Universeller Taktgeber

Die unterschiedlichen Lebensformen der Erde haben jeweils eine eigene innere Uhr, die ihnen den Tages-Rhythmus vorgibt ? so dachte man bisher. Ein britisches Forscherteam fand nun Hinweise dafür, dass die Zeit über alle Artgrenzen hinweg ursprünglich auf ein- und dieselbe Art gemessen wurde: Mithilfe von Molekülen, welche gleichzeitig dem Schutz vor zu viel Sauerstoff dienten.
In allen Lebewesen ticken innere Uhren: Selbst wenn Organismen von äußeren Einflüssen isoliert sind, sorgen diese Systeme dafür, dass bestimmte Muster in Verhalten und Stoffwechsel sich in 24stündigem Rhythmus wiederholen. Sowohl in Bakterien als auch in Pilzen und Tieren hatten Forscher schon Moleküle gefunden, welche diesen Rhythmus steuern. Allerdings verfügt jede Organismengruppe über ein unterschiedliches Set an solchen Uhr-Molekülen. Aus diesem Grund gingen Forscher bislang davon aus, dass sich die Mechanismen der Zeitsteuerung bei Bakterien, Archeen (einer weiteren Gruppe von einzelligen Organismen) und Eukaryoten voneinander unabhängig entwickelt haben. Ergebnisse von jüngeren Studien wiesen aber auf eine weitere Klasse von Molekülen hin, die bei der Zeitsteuerung zusätzlich eine Rolle spielen könnten. Diese sogenannten Peroxiredoxine bauen reaktive Sauerstoffspezies ab, welche als Nebenprodukt der Zellatmung entstehen. Ihrer Funktion im Rahmen des Systems der biologischen Zeitmessung, sind die Forscher um Rachel Edgar aus Cambridge und Edwald Green von der Universität Leicester nun genauer nachgegangen.

Das Interessante an diesen Molekülen ist, dass Peroxiredoxine in ähnlicher Struktur in allen Organismengruppen vorkommen. Aus diesem Grund vermuteten die Forscher, die Moleküle könnten einen gemeinsamen evolutionären Ursprung von Zeitsteuerungsmechanismen aller Organismen repräsentieren. Um dieser Vermutung nachzugehen, bestimmten die Forscher über einen Zeitraum von bis zu 68 Stunden regelmäßig die Menge an oxidierten Peroxiredoxinen, die in der Leber von Mäusen, im Gehirn von Fliegen, in Pilzen, Archeen und in Bakterien gebildet wurden. Hierbei waren die Gewebe und Zellen während des gesamten Experimentes konstanten Temperaturen und Lichtverhältnissen ausgesetzt.

Das überraschende Ergebnis: Überall fanden die Wissenschaftler ähnlich klare Schwankungsmuster in der Menge an oxidierten Peroxidedoxinen, die sich in etwa 24stündigen Zeitabständen wiederholten. Bei der Taufliege Drosophila, dem Pilz Neurospora crassa, der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana und dem Cyanobakterium Synechococcus elongatus untersuchten die Forscher jeweils auch Mutanten, bei denen andere, gut definierte Zeitsteuerungssysteme ausgeschaltet waren. Interessanterweise fanden sich auch in all diesen Mutanten regelmäßige Schwankungen in der Menge von oxidierten Peroxiredoxinen. Im Vergleich zu den Rhythmen in den unveränderten Organismen waren diese zwar leicht verschoben, trotzdem weist dieses Ergebnis nach Ansicht der Forscher darauf hin, dass Peroxiredoxine in Abwesenheit anderer Möglichkeiten der Zeitsteuerung artübergreifend als molekulare Regulatoren des Tagesrhythmus dienen könnten.

Im Rahmen ihrer Untersuchungen stießen die Forscher auch noch auf ein weiteres spannendes Resultat: nach einer Analyse der Verwandtschaftsverhältnisse der Peroxiredoxine verschiedener Organismen hat der letzte gemeinsame Vorfahre aller heutigen Moleküle vor etwa 2,5 Milliarden Jahren existiert. Interessanterweise entspricht dies genau dem Zeitraum, in dem der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre durch das ?Great Oxigenation Event" sprunghaft angestiegen ist. Dies verleitete die Forscher zu der Spekulation, dass Peroxiredoxine ursprünglich entstanden sind, um die Zellen vor Schwankungen des Sauerstoffgehaltes in ihrer Umgebung zu schützen.
Rachel S. Edgar (University of Cambridge) et al.:
Nature Online Vorabausgabe, doi:10.1038/nature11088

© wissenschaft.de - Maren Emmerich


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