Die innere Uhr tickt nicht nur im Kopf

News: Die innere Uhr tickt nicht nur im Kopf

Unser Zeitgefühl wird von einer biologischen Uhr gesteuert, die nach allgemeiner Auffassung im Gehirn zu finden ist. Doch neuere Untersuchungen an Taufliegen zeichnen ein komplexeres Bild. Danach wird ein Gen, das den Bauplan für ein Protein der inneren Uhr darstellt, an verschiedenen Stellen des Körpers abgelesen - vom Kopf bis zu den Borsten auf den Flügeln.

Unter Leitung des Zellbiologen Steve Kay vom Scripps Research Institute in San Diego untersuchten Forscher, ob einzelne Körperteile von Taufliegen (Drosophila, auch Frucht-, Obst- oder Essigfliege genannt) auf Veränderungen im Hell-/Dunkel-Zyklus reagieren. Sie fanden heraus, daß die Gene für die innere Uhr in jedem Körperteil im Einklang mit dem äußeren Rhythmus an- und ausgeschaltet wurden. Ihre Hoffnung ist, neue Strategien zu finden, mit denen Zeitumstellungen nach langen Flugreisen und bei Schichtarbeit sowie jahreszeitlich bedingte Depressionen besser in den Griff zu bekommen sind. Dafür benötigen sie aber Informationen über die Orte, an denen sich „Uhren”-Gewebe und -Zellen befinden, sowie eine genaue Vorstellung von den Genen und Proteinen, welche die biologischen Zahnrädchen ausmachen.

Um herauszufinden, wie in Taufliegen die Gene für die innere Uhr kontrolliert werden, verknüpften die Wissenschaftler das zuständige per-Gen (für period) mit dem GFP-Gen (für green fluorescent protein) aus Quallen. Ist dieses Konstrukt aktiv, so fluoreszieren die entsprechenden Körperteile.

In allen Geweben, von denen die Forscher Kulturen angelegt haben, kam es zu einem Glühen, was darauf hindeutet, daß an vielen verschiedenen Stellen Uhren ticken, nicht nur im Gehirn. Bei normalem Wechsel zwischen Hell und Dunkel leuchteten Kopf, Brust und Unterleib im Rhythmus. Besonders in chemosensorischen Zellen an den Haarbasen auf Beinen und Flügeln sowie an den Antennen und auf dem Rüssel war die Biolumineszenz gut sichtbar. An diesen Stellen synchronisierten sich die Uhren selbständig als Antwort auf Lichtreize. Es wäre denkbar, daß die biologischen Uhren das Geruchs- und Geschmacksempfinden der Fliege regulieren, so wie sie bei Säugetieren auf die Licht- und Schmerzempfindlichkeit Einfluß haben.

Nach Ansicht von Kay, „bestätigt unsere Entdeckung, daß biologische Uhren in vielen Geweben außerhalb des Gehirns und von diesem unabhängig arbeiten. Sie werden vom Licht gestellt; das deutet darauf hin, daß Zellen für uns neue Photorezeptoren beherbergen, die nicht am Sehvorgang beteiligt sind.”

Obwohl die Wissenschaftler in Betracht ziehen, daß ihre Ergebnisse die Rolle des Gehirns als alleinigen Koordinator der inneren Rhythmik in Frage stellen, weisen sie darauf hin, daß dem Gehirn selbst in Taufliegen eine besondere Aufgabe zukommt. Es ist das einzige Organ, in dem die Uhr-Gene auch ohne Lichtreize den Takt halten können.

„Diese Ergebnisse sind wichtig, wenn man verstehen will, wie das Timing der Zellfunktionen in komplexen Organismen gelöst ist”, sagt Christopher Platt, Direktor des neurowissenschaftlichen Programms der National Science Foundation (NSF). „Dieser Fortschritt zeigt, wie die Grundlagenforschung an einem Modellsystem direkten Einfluß auf so unterschiedliche Bereiche wie Landwirtschaft und die Biologie des Menschen hat.”

Der Heidelberger Verlag Spektrum der Wissenschaft ist Betreiber dieses Portals. Seine Online- und Print-Magazine, darunter »Spektrum der Wissenschaft«, »Gehirn&Geist« und »Spektrum – Die Woche«, berichten über aktuelle Erkenntnisse aus der Forschung.