Chronobiologie: Im Takt der ersten Tage
Die Lichtverhältnisse unmittelbar nach der Geburt prägen die innere Uhr von Mäusen.
© Satchidananda Panda (Ausschnitt)
Wann unser Organismus so richtig auf Trab kommt, bestimmt maßgeblich ein kleines Kerngebiet im Gehirn: der Nucleus suprachiasmaticus. Er erhält Signale von den Ganglienzellen der Netzhaut des Auges und kann so den Biorhythmus an die Lichtverhältnisse in der Umwelt anpassen. Forscher um Douglas McMahon von der Vanderbilt University (US-Bundesstaat Tennesse) fanden jetzt in Experimenten mit Mäusen Hinweise darauf, dass die Jahreszeit, in der Säugetiere aufwachsen, die Aktivität dieses inneren Schrittmachers beeinflusst.
Ein Gruppe neugeborener Labormäuse wuchs in den ersten drei Lebenswochen unter simulierten Winterbedingungen auf – 8 Stunden Licht folgten jeweils 16 Stunden Dunkelheit. Bei einer zweiten Gruppe verhielt es sich genau andersherum: Nach 16 hellen kamen stets 8 dunkle Stunden. Für die darauffolgenden vier Wochen bildeten die Wissenschaftler abermals zwei Gruppen: Die eine Hälfte der Jungtiere verblieb unter den ursprünglichen Lichtverhältnissen, während die anderen sich umstellen mussten – quasi von Winter auf Sommer oder umgekehrt. Um die Reaktion des Nucleus suprachiasmaticus verfolgen zu können, hatten die Forscher ein zusätzliches Gen in die DNA der Mäuse eingebracht. Dieses sorgte dafür, dass eine Zelle grün leuchtete, sobald das für den Biorhythmus wichtige Gen Per1 abgelesen wurde.
Nach Ablauf der sieben Wochen kamen die Nager in völlige Dunkelheit. Ihre innere Uhr konnte sich nun nicht mehr nach den aktuellen Lichtverhältnissen richten, sondern folgte ihrem eigenen Rhythmus. Dieser glich bei den "Sommermäusen" zuverlässig jenem, den sie in den ersten drei Lebenswochen erlebt hatten: Die Neurone im Nucleus suprachiasmaticus schalteten trotz anhaltender Dunkelheit pünktlich um die Zeit des damaligen Sonnenuntergangs auf Grün, und die nachtaktiven Nager trappelten im Laufrad drauflos.
Bei den Tieren jedoch, die zunächst mit langen Dunkelphasen aufgewachsen waren, tickte die innere Uhr nun uneinheitlich – je nach Versuchsbedingung: Bei der reinen Wintertruppe verzögerte sich das Ablesen von Per1. Die Tiere verschliefen folglich den bisherigen Nachtanfang um rund eine Stunde. Waren sie hingegen von Winter- auf Sommerbedingungen umgestellt worden, regte sich das Gen sogar zwei Stunden früher als zuvor – obwohl die Nächte in den letzten vier Wochen deutlich kürzer ausgefallen waren. Diese Mäuse blieben zudem elfeinhalb Stunden agil, im Schnitt anderthalb Stunden länger als ihre Artgenossen aus den anderen Gruppen.
Die nach der Geburt herrschenden Lichtverhältnisse prägen bei Mäusen also offenbar grundlegend die Genaktivität im Nucleus suprachiasmaticus und damit die innere Uhr. Warum das so ist, wissen die Forscher bislang noch nicht. Aus einer früheren Studie ist jedoch bekannt, dass Nager, die unter kurzen Helligkeitsphasen aufwuchsen, eher depressives und ängstliches Verhalten zeigten. Dies lasse eine Verbindung zur Winterdepression beim Menschen vermuten, so McMahon: Da unser Biorhythmus prinzipiell auf ähnliche Weise funktioniert wie der von Mäusen, könnte die Verstellung der inneren Uhr erklären, warum im Winter Geborene eher saisonal bedingte depressive Symptome entwickeln. (cb)
Ein Gruppe neugeborener Labormäuse wuchs in den ersten drei Lebenswochen unter simulierten Winterbedingungen auf – 8 Stunden Licht folgten jeweils 16 Stunden Dunkelheit. Bei einer zweiten Gruppe verhielt es sich genau andersherum: Nach 16 hellen kamen stets 8 dunkle Stunden. Für die darauffolgenden vier Wochen bildeten die Wissenschaftler abermals zwei Gruppen: Die eine Hälfte der Jungtiere verblieb unter den ursprünglichen Lichtverhältnissen, während die anderen sich umstellen mussten – quasi von Winter auf Sommer oder umgekehrt. Um die Reaktion des Nucleus suprachiasmaticus verfolgen zu können, hatten die Forscher ein zusätzliches Gen in die DNA der Mäuse eingebracht. Dieses sorgte dafür, dass eine Zelle grün leuchtete, sobald das für den Biorhythmus wichtige Gen Per1 abgelesen wurde.
Nach Ablauf der sieben Wochen kamen die Nager in völlige Dunkelheit. Ihre innere Uhr konnte sich nun nicht mehr nach den aktuellen Lichtverhältnissen richten, sondern folgte ihrem eigenen Rhythmus. Dieser glich bei den "Sommermäusen" zuverlässig jenem, den sie in den ersten drei Lebenswochen erlebt hatten: Die Neurone im Nucleus suprachiasmaticus schalteten trotz anhaltender Dunkelheit pünktlich um die Zeit des damaligen Sonnenuntergangs auf Grün, und die nachtaktiven Nager trappelten im Laufrad drauflos.
Bei den Tieren jedoch, die zunächst mit langen Dunkelphasen aufgewachsen waren, tickte die innere Uhr nun uneinheitlich – je nach Versuchsbedingung: Bei der reinen Wintertruppe verzögerte sich das Ablesen von Per1. Die Tiere verschliefen folglich den bisherigen Nachtanfang um rund eine Stunde. Waren sie hingegen von Winter- auf Sommerbedingungen umgestellt worden, regte sich das Gen sogar zwei Stunden früher als zuvor – obwohl die Nächte in den letzten vier Wochen deutlich kürzer ausgefallen waren. Diese Mäuse blieben zudem elfeinhalb Stunden agil, im Schnitt anderthalb Stunden länger als ihre Artgenossen aus den anderen Gruppen.
Die nach der Geburt herrschenden Lichtverhältnisse prägen bei Mäusen also offenbar grundlegend die Genaktivität im Nucleus suprachiasmaticus und damit die innere Uhr. Warum das so ist, wissen die Forscher bislang noch nicht. Aus einer früheren Studie ist jedoch bekannt, dass Nager, die unter kurzen Helligkeitsphasen aufwuchsen, eher depressives und ängstliches Verhalten zeigten. Dies lasse eine Verbindung zur Winterdepression beim Menschen vermuten, so McMahon: Da unser Biorhythmus prinzipiell auf ähnliche Weise funktioniert wie der von Mäusen, könnte die Verstellung der inneren Uhr erklären, warum im Winter Geborene eher saisonal bedingte depressive Symptome entwickeln. (cb)
Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.