschinen die Fähigkeit, nur eine einzige Frequenz des elektromagnetischen Lichtspektrums zu unterscheiden. Im physikalischen Sinn ist keine elektromagnetische Strahlungsquelle rein monochromatisch, sondern kann als eine Gauß’sche Verteilung von um einen Peak geformten Frequenzen betrachtet werden. Genauso kann ein visuelles System eines Organismus oder einer Maschine nicht monochrom sein, sondern einen kontinuierlichen Satz von Frequenzen um einen Peak herum unterscheiden, abhängig von der Intensität des Lichts. Organismen mit Monochromie werden Monochromate genannt.

Viele Arten, wie alle Meeressäugetiere, der Eulenaffe und der australische Seelöwe (rechts abgebildet), sind unter normalen Bedingungen Monochromate. Bei Menschen ist das Fehlen von Farbunterscheidung oder schlechter Farbunterscheidung eines von mehreren anderen Symptomen von schweren ererbten oder erworbenen Krankheiten, wie zum Beispiel ererbter Achromatopsie (OMIM 216900 262300 139340 613093), erworbene Achromatopsie oder ererbte Blaukegel-Monochromie (OMIM 303700).

Menschen
Das Sehen beim Menschen beruht auf einem System, das mit den Photorezeptoren von Stäbchen und Zapfen beginnt, Retina-Ganglienzellen passiert und im visuellen Cortex des Gehirns ankommt. Das Farbsehen wird durch Zapfenzellen erreicht, die jeweils zwischen einem kontinuierlichen Frequenzband, retinalen Ganglienzellen und dem visuellen Kortex unterscheiden können. Stäbchen, die extrem häufig vorkommen (etwa 120 Millionen), befinden sich in der Peripherie der menschlichen Retina. Stäbe reagieren nur auf schwache Lichtwerte und sind sehr lichtempfindlich, daher bei Tageslicht völlig unbrauchbar, da helles Licht sie ausbleicht. Zapfen, die meist in der Nähe der Fovea im Auge liegen und bei schwachem Licht weniger aktiv sind, sind bei hellem Licht nützlicher und wesentlich für das Farbsehen. Es gibt drei Arten von Zapfen in normalen menschlichen Augen (kurze, mittlere und lange Wellenlänge, manchmal blau, grün und rot genannt); Jeder erkennt einen anderen Bereich von Wellenlängen. Die Anzahl der Stäbchen ist in der menschlichen Retina um etwa 20 zu 1 höher als die der Zapfen, aber die Zapfen liefern etwa 90% des Inputs des Gehirns. Zapfen reagieren schneller als Stäbe und weisen drei Arten von Pigmenten mit unterschiedlichen Farbempfindlichkeiten auf, wobei Stäbe nur einen und so achromatisch (farblos) sind. Aufgrund der Verteilung von Stäben und Zapfen im menschlichen Auge haben Menschen eine gute Farbsicht nahe der Fovea (wo Kegel sind), aber nicht in der Peripherie (wo die Stäbe sind).

Diese Art von Farbenblindheit kann vererbt werden, was auf Veränderungen der Zapfenpigmente oder anderer Proteine ​​zurückzuführen ist, die für den Prozess der Phototrasduktion benötigt werden:

Anomale Trichromie, wenn eines der drei Kegelpigmente in seiner spektralen Empfindlichkeit verändert ist, aber die Trichromie (Unterscheidung der Farbe sowohl durch die grün-rote als auch die blau-gelbe Unterscheidung) nicht vollständig beeinträchtigt ist.
Dichromatik, wenn eines der Kegelpigmente fehlt und die Farbe nur auf die grün-rote Unterscheidung oder nur die blau-gelbe Unterscheidung reduziert wird.
Monochromie, wenn zwei der Zapfen nicht funktionieren.
Monochromie, wenn alle drei Kegel nicht funktionsfähig sind und die Lichtwahrnehmung nur mit seinen Stäbchenzellen erreicht wird. Die Farbwahrnehmung reduziert sich auf Schwarz und Grau und Weiß.
Monochromie ist eines der Symptome von Krankheiten, die auftreten, wenn in der menschlichen Netzhaut nur eine Art von Lichtrezeptor bei einer bestimmten Beleuchtungsstärke funktionsfähig ist. Monochromatie ist eines der Symptome einer erworbenen oder vererbten Krankheit, wie zum Beispiel erworbene Achromatopsie, ererbte autosomal-rezessive Achromatopsie und rezessive X-chromosomale Blaukegel-Monochromie

Es gibt zwei grundlegende Arten von Monochromie. “Tiere mit monochromatischem Sehen können entweder Stabmonochromate oder Kegelmonochromate sein. Diese Monochromate enthalten Photorezeptoren, die eine einzige spektrale Empfindlichkeitskurve haben.”

Stäbchen-Monochromie (RM), auch angeborene komplette Achromatopsie oder totale Farbenblindheit genannt, ist eine seltene und extrem schwere Form einer autosomal-rezessiv vererbten Netzhauterkrankung, die zu einer schweren Sehbehinderung führt. Menschen mit RM haben eine reduzierte Sehschärfe (in der Regel etwa 0,1 oder 20/200), haben völlige Farbenblindheit, Foto-Aversion und Nystagmus. Der Nystagmus und die Photoaversion sind normalerweise in den ersten Lebensmonaten vorhanden und die Prävalenz der Krankheit wird auf 1 / 30.000 weltweit geschätzt. Da Patienten mit RM keine Kegelfunktion und normale Stabfunktion haben, kann ein Stabmonochromat keine Farbe sehen, sondern nur Graustufen. Siehe auch Pingelap # Farbenblindheit.
Die Konusmonochromie (CM) ist die Bedingung, sowohl Stäbe als auch Kegel zu haben, aber nur eine funktionierende Art von Konus. Ein Kegelmonochromat kann bei normalen Tageslichtpegeln eine gute Mustersicht haben, ist jedoch nicht in der Lage, Farbtöne zu unterscheiden.
Beim Menschen, die drei Arten von Kegeln haben, haben die kurzen (S oder blau) wellenlängenempfindlichen, mittleren (M oder grün) wellenlängenempfindlichen und langen (L oder rot) wellenlängenempfindlichen Kegeln drei verschiedene Formen von Kegelmonochromasie, benannt nach die einzige funktionierende Kegelklasse:

Die Blaukonus-Monochromie (BCM), auch S-Konus-Monochromie genannt, ist eine X-chromosomale Konuserkrankung. Es handelt sich um ein seltenes angeborenes Konusdysfunktionssyndrom, von dem weniger als 1 von 100.000 Personen betroffen sind und das durch die Abwesenheit der L- und M-Konusfunktion gekennzeichnet ist. BCM resultiert aus Mutationen in einem einzelnen roten oder rot-grünen hybriden Opsingen, Mutationen in den roten und grünen Opsingenen oder Deletionen innerhalb der benachbarten LCR (Locus control region) auf dem X-Chromosom.
Die Grünkegel-Monochromie (GCM), auch als M-Konus-Monochromie bekannt, ist ein Zustand, bei dem die blauen und roten Zapfen in der Fovea fehlen. Die Prävalenz dieser Art von Monochromie beträgt weniger als 1 zu 1 Million (1.000.000).
Die Rotkonus-Monochromie (RCM), auch bekannt als L-Konus-Monochromie, ist ein Zustand, bei dem die blauen und grünen Zapfen in der Fovea fehlen. Wie GCM ist RCM auch in weniger als 1 in 1 Million (1,000,000) Leuten anwesend. Tierforschungsstudien haben gezeigt, dass der Nachtwolf und das Frettchen eine geringere Dichte an L-Zapfen-Rezeptoren aufweisen.
Konusmonochromie, Typ II, wäre, wenn seine Existenz festgestellt worden wäre, der Fall, in dem die Retina keine Stäbchen und nur eine einzige Art von Konus enthält. Solch ein Tier wäre überhaupt nicht in der Lage, bei niedrigeren Beleuchtungsstärken zu sehen, und wäre natürlich nicht in der Lage, Farben zu unterscheiden. In der Praxis ist es schwierig, ein Beispiel für eine solche Retina zu erstellen, zumindest als normale Bedingung für eine Art.
Tiere, die Monochromate sind
Früher wurde getrost behauptet, dass die meisten anderen Säugetiere als Primaten Monochromate seien. Im letzten halben Jahrhundert jedoch hat sich der Nachweis von mindestens zweifarbigen Farbensehen in einer Reihe von Säugetierordnungen angesammelt. Während typische Säugetiere Dichromaten sind, mit S und L Kegel, zwei der Ordnungen der Meeressäugetiere, die pinnipeds (die das Siegel, Seelöwe und Walroß einschließt) und Cetaceans (die Delphine und Wale einschließt) sind offenbar Kegelmonochromate, da das Bei diesen Tieren ist das kurzwelligkeitsempfindliche Kegelsystem genetisch deaktiviert [dubios – discuss] Dasselbe gilt für die Eulenaffen der Gattung Aotus.

Die Forscher Leo Peichl, Guenther Behrmann und Ronald HH Kröger berichten, dass es von den vielen untersuchten Tierarten drei Fleischfresser gibt, die Kegelmonochromate sind: Waschbär, Krabben essender Waschbär und Kinkajou und einige Nagetiere sind Kegelmonochromate, weil ihnen der S fehlt -Kegel. Diese Forscher berichten auch, dass das Lebensumfeld des Tieres auch eine bedeutende Rolle bei der Sehkraft der Tiere spielt. Sie verwenden das Beispiel der Wassertiefe und der geringeren Menge an Sonnenlicht, die sichtbar ist, wenn man weiter nach unten geht. Sie erklären es wie folgt: “Je nach Art des Wassers können die tiefsten Wellenlängen kurz sein (klares, blaues Meerwasser) oder lang (trübes, bräunliches Küsten- oder Mündungswasser).” Daher die Vielfalt der sichtbaren Verfügbarkeit in einigen Tiere führten dazu, dass sie ihre S-Kegel-Opsine verloren.

Monochromatfähigkeit
Laut Jay Neitz, einem renommierten Farbforscher an der Universität von Washington, kann jeder der drei Standard-Farbdetektoren in der Retina von Trichromaten etwa 100 Farbabstufungen erfassen. Das Gehirn kann die Kombinationen dieser drei Werte verarbeiten, so dass der durchschnittliche Mensch etwa eine Million Farben unterscheiden kann. Daher könnte ein Monochromat etwa 100 Farben unterscheiden.