Insekten geben Aufschluss über Biorhythmus beim Menschen
Um biologische Effekte von Zeit beim Menschen zu erforschen, würde man zuerst nicht unbedingt auf Insekten kommen - aber genau damit beschäftigte sich das EU-finanzierte Projekt INSECTIME. "Unser Fokus lag auf den zirkadianen und saisonalen Rhythmen von Frucht- und Olivenfruchtfliegen, Lindenwanzen und parasitischen Wespen, da sie sich hervorragend eignen, um den Einfluss zeitlicher Abläufe auf die menschliche Gesundheit und das Wohlbefinden zu untersuchen", erklärt Projektkoordinatorin Charalambos Kyriacou. Der Rhythmus von Insekten Schwerpunkt von INSECTIME waren neue Erkenntnisse zum Biorhythmus des Menschen, indem biologische Uhr und Jahreszeitenrhythmus betrachtet werden. Zirkadiane Uhren sind molekulare Mechanismen, die über eine endogene Oszillation von etwa 24 Stunden biologische Prozesse regulieren. Beobachtet wurden diese Rhythmen inzwischen nicht nur beim Menschen, sondern auch bei Pflanzen, Tieren, Pilzen und Bakterien. "Auf diese Weise können Organismen tägliche Veränderungen, die durch die Erdrotation entstehen, vorhersagen, anstatt nur passiv darauf zu reagieren", erklärt Kyriacou. Mit dem Einzug technologischer Fortschritte muss sich der Mensch nicht mehr den zeitlichen Zwängen unterordnen, die die Natur bislang vorgegeben hatte, sodass sich Verhalten, Ernährungsgewohnheiten und Lichtexposition verändern und und aus dem Takt geraten. Neuere Studien haben gezeigt, dass viele Krankheiten und gesundheitliche Probleme entstehen, wenn die biologische Uhr dauerhaft verstellt wird, wie es etwa bei Schichtarbeitern der Fall ist, die 20 % der arbeitenden Bevölkerung ausmachen. Der Jahreszeitenrhythmus hingegen regelt physiologische Prozesse und Verhalten in Abhängigkeit des 12-monatigen Zyklus. Diese saisonalen Veränderungen kommen durch die axiale Neigung der Erde und deren Rotation um die Sonne zustande. "Wir wissen alle, wie sich Appetit, Stimmung, Gewicht, Schlafverhalten und Fruchtbarkeit über den Zeitraum eines Jahres verändern können", sagt Kyriacou. "In einigen Fällen, besonders unter extremen Umgebungsbedingungen, können diese Zyklen pathologische Störungen und Depressionen auslösen." Einmal Mäuschen spielen Da sich die molekularen Zahnräder der zirkadianen Uhr bei Fliegen und Säugetieren erstaunlich ähneln, kann das Verhalten von Insekten und deren Anpassung an die Umwelt auch Aufschluss über den menschlichen Biorhythmus geben. "So ebnete die Fruchtfliege Drosophila melanogaster den Weg für genetische Analysen im Zusammenhang mit zirkadianen Zyklen. Vieles von dem, was wir über den Biorhythmus von Säugetieren wissen, wurde aus diesem kleinen Insekt hergeleitet", erklärt Kyriacou. Laut Kyriacou beträgt der Lebenszyklus von Drosophila 10 Tage, was genetische Analysen wesentlich einfacher macht als bei Mäusen, die für die Reproduktion mehr als drei Monate benötigen. Zudem wird seit fast 100 Jahren am Erbgut von Drosophila geforscht, sodass nun mit einem hervorragenden molekulargenetischen Instrumentarium jedes Gen in jedem Gewebe exprimiert werden kann. Zum Beispiel kann ein Hirnneuron abgeschaltet, hyperaktiviert oder sogar ablatiert werden. Von Fliegen und Menschen An diesen Fliegen konnte INSECTIME untersuchen, wie Licht und Temperatur auf die Uhr einwirken, und wie Veränderungen natürlicher Lichtverhältnisse und Temperaturen das Überwinterungsverhalten beeinflussen. Hierfür wurden Neuronen identifiziert, die diese Reaktionen steuern, und ihre Rolle in einem neuronalen Netz aus rund 150 Zellen geklärt, das rhythmisches Verhalten erzeugt. "Bei Säugetieren steuern etwa 20.000 Neuronen das rhythmische Verhalten, allerdings sind die Prozesse, über die diese Taktgeber miteinander kommunizieren, fast identisch mit der der Fruchtfliege. Damit könnte es spannend werden, die Fliegenforschung von INSECTIME in ähnlicher Weise an Säugetieren fortzuführen", schließt Kyriacou ab.
Schlüsselbegriffe
INSECTIME, Biorhythmus, Jahreszeitenrhythmus, biologische Uhr