Aus der Forschung
Der Karpfenfisch Phreatichthys andruzzii lebt seit Millionen Jahren in unterirdischen Wasserhöhlen unter der Wüste Somalias und hat Augen und Schuppen völlig verloren. Bild: KIT
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Hören Sie das Gespräch mit Nick Foulkes in voller Länge (auf Englisch, etwa 40 Minuten) über innere Uhren, Fische als ideale Modellorganismen und die Evolution:
[MP3] Interview mit Nick Foulkes
Berichte in den Medien:
Wie die innere Uhr verlorengeht
Die innere Uhr zeigt an, wann es sich lohnt, nach Futter zu suchen und wann der Körper Ruhe braucht. Sie ist durch bestimmte Gene gesteuert, wird aber durch Licht immer wieder nachjustiert. Und weil ein Erdentag 24 Stunden hat, tickt diese innere Uhr bei fast allen Lebewesen im gleichen Rythmus. Doch es gibt Ausnahmen:
Zum Beispiel der blinde Höhlenfisch Phreatichthys andruzzii. Seit ungefähr 2,6 Millionen Jahren lebt er vollkommen abgeschieden vom Tageslicht in unterirdischen Seen unter der Wüste Somalias. Mit den Jahrmillionen verlor er seine Farbe, seine Schuppen und Augen und wahrscheinlich geht auch seine innere Uhr nun allmählich verloren. Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Nick Foulkes vom Institut für Toxikologie des KIT hat diese Frage zusammen mit Prof. Dr. Cristiano Bertolucci von der Universität Ferrara, Italien, untersucht.
Die "Uhr" des blinden Fisches geht doppelt so langsam
Als Vergleichsorganismus dienten Zebrafische, nahe Verwandte von Phreatichthys andruzzii. Fast eine halbe Million Zebrafische leben in den Wassertanks in Foulkes Institut, ihr Genom ist bereits entschlüsselt und leicht lassen sich genetisch veränderte neue Linien herstellen. Während sich Zebrafische wie alle Organismen nach Licht-Dunkel-Signalen einstellen, reagieren Höhlenfische überhaupt nicht mehr auf Licht. Lässt man sie in Ruhe, verhalten sie sich so, als ob ihr Tag rund 47 Stunden hätte.
Durch Futter zu bestimmten Zeiten lassen sie sich beeinflussen, und dabei sind sie sehr flexibel. Den Höhlenfischen ist es gleich, ob alle zehn Stunden oder nur alle 60 Stunden neue Nahrung kommt. Bis zu drei Wochen können sie ganz ohne Futter überleben, sie senken dann ihren ohnehin langsamen Stoffwechsel noch weiter ab und reduzieren den Verbrauch aufs Minimum. Überhaupt scheint die Zeit für sie langsamer zu gehen, sie sind auch noch mit über 40 Jahren nicht langsamer als ihre Nachkommen und zeigen kaum Alterungserscheinungen, legen sogar noch Eier. „Wir sehen bei diesen Fischen, wie die Uhr im Lauf der Evolution verloren gegangen ist. Wenn wir in ein paar Millionen Jahren diese Fische noch einmal untersuchen könnten, würden wir vermutlich gar keine innere Uhr mehr finden. Vielleicht, weil solch ein Mechanismus ihnen einfach keinen großen Überlebensvorteil in ihrem unterirdischen Lebensraum bieten kann“, meint Nick Foulkes.
Zebrafische zum Vergleich
Besonders interessieren sich die Forscher für die molekularen Bausteine der inneren Uhr, die bei allen Organismen sehr ähnlich sind. Dabei haben sie mehrere Gruppen von Genen im Visier. So haben sie in Zellen des Höhlenfischs Gene aus dem Zebrafisch eingesetzt, die auf Licht reagieren. Mit diesen Genen ausgestattet, ließen sich die blinden Höhlenfische plötzlich doch durch Licht in ihrer Aktivität beeinflussen. „Wir wollen das Genom des Höhlenfisches nun entschlüsseln und mit dem des Zebrafisches vergleichen, damit wir genauer feststellen können, welche Mutationen für die Verlangsamung der inneren Uhr verantwortlich sind“, sagt Foulkes.
Auch Rentiere ticken anders
Auch bei manchen Säugetieren sind solche Prozesse zu beobachten, meint Foulkes. Zum Beispiel bei Rentieren, die nördlich des Polarkreises leben. Im Sommer suchen sie quasi rund um die Uhr aktiv nach Futter, im Winter leben sie dagegen in dauernder Dunkelheit. Die innere Uhr dieser Tier könnte im Lauf der Evolution deutlich schwächer geworden sein, weil ein starrer Tag-Nacht-Rhythmus am Polarkreis keinen Vorteil mehr bietet.
Leben gegen die Uhr schwächt das Immunsystem
Menschen hatten jedoch erst wenige Jahrtausende Zeit, um sich an extreme Jahreszeiten oder das moderne Leben mit Schichtarbeit und Fernreisen anzupassen. Gegen die eigene innere Uhr zu leben, ist nicht nur anstrengend, sondern auch ungesund. Auf Dauer schwächt das Leben gegen diese in den Zellen verankerten Aktivitätsrhythmen das Immunsystem, die Anfälligkeit gegenüber Viren und sogar Krebserkrankungen steigt. „Menschen sollten schlafen gehen, wenn sie müde werden, und erst aufstehen, wenn sie ausgeschlafen sind“, sagt Foulkes. Dabei stehen die Wissenschaftler selbst auch oft rund um die Uhr im Labor.
