Gastbeitrag: Chronobiologie.com
Die Wissenschaft der Chronobiologie erhielt eine der höchsten Anerkennungen, als der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin an drei Amerikaner für ihre Entdeckung verliehen wurde, wie innere Uhren und biologische Rhythmen das menschliche Leben bestimmen.
Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young erhielten den Preis „für ihre Entdeckungen von molekularen Mechanismen, die den circadianen Rhythmus kontrollieren“, so die Nobel-Stiftung. Die Arbeit des Trios erklärt, wie Pflanzen, Tiere und Menschen ihre biologischen Rhythmen synchron mit den Erdrotationen anpassen.
In der Zusammenfassung der Forschungsergebnisse der Nobelversammlung am Karolinska Institutet heißt es:
„Unter Verwendung von Fruchtfliegen als Modellorganismus isolierten die diesjährigen Nobelpreisträger ein Gen, das den normalen täglichen biologischen Rhythmus kontrolliert. Sie zeigten, dass dieses Gen für ein Protein kodiert, das sich in der Nacht in der Zelle anreichert und tagsüber wieder abgebaut wird. In der Folge identifizierten sie weitere Proteinkomponenten dieser Maschinerie und legten jenen Mechanismus offen, der das sich selbst erhaltende Uhrwerk in der Zelle steuert. Heute wissen wir, dass biologische Uhren in Zellen anderer mehrzelliger Organismen, einschließlich des Menschen, nach denselben Prinzipien funktionieren.
„Mit exquisiter Präzision passt unsere innere Uhr unsere Physiologie an die dramatisch unterschiedlichen Phasen des Tages an. Die Uhr reguliert kritische Funktionen wie Verhalten, Hormonspiegel, Schlaf, Körpertemperatur und Stoffwechsel.“
Als der Astronom Jacques d’Ortous de Mairan im 18. Jahrhundert Mimosenpflanzen untersuchte, entdeckte er, dass sich die Blätter der Pflanze tagsüber zur Sonne hin öffnen und in der Dämmerung schließen, und fand so heraus, dass Pflanzen ihre eigene biologische Uhr haben. Dies führte zu der Erkenntnis, dass auch Menschen und Tiere eine biologische Uhr und tägliche physiologische Schwankungen haben. Diese tägliche Anpassung wird als circadianer Rhythmus bezeichnet.
Die Nobelpreisträger gingen der Frage nach, wie diese innere Uhr eigentlich funktioniert. Hall und Rosbash isolierten bereits 1984 das Periodengen und entdeckten anschließend, dass PER (jenes Protein, das von Periode kodiert wird) während der Nacht akkumuliert und während des Tages abgebaut wird, was beweist, dass die PER-Proteinspiegel über einen 24-Stunden-Zyklus synchron mit dem circadianen Rhythmus oszillieren. Später entdeckte Young ein zweites Uhrengen namens timeless, welches das TIM-Protein kodiert, das für einen normalen circadianen Rhythmus notwendig ist. Young zeigte daraufhin, dass, wenn TIM an PER bindet, die Proteine in den Zellkern gelangen und das Zeit-Gen blockieren. Diese Rückkopplungsschleife brachte Licht ins Dunkel, wie die zelluläre Proteinoszillation zustande kommt. Schließlich identifizierte Young das Doubletime-Gen (DBT), das die Akkumulation des PER-Proteins verzögert.
Durch diese Entdeckungen haben wir gelernt, dass alle mehrzelligen Organismen – einschließlich des Menschen – ähnliche Mechanismen zur Steuerung der circadianen Rhythmen verwenden. Während der verschiedenen Phasen des Tages wird der Körper auf unterschiedliche Prozesse vorbereitet. So wird zum Beispiel um 6 Uhr morgens Cortisol ausgeschüttet, um 9 Uhr ist die Wachsamkeit am höchsten und um 15 Uhr ist Ihre Koordination am besten, da dann die schnellsten Reaktionszeiten auftreten. Die höchste Körpertemperatur erreicht man um 18 Uhr, der höchste Blutdruck des Körpers tritt am Abend auf, gefolgt von der Melatoninausschüttung um 22 Uhr. Der tiefste Schlaf im Zyklus tritt nach Mitternacht auf, gefolgt von der niedrigsten Körpertemperatur um 3 Uhr morgens und dann beginnt der Zyklus von neuem.
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