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Nr. 1 Februar/März 2018

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Schweizer Hausapotheke 1/18 – Gesunde Lektüre seit 1929

Die Schicksals-Uhr Neben

Die Schicksals-Uhr Neben der zirkadianen Uhr, welche die periodischen Abläufe des Lebens steuert, gibt es auch noch die langsamer, aber umso unerbittlicher «tickende» Lebensuhr, die bestimmt, wann die ersten Barthaare spriessen oder wann sich die weibliche Brust zu entwickeln beginnt, wann das Körperwachstum aufhört, wann die Haut altert und die Haare ergrauen. Dieser Schicksals-Chronometer, der individuell die Lebensspanne bemisst und über dessen Funktionsweise man noch rätselt, gleicht einer auslaufenden Sanduhr, die kein Sterblicher umdrehen kann, und die eines Tages – stillsteht. Keine Bahnhof-Uhren Als man Ende der fünfziger Jahre die biologischen Uhren bei Fliegen und Menschen entdeckte, ging man noch davon aus, dass ein solcher Zeitgeber nur im Gehirn angesiedelt sein könne. Doch nachdem sich solch zirkadiane Rhythmen auch nachweisen liessen in Bakterien, Pilzen und Pflanzen, die über keine zentralen Steuerungsmechanismen verfügen, war klar, dass auch Körperzellen über eigene biologische Uhren verfügen. Während man früher die Steuerung von Biorhythmen nur dem Gehirn zuschrieb, konnte die neuere Forschung nachweisen, dass es auch in Organgeweben und Einzelzellen Taktgeber gibt, die nicht bloss einfache Oszillatoren, sondern autonome Biozeitgeber darstellen, welche unabhängig von einer zentralen Schaltstelle funktionieren, also nicht wie Bahnhof-Uhren an einer Mutteruhr hängen. Und dennoch scheint es einen Zusammenhang zu geben, indem die dezentralen Uhren der Wirbeltiere mit der Zirbeldrüse im Gehirn zusammenarbeiten, welche durch Ausschüttung des Schlafhormons Melatonin den Tagesrhythmus steuert. Geniales clock-Gen Intensiv wurde nach dem verantwortlichen Lichtempfänger tierlicher Biouhren geforscht. Nachdem feststand, dass die beiden Rezeptortypen der Netzhaut, das heisst Zapfen und Stäbchen, für die Eichung der Biouhr entbehrlich sind, konzentrierte sich das Interesse bezüglich Photorezeptorfunktion auf die sowohl bei Tieren wie Pflanzen verbreitete Gruppe von lichtaktiven Substanzen, die – entsprechend ihrer noch nicht enträtselten Funktion – Cryptochrome heissen. Man nimmt an, dass solch zirkadiane Lichtsensoren Impulse ans Gehirn senden, das dann Botenstoffe in die Blutbahn abgibt und so die Milliarden von Körperuhren mit der Erdrotation abstimmt. Weil der Zebrafisch eines der bestuntersuchten Modelle der Wirbeltier-Genetik darstellt, wurde an ihm die Aktivität des sogenannten clock-Gens untersucht, das im Tierreich massgebend für das Funktionieren der zirkadianen Uhr verantwortlich ist. Zur Ermittlung der Aktivität dieses clock-Gens mass man die Konzentration der Boten-RNA, das heisst jener Genabschrift, die als Blaupause die Proteinfabriken steuert. Und siehe da: Die clock-Aktivität schwankte im Tagesablauf nicht bloss im Gehirn, sondern auch in andern Organen. Was wiederum dafür spricht, dass es sich bei den dezentralen Uhren nicht bloss um externe Zifferblätter einer Zentraluhr handelt. Medizinnobelpreis 2017 an Chronobiologie Wie hochaktuell die Erforschung der biologischen Uhr ist, belegt die Tatsache, dass der Forschungszweig Chronobiologie mit dem Nobelpreis für Medizin 2017 geehrt wurde: Die Wissenschaftler Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young, alle drei USA, erhielten ihn für ihre «Entdeckungen der molekularen Mechanismen, die den zirkadianen Rhythmus kontrollieren». Sie erbrachten den Nachweis dessen, was frühere Forscher anhand von Versuchen an mutierten Fruchtfliegen schon vermutet hatten, nämlich dass die innere Uhr genetisch verankert ist. Es gelang ihnen, das als zuständig vermutete Gen (Period genannt) zu isolieren und noch weitere beteiligte Gene und Proteine zu charakterisieren. Und sie konnten zeigen, wie diese molekularen Bausteine das biologische Uhrwerk steuern und auch für die Hormonausschüttungen verantwortlich sind, die uns – durch einen rhythmischen Feedbackmechanismus – beim Erwachen am Morgen auf Touren bringen (Cortisol) respektive abends beim Zubettgehen schläfrig machen (Melatonin) und dabei auch Körpertemperatur und Blutdruck regulieren. Liebes-Chronometer Ein wichtiges Regelwerk ist die «Liebesuhr»; sie lässt Tiere erahnen, wann Fortpflanzungszeit ist. Doch nicht alle spüren den «Frühling» zur selben Zeit, wie das Beispiel einheimischer Schalentiere zeigt, welche die heissen Tage in die kühle Jahreszeit verlegen; so fällt die Brunft beim Hirsch auf Oktober, bei der Gams dauert sie bis November, und das Schwarzwild rauscht sogar erst im Dezember. Die Rehe dagegen paaren sich bereits mitten im Hochsommer, lassen dann aber die befruchteten Eizellen fast ein halbes Jahr ruhen, ehe die Einnistung in die Gebärmutter und damit das Embryonalwachstum einsetzt. Doch wie «tickt» eigentlich diese «Liebesuhr» – zum Beispiel bei den Rehen? Die länger werdenden Tage im Frühsommer stimulieren die Hypophyse und setzen dadurch die Produktion von Geschlechtshormonen in Gang. Den eigentlichen Brunfttermin bestimmen die Geissen, indem sie bereits in der Vorbrunft Pheromone (Dufthormone) aussenden, auf welche die Böcke reagieren. Doch wirklich paarungsbereit sind sie nur während weniger Stunden. Heini Hofmann ist freier Publizist sowie Zoo- und Zirkustierarzt im Ruhestand. 8 Schweizer Hausapotheke 1-2018

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