Woher wissen Tiere, wie spät es ist?
Biologische Uhren funktionieren über endogene Oszillatoren und liefern einem Organismus Informationen über die Zeit. „Wie beim Pendel alter Uhren ermöglicht das ‚Schwingen‘ biologischer Uhren einem Organismus, seine Physiologie und Verhaltensweisen anzupassen“, erklärt der Projektkoordinator von Clock Mechanics Jörg Albert vom University College London im Vereinigten Königreich, der aktuell an der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg tätig ist. „Das kann die Tageszeit sein, also die innere Uhr, oder die Zeit nach der Nahrungszufuhr (metabolische Uhr) oder sogar die Gezeiten (Gezeitenuhr).“ Diese Uhren müssen richtig gestellt sein, um mit der Außenwelt in Einklang zu stehen. Daher verfügen die meisten biologischen Uhren über sensorische Kapazitäten. Sie fühlen zum Beispiel Licht (Tag oder Nacht?), die Umgebungstemperatur (heiß oder kalt?) oder Umgebungsgeräusche (leise oder laut?). „Es gibt viele Zeiten mit biologischer Bedeutung – Fütterungszeit, Paarungszeit, Schlafenszeit – also gibt es auch viele verschiedene biologische Uhren“, sagt Albert. „Diese Uhren erhalten unterschiedliche Arten Informationen und fühlen unterschiedliche Aspekte der Welt. All diese Informationen werden irgendwie verarbeitet.“
Neue molekulare und verhaltensbezogene Ansätze
Das Ziel des Projekts Clock Mechanic, das über den Europäischen Forschungsrat finanziert wurde, war es, diese Verarbeitung besser zu verstehen. „Wir haben uns auf die Wechselwirkungen zwischen zirkadianen und mechanosensorischen Systemen konzentriert, zum Beispiel den Antennen von Insekten, Fruchtfliegen und krankheitsübertragenden Mücken“, ergänzt Albert. „Wir wollten wissen, wie die zirkadiane Zeit die Mechanoempfindung beeinflusst und wie mechanosensorische Systeme die biologische Uhr unterstützen.“ Dafür haben Albert und sein Team neue molekulare, verhaltensbezogene und biophysikalische Ansätze erarbeitet. Zudem wurde eine Analyse des altersbezogenen Hörverlusts bei Fruchtfliegen durchgeführt.
Zirkadiane Systeme und Gehör
Das Projekt konnte einige interessante Entdeckungen zur Wechselwirkung zwischen zirkadianen Systemen und Gehör verzeichnen. „Bei Mücken führen Veränderungen der Flugtöne zum Beispiel zu Veränderungen der auditiven Wahrnehmung in Männchen“, erklärt er. „So wird ihr Gehör auf Paarungsschwärme ausgerichtet, die sich in der Dämmerung bilden.“ In ähnlicher Weise führen zirkadiane Veränderungen wichtiger Regulatorgene bei Fruchtfliegen zu Änderungen der auditiven Sensitivität, sodass das Gehör der Männchen und Weibchen auf die Paarung bei Dämmerung ausgerichtet wird. „Auf der Ebene der Grundlagenwissenschaft konnten wir im Projekt auch zeigen, wie das zirkadiane System die Sinneswahrnehmung reguliert“, fügt er hinzu. „Damit könnten neue Maßnahmen zur Kontrolle der Mückenpopulation entwickelt werden, denn ohne Gehör können sie sich nicht fortpflanzen.“
Synchronisation des Verhaltens mit der Umwelt
Nach Alberts Ansicht könnten die Ergebnisse auch eines Tages dazu beitragen, neue Wege zu finden, den Gehörverlust bei Menschen umzukehren, vorzubeugen oder abzuschwächen. Ein weiterer Aspekt, der für Menschen wie Mücken wichtig ist, ist die Erkenntnis, dass sensorische Konflikte – der Widerspruch zwischen zwei zeitbezogenen Reizen – sich drastisch auf den gesamten Organismus auswirken kann. „Ein Jetlag zwischen verschiedenen inneren Uhren kann Krankheiten verursachen“, sagt Albert. „Dieser Aspekt hat einen neuen Zweig der Medizin eröffnet, die Chronomedizin, die in Zukunft sicherlich an Umfang und Bedeutung zunehmen wird.“ Albert ist in der Tat der Meinung, dass Clock Mechanics zahlreichen neuen Forschungsmöglichkeiten den Weg geebnet hat. „Das Projekt hat neue Fragen aufgeworfen, die es wert sind, weiter verfolgt zu werden, und auch neue Mittel bereitgestellt, genau das zu tun“, fährt er fort. „Wir werden zum Beispiel versuchen, herauszufinden, wir bestimmte Sinnessysteme auf bestimmte Tageszeiten optimiert sind und wie Tiere ihr Verhalten grob mit der Umwelt synchronisieren.“
Schlüsselbegriffe
Clock Mechanics, biologisch, zirkadian, Chronomedizin, metabolisch, Mücke, mechanosensorisch
