Zeitumstellung Der Rhythmus, bei dem jeder mit muss

Angeblich murren jetzt wieder die Kühe, die plötzlich eine Stunde früher gemolken werden. Doch den meisten Lebewesen, vom Moskito bis zur Maus, ist die Zeitumstellung völlig gleichgültig. Trotzdem wird auch ihr Leben von Rhythmen bestimmt. Neben Jahreszeiten, Mondphasen und Gezeiten spielen vor allem die 24 Stunden eines Tages die entscheidende Rolle. Dank innerer Uhren können viele Lebewesen die wechselnden Umweltbedingungen vorhersehen und sich frühzeitig darauf einstellen.

Den ersten Hinweis, dass Tagesrhythmen nicht nur durch Licht oder Temperatur vorgegeben, sondern von einem inneren Mechanismus gesteuert werden, erbrachte 1729 der französische Astronom Jean Jacques d'Ortous de Mairan. Er fand heraus, dass sich das tägliche Öffnen und Schließen der gefiederten Blätter der Mimose auch in absoluter Dunkelheit in einem kaum veränderten 24-Stunden-Zyklus fortsetzt und spekulierte bereits über die Bedeutung seiner Entdeckung für Schlafstörungen des Menschen.

Deutliche Tageshochs und -tiefs beim Menschen

Seither fanden Forscher ähnliche, sogenannte circadiane Rhythmen in fast allen untersuchten Organismengruppen. Schimmelpilze wechseln regelmäßig zwischen Längenwachstum und Sporenbildung, Pflanzen steuern Blattbewegungen und die Produktion von Chlorophyll mit Hilfe ihrer inneren Uhr, einzellige Algen aus der Gruppe der Dinoflagellaten steigen eine Stunde vor Sonnenaufgang an die Meeresoberfläche, um schon das erste Tageslicht zur Photosynthese nutzen zu können.

Bei höheren Tieren sind vor allem Schlaf- und Wachphasen von inneren Uhren gesteuert. Aber auch eine Unzahl physiologischer Prozesse des Menschen weist deutliche Tageshochs und -tiefs auf (Siehe auch Grafik „Um wie viel Uhr ist was am höchsten?“). „Ich würde darauf wetten, dass man circadiane Rhythmen in so ziemlich jedem Lebewesen findet, wenn man nur genau genug danach sucht“, meint die Chronobiologin Martha Merrow von der Universität im niederländischen Groningen, die zur Zeit nach Regelmäßigkeiten im Tagesablauf von Hefezellen und Fadenwürmern sucht.

Uhr-Gene bei Schimmelpilz, Maus und Mensch

Das ubiquitäre Vorkommen biologischer Rhythmen wirft die Frage nach Sitz und Aufbau des zugrundeliegenden Uhrwerks auf. Während man bei Pflanzen heute von einem dezentralen Mechanismus ausgeht, ließen sich die circadianen Schrittmacher einer Reihe von Tieren genau lokalisieren. Bei Insekten etwa sitzen sie im Gehirn, bei Weichtieren im Auge und bei Wirbeltieren und auch dem Menschen in der Zirbeldrüse, welche den Körper mittels Ausschüttung des Hormons Melatonin über die aktuelle Zeit auf dem Laufenden hält. Durch das Transplantieren dieser Hirnanhangdrüse lässt sich bei Spatzen sogar der Rhythmus des Spenders auf den Empfänger übertragen.

Anfang der siebziger Jahre fand man bei der Fruchtfliege Drosophila ein erstes Gen, dessen Mutation zum Ausfall ihres circadianen Rhythmus führt. Inzwischen sind eine ganze Reihe solche Uhr-Gene bei Schimmelpilz, Maus und Mensch bekannt. 1990 präsentierten Michael Rosbash und Paul Hardin von der amerikanischen Brandeis-University ein Modell für einen auf diesen Genen beruhenden molekularen Oszillator. Demnach beginnt ein Pendelschwung der genetischen Uhr mit dem Ablesen seiner Information im Zellkern. Als Zwischenprodukt entsteht eine Gebrauchskopie des Gens.

Simples Modellvielfach bestätigt und verfeinert

Die in ihr codierte Information wird außerhalb des Zellkerns in die Aminosäureabfolge eines Proteins übersetzt. Dessen Hauptaufgabe ist es, in den Zellkern zurückzukehren und dort das Ablesen der ihm zugrundeliegenden Erbinformation zu blockieren. Der Zyklus beginnt von neuem, wenn die Konzentrationen von Genkopie und Protein durch die stetigen Abbauprozesse in der Zelle wieder unter einen Schwellenwert sinkt. Dieses simple Modell einer negativen Rückkopplung, die als Unruh im molekularen Uhrwerk dient, wurde seither vielfach bestätigt und verfeinert.

Doch wie schon Omas Wanduhr, so können und müssen auch biologische Uhren immer wieder gestellt werden. Interkontinentalreisende, die unter Jetlag leiden, können ein Lied davon singen. Der wichtigste externe Zeitgeber für circadiane Rhythmen ist naheliegender Weise das Licht. Während es bei Einzellern und Insekten oft noch direkt auf die Uhr-Gene einwirkt, sind bei komplexeren Lebensformen Teile des Nervensystems für die Synchronisation von äußerem Tagesrhythmus und innerer Uhr verantwortlich. Bei Fischen, Reptilien und Vögeln ist die Zirbeldrüse selbst noch lichtempfindlich, in Säugetieren wie auch dem Menschen erhält sie Lichtinformation von speziellen Rezeptoren im Auge, die man erst 1999 entdeckte.

Vielzahl von körperlichen und seelischen Störungen

Dank dieser Rezeptoren können sogar blinde Mäuse, denen sämtliche Stäbchen und Zäpfchen der Netzhaut fehlen, ihre innere Uhr nach dem Tageslicht stellen. Für den Stadtmenschen spielt Tageslicht als Zeitgeber dagegen nur noch eine untergeordnete Rolle. Wechselschichten, brutal früh klingelnde Wecker und Glühbirnen strukturieren ihren Schlaf-Wach-Zyklus viel stärker und führen zu einer Art sozialen Jetlag mit einer Vielzahl körperlicher und seelischer Störungen. Die Umstellung von Winter- auf Sommerzeit und im Herbst dann wieder retour ist da nur noch das Tüpfelchen auf dem i.

Wer trotzdem das Gefühl nicht loswird, dass seine innere Uhr anders geht als die an der Wand, kann sich mit dem Gedanken an die bedauernswerten Bewohner Westchinas trösten: die leben, Mao sei Dank, immer noch nach zentraler Peking-Zeit, ihrem natürlichen Rhythmus drei Stunden voraus.