Auch wenn wir nicht arbeiten, geht die Uhr – unsere biologische Uhr.

Ein System biologischer Uhren steuert die täglichen oder zirkadianen Rhythmen des Körpers. Diese etwa 24-stündigen Zyklen körperlicher, geistiger und verhaltensmäßiger Veränderungen finden sich in den meisten Organismen, vom Menschen über Fruchtfliegen und Pflanzen bis hin zu winzigen Mikroben. Die zirkadianen Rhythmen bestimmen den Schlafrhythmus, tragen zum Jetlag bei und sind für das flaue Gefühl verantwortlich, das Sie nach der Umstellung auf die Sommerzeit am kommenden Wochenende vielleicht verspüren. Von den National Institutes of Health unterstützte Forschungsarbeiten haben gezeigt, dass zirkadiane Rhythmen auch die Hormonproduktion, den Hunger, die Zellregeneration und die Körpertemperatur beeinflussen und mit Fettleibigkeit, Depressionen und jahreszeitlich bedingten Depressionen in Verbindung gebracht werden.

Wie ticken sie?

Biologische Uhren bestehen nicht aus Rädchen und Rädern, sondern aus Gruppen interagierender Moleküle in den Zellen des gesamten Körpers. Eine „Hauptuhr“ hält alles im Gleichschritt. Bei Wirbeltieren, einschließlich des Menschen, befindet sich die Hauptuhr im Gehirn. Bei uns befindet sie sich im Hypothalamus in einer Gruppe von Nervenzellen, die als suprachiasmatischer Kern (SCN) bezeichnet wird.

Die Uhren des Körpers werden teilweise durch interne Faktoren gesteuert, darunter zahlreiche Gene und die von ihnen produzierten Proteine. Im Jahr 2006 entdeckten Forscher der Universität von Kalifornien, Irvine, dass ein Protein mit dem treffenden Namen CLOCK eine wesentliche Komponente bei der Steuerung der zirkadianen Rhythmen bei Menschen, Fruchtfliegen, Mäusen, Pilzen und anderen Organismen ist. Das Gegengewicht zu CLOCK bildet ein Stoffwechselprotein namens SIRT1, das den Energieverbrauch in den Zellen überwacht. Störungen des Gleichgewichts zwischen CLOCK und SIRT1 können zu Schlafstörungen und erhöhtem Hungergefühl führen. Bleiben die Proteine chronisch unausgewogen, kann dies zu Fettleibigkeit beitragen.

Die biologischen Uhren werden auch durch Signale aus der Umwelt beeinflusst – vor allem durch Licht und Dunkelheit. Der SCN befindet sich direkt über den Sehnerven, die Informationen von den Augen an das Gehirn weiterleiten, und ist daher ideal positioniert, um Informationen über die Menge des einfallenden Lichts zu empfangen. Wenn es weniger Licht gibt, z. B. nach Sonnenuntergang, weist der SCN das Gehirn an, mehr Melatonin zu produzieren, ein Hormon, das schläfrig macht. Auf diese Weise steuert die Hauptuhr unseren Schlaf-Wach-Zyklus.

Die zirkadianen Rhythmen sind vielleicht am bekanntesten für den Jetlag, bei dem sich die Uhr des Körpers beim Durchqueren mehrerer Zeitzonen von der Uhr am Handgelenk verschiebt. Das „Verlieren“ oder „Gewinnen“ von Zeit während einer Flugreise kann den Körper verwirren, insbesondere wenn er Tageslicht erwartet, obwohl es eigentlich dunkel ist, oder umgekehrt. Mit der Zeit ist Ihr Körper in der Lage, seinen zirkadianen Rhythmus an die neue Umgebung anzupassen. Bei der Rückreise wird er jedoch erneut gestört, so dass eine erneute Umstellung erforderlich ist.

Zeit für die Behandlung

Das Verständnis der zirkadianen Rhythmen könnte den Forschern helfen, bessere Behandlungsmöglichkeiten für Schlafstörungen, Jetlag, Depressionen und sogar Krebs zu finden.

Forscher der University of North Carolina-Chapel Hill haben beispielsweise die Aktivität der DNA-Reparatursysteme von Mäusen zu verschiedenen Tageszeiten gemessen und festgestellt, dass sie nachmittags und abends am aktivsten sind. Da einige Krebsmedikamente auf DNA-Reparatursysteme abzielen, könnten diese Medikamente wirksamer sein, wenn sie früher am Tag verabreicht werden, wenn der Körper weniger aktiv ist, um geschädigte Krebszellen zu reparieren.

Auch die Untersuchung der Interaktion von Stoffwechselproteinen, die an zirkadianen Rhythmen beteiligt sind, wie CLOCK und SIRT1, könnte zur Entwicklung von Medikamenten gegen Fettleibigkeit und Diabetes führen.

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Dieser Inside Life Science-Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit dem National Institute of General Medical Sciences, Teil der National Institutes of Health, zur Verfügung gestellt.