Im Wasser werden Menschen zu erbärmlichen Blinden, die mit offenen Augen nichts sehen können, und diese unorthodoxe trickreiche Methode kann dies verhindern.

Vor ein paar Tagen bin ich beim Schwimmen ohne Schwimmbrille kopfüber ins Wasser gesprungen. Abgesehen von dem unangenehmen Gefühl, dass ich Wasser geschluckt habe, habe ich festgestellt, dass ich unter Wasser mit offenen Augen nur große Farbflächen und Lichtkreise sehen kann, überhaupt nicht fokussieren und gar nicht erkennen kann, ob jemand vor mir ist – das fühlte sich an, als hätte ich plötzlich starke Weitsicht, sodass ich erschrocken sofort aus dem Wasser gestiegen bin. Puh, zurück an der Luft war meine Sehkraft wieder da.

Nur wenn ich von der Luft ins Wasser wechsle, werde ich zu einer Person, die mit offenen Augen nichts sehen kann. Lache nicht über mich, wenn du keine Schwimmbrille trägst, geht es dir genauso.

Warum „streikt“ das Auge, sobald es ins Wasser kommt?

Das beginnt mit der Funktionsweise der Fokussierung des menschlichen Auges.

Wenn wir über Kurzsichtigkeit und Weitsicht sprechen, erwähnen wir oft die Linse. Die Linse ist eine transparente bikonvexe Linse im Auge zwischen Iris und Glaskörper, die wie ein gut gefüllter Dorayaki aussieht. Unter der Kontrolle des umliegenden Ziliarmuskels kann sie sich wölben oder abflachen, wodurch die Position des auf dem Augenhintergrund abgebildeten Objekts angepasst wird, um eine genaue Fokussierung zu erreichen. Wenn hier die Koordination nicht funktioniert und das Bild zu weit vorne oder zu weit hinten entsteht, kann man nichts klar sehen.

Normalsicht, Kurzsichtigkeit und Weitsicht | Literaturverzeichnis [1]

Allerdings übernimmt die Linse nur 30 % der Fokussierungsfähigkeit des menschlichen Auges, die restlichen 70 % stammen tatsächlich von der Hornhaut.

Wenn Licht aus der Luft in die Hornhaut eintritt, kommt es aufgrund des großen Unterschieds im Brechungsindex zwischen Luft und Hornhaut zu einer deutlichen Brechung, die das Licht zunächst grob bündelt.

Licht wird beim Durchgang durch die Hornhaut gebrochen | bilibili / Yishi Tansuo

Das gebündelte Licht durchdringt dann die Linse, die eine feine Fokussierung vornimmt, bis schließlich das Bild entsteht.

Aber der Brechungsindex von Wasser beträgt 1,33 und ist damit sehr ähnlich dem der Hornhaut. Wenn man mit bloßem Auge unter Wasser ist, gibt es keine deutliche Brechung des Lichts beim Eintritt aus dem Wasser in die Hornhaut, sodass das Licht nicht gebündelt werden kann. Selbst wenn Sie eine Linse mit Top-Funktion haben, können Sie am Ende nicht genau fokussieren, sondern das Bild entsteht hinter der Netzhaut, was Ihnen eine Weitsicht-Erfahrung beschert.

Fokussierungsergebnisse in Luft und Wasser | gezeichnet nach Literaturverzeichnis [2]

Das heißt, wenn an Land lebende Menschen aus der Luft unter Wasser gelangen, geht etwa 70 % der Fokussierungsfunktion des Auges aufgrund der Änderung des Brechungsindex des Mediums außerhalb der Hornhaut direkt verloren, sodass die Sicht verschwommen ist und nur Licht- und Farbwahrnehmung übrig bleibt. Damit Menschen unter Wasser klare Sicht erhalten, muss die Luft vor der Hornhaut erhalten bleiben, um den Brechungsindexunterschied zu erzielen und damit die Fokussierung zu ermöglichen – zum Beispiel durch das Tragen einer Schwimmbrille.

Wenn wir durch das Glas des Aquariums mit einer Meerjungfrau-Darstellerin interagieren, die mit nacktem Gesicht abtaucht, kann die Darstellerin unter Wasser eigentlich nur verschwommene Schatten sehen | Xiaohongshu @Meerjungfrau Leichongchong

Hier wird eine unkonventionelle Methode ohne Schwimmbrille vorgestellt: Legen Sie Ihre Hände an die Augenbrauen und formen Sie sie zu einer Bogenform, dann atmen Sie durch Mund oder Nase aus. Die aufsteigenden Blasen werden von den Händen aufgehalten und bilden eine Gaskammer vor den Augen, was die Fokussierung unterstützt.

Unkonventionelle Methode für klares Sehen unter Wasser mit bloßem Auge | Youtube@Fact_Detective

Die allermeisten Menschen haben keine Gewohnheit und Notwendigkeit, mit bloßem Auge unter Wasser zu gehen, es ist kein großes Problem, unter Wasser nichts klar zu sehen. Aber was passiert, wenn Pinguine und Robben, die ständig unter Wasser gehen, um Fische zu fangen, unter Wasser blind werden?

Die Lösung der Pinguine lautet: Da die Hornhaut unter Wasser streikt, schwächen sie die Hornhaut und stärken die Linse. Im Vergleich zu anderen Vögeln mit ähnlicher Augenform ist die Hornhaut der Pinguine sehr dünn, während die Linse stark und nahezu kugelförmig ist und die der meisten an Land lebenden Wirbeltiere übertrifft. Diese Konstruktion der Pinguine ähnelt der von Fischaugen, sodass sie unter Wasser klare Sicht haben. Ebenso haben Robben und Seelöwen, die als Flossenfüßer oft unter Wasser nach Nahrung suchen, eine kugelähnliche Linse.

Glück und Unglück bedingen sich gegenseitig: Einige Pinguin- und Flossenfüßer-Arten können die kugelige Linse an Land nicht ausreichend abflachen, sodass sie sich nicht an die Fokussierung in der Luft anpassen können. Da die dünne Hornhaut dennoch eine gewisse Fokussierungsfähigkeit bietet, sind sie an Land kurzsichtig – genau das Gegenteil von dem, was beim Menschen der Fall ist.

Kalifornischer Seelöwe und seine Augenstruktur, die Linse ist besonders rund | Wikimedia Commons / Vassil; Literaturverzeichnis [5]

Und was ist mit den Fliegenden Fischen, die die meiste Zeit im Wasser leben und gelegentlich zur Flucht vor Verfolgern in die Luft springen – sind sie beim Gleiten in der Luft auch kurzsichtig?

Die dreieckig-kegelförmige Hornhaut

Angesichts der Wahlmöglichkeit „dicke Hornhaut + flache dünne Linse für das Land oder dünne Hornhaut + kugelähnliche Linse für das Wasser“ wählen die Fliegenden Fische beide Optionen.

Dreieckig-kegelförmige Hornhaut des Fliegenden Fisches | Literaturverzeichnis [6]

Die dreieckig-kegelförmige Hornhaut des Fliegenden Fisches ist im gesamten Tierreich einzigartig. Die Mitte der Hornhaut ragt hervor und bildet drei relativ ebene Flächen in schräg nach vorne, schräg nach hinten und nach unten. Wissenschaftler vermuten, dass diese Hornhaut dem Fliegenden Fisch drei wichtige Blickwinkel bietet: Die nach hinten gerichtete Fläche dient dazu, Raubtiere hinter sich zu erkennen, die nach unten gerichtete Fläche ermöglicht es, die Entfernung zur Wasseroberfläche in der Luft abzuschätzen, und die nach vorne gerichtete Fläche dient dazu, einen sicheren Landeplatz zu finden.

Die drei „Ebenen“ der Hornhaut bieten in der Luft fast keine zusätzliche Fokussierungsfunktion mehr. In Kombination mit der kugelähnlichen Linse werden sie nicht wie Pinguine an Land kurzsichtig. Nach Vermutungen der Wissenschaftler sind Fliegende Fische in der Luft nahezu normalsichtig und unter Wasser leicht weitsichtig. Schließlich fliegen Fliegende Fische nur in lebenswichtigen Situationen zur Flucht, da ist eine klare Sicht in der Luft wichtiger.

Es scheint also nicht nur so zu sein, dass Menschen schlecht darin sind, Tiere, die sowohl an Land als auch im Wasser leben, können auch nur die Sehkraft in einer der beiden Umgebungen gewährleisten. Hat die Natur also kein Tier geschaffen, das sowohl an Land als auch im Wasser perfekt sehen kann?

Die Herausforderung liegt bei den Amphibien

Amphibien, die in der Jugend hauptsächlich im Wasser leben und als Erwachsene an Land gehen, sollten doch die Sicht sowohl im Wasser als auch an Land beherrschen, oder?

Das ist überraschenderweise auch nicht der Fall.

Wenn Kaulquappen im Wasser leben, ähnelt ihre Augenstruktur eher der von Fischen, mit einer kugelähnlichen Linse, sodass sie unter Wasser besser sehen können. Wenn sie erwachsen werden, behalten Frösche, die hauptsächlich im Wasser leben, diese Eigenschaften bei; aber bei Fröschen, die hauptsächlich an Land leben, ähneln Linse und Hornhaut nach dem Heranwachsen denen des Menschen, sodass sie ein an Land besser angepasstes Fokussierungssystem erhalten und die Fähigkeit, unter Wasser klar zu sehen, abnimmt. Ebenso behalten Arten wie Salamander und Riesenmolche, die hauptsächlich im Wasser leben, auch im Erwachsenenalter überwiegend die Unterwassersicht bei.

Kaulquappen leben im Wasser, ihre Augenstruktur ähnelt stärker der von Fischen und ist an die Unterwassersicht angepasst | Shutterstock / Steve Byland

Der König der amphibischen Sicht zwischen Wasser und Land ist die Winkerkrabbe, eine Krabbe, die im Gezeitenbereich lebt und täglich zwischen Land und Meerwasser hin und her wechselt.

Die Augen der Krabbe sind Facettenaugen, die aus Tausenden von Einzelaugen bestehen. Die Struktur zur Fokussierung jedes Einzelauges ist die äußerste Hornhaut und der Kristallkegel.

Struktur von Facettenauge und Einzelaugen | Literaturverzeichnis [10]

Der Kristallkegel der Winkerkrabbe ist nicht an der Fokussierung beteiligt; die Oberfläche der Hornhaut der Winkerkrabbe ist flach, sodass sie von der Form her kaum Fokussierungsfähigkeit hat. Aber das Material der Hornhaut ist bemerkenswert: Die gesamte Hornhaut ist von außen nach innen schichtweise aufgebaut, wodurch der Brechungsindex unterschiedlich ist und eine Hornhaut mit gradientem Brechungsindex entsteht. Auf diese Weise kann das Licht auch bei Änderung der äußeren Umgebung durch die Hornhaut von außen nach innen schichtweise gebündelt werden, um die Fokussierung abzuschließen.

Struktur der gradienten Brechungsindex-Hornhaut der Winkerkrabbe unter dem Elektronenmikroskop | Literaturverzeichnis [12]

Südkoreanische Wissenschaftler haben sich sogar von der gradienten Brechungsindex-Hornhaut der Winkerkrabbe inspirieren lassen und eine amphibische Kamera entwickelt. Die Fokussierlinse dieser Kamera besteht aus einer Reihe von Mikrolinsen mit unterschiedlichen Brechungsindizes, sodass sie sowohl in der Luft als auch unter Wasser an derselben Position scharf fokussieren und abbilden kann. Unter denselben Versuchsbedingungen kann eine Kamera mit nur einem einzigen Brechungsindex nur in der Luft Bilder erzeugen.