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Allgemein

Im Takt durch Wärme

Fast alle Lebewesen können die Nacht vom Tag unterscheiden. Doch entgegen bisheriger Annahmen stellen womöglich nicht Licht und Dunkel die genetischen Zeiger der inneren Uhr, sondern Wärme und Kälte.

Wer die Nacht zum Tag macht, der spürt spätestens beim nächsten Aufwachen, daß er gegen seine inneren Gesetze verstoßen hat. Wie beinahe jeder Organismus – vom Einzeller bis zum Säugetier – paßt sich auch der Mensch mit einem oszillierenden 24-Stunden-Rhythmus an den Tagesablauf in der Natur an. Den Takt von Hormonproduktion, Ruhebedürfnis und Hungergefühl scheinen jedoch nicht, wie lange vermutet, Licht und Dunkel zu geben, sondern das regelmäßige Auf und Ab von Wärme und Kälte.

Da Wärme meist mit Helligkeit und Kälte mit Dunkelheit einhergeht, war den Wissenschaftlern dieser feine Unterschied bisher entgangen. Nicht so dem US-amerikanischen Forscherteam um Jay Dunlap von der Dartmouth Medical School in Hanover, New Hampshire: Die Wissenschaftler haben den Brotschimmelpilz Neurospora in einer Umgebung untersucht, in der es entgegen den natürlichen Umständen entweder warm und dunkel oder kalt und hell war.

Dabei beobachteten sie ein molekulares Rädchen in Neurosporas innerem Uhrwerk: das Gen Frequency, das durch einen ausgeklügelten Mechanismus den Tagesrhythmus des Pilzes bestimmt. Die Wissenschaftler stellten fest, daß dieses Uhr-Gen in der Proteinfabrik der Zelle hauptsächlich wärmeabhängig und kaum lichtabhängig abgelesen wird: Die Temperatur ist also Neurosporas wesentlicher Zeitgeber.

Das regelmäßige Ablesen von Frequency bestimmt den Tagesrhythmus des Pilzes, weil dadurch Boten-Proteine entstehen, die physiologische Vorgänge steuern. Zugleich sorgen diese molekularen Botschaften dafür, daß ihre eigene Produktion eingestellt wird.

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Da die Botenstoffe mit der Zeit wieder abgebaut werden – wie alle Moleküle im Körper -, ergibt sich ein wiederkehrender Kreislauf aus Produktion, Produktionsstopp und langsamem Zerfall der Nachrichtenproteine, der Grundlage der oszillierenden Prozesse ist. „So kann der Organismus die täglichen Veränderungen in seiner Umgebung voraussehen, statt einfach nur auf sie zu reagieren“, sagt Steve Kay vom Scripps Research Institute im kalifornischen La Jolla.

Viel komplizierter ist dieser Mechanismus in höheren Organismen. Dort beeinflussen sich zahlreiche Gene gegenseitig – darunter die Gene Timeless (zeitlos), Period (Zeitspanne), Cycle (Zyklus) und Clock (Uhr). Zudem „tickt“ es im Körper höherer Organismen an mehreren Orten gleichzeitig, weil in beinahe jedem wichtigen Gewebe eine innere Uhr steckt. Sogar das Auge hat ein eigenes autonomes Uhrwerk in der Netzhaut.

Damit es in dieser Uhrenwerkstatt nicht irgendwann völlig durcheinandertickt und die Taktgeber zudem mit der Umwelt in Einklang bleiben, müssen alle rhythmischen Organismen dann und wann ihre Zeiger vor oder zurück stellen. Ohne diese Möglichkeit wäre die Kartoffel beim Umsetzen von Süd-amerika nach Europa vermutlich eingegangen, weil ihre Photosynthese sonst ausgerechnet in der Dämmerung auf Hochtouren gelaufen wäre.

Als Referenz-Uhr scheint der Wechsel von Licht und Dunkel aber auszuscheiden: Da sich die Uhr-Gene seit Ur-Zeiten recht wenig verändert haben, gelten die neuen Erkenntnisse über Neurospora vermutlich auch für höhere Lebewesen.

Die Forscher nehmen an, daß sich die zyklisch ansteigende und wieder abfallende Körpertemperatur des Menschen an den Tagesrhythmus der Außentemperatur anpaßt – und alle anderen Uhren im Körper erst richtig ticken läßt.

Christina Berndt

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