Fernanda Ceriani ist Chronobiologin am Instituto Leloir in Buenos Aires und kennt das Gefühl, wenn die biologische Uhr aus dem Takt gerät.
"Am deutlichsten spürt man, dass die Innere Uhr falsch geht, wenn man ins Flugzeug steigt und durch mehrere Zeitzonen reist und am Zielort angekommen dann Hunger hat, wenn alle Restaurants geschlossen sind, oder schläfrig wird, wenn man eigentlich aufmerksam einem Vortrag zuhören sollte."
Fernanda Ceriani weiß aber auch, was dabei im Inneren des Körpers vorgeht. An Fruchtfliegen untersucht sie mit ihrer Forschungsgruppe, wie sogenannte Schrittmacherzellen im Gehirn der Tiere deren Tagesrhythmus regulieren.
"Was ihr Verhalten angeht sind die Fliegen wie wir Menschen. Sie sind tagsüber aktiver und nachts schlafen sie. Das wird von der biologischen Uhr gesteuert. Die ist bei den Fliegen natürlich etwas einfacher als bei uns, aber im Prinzip funktioniert sie genau gleich."
Innere Uhr bei Fliegen wie bei Menschen
Die molekulare Funktionsweise der biologischen Uhr ist schon länger bekannt. Die Schrittmacherzellen werden vom Tageslicht gesteuert und produzieren bestimmte Proteine, deren Menge sich im Tagesverlauf zyklisch ändert. Die Menge dieser Proteine bestimmt dann, welche physiologischen Prozesse aktiviert oder gehemmt werden. Doch als sich die Forscher die Schrittmacherzellen selbst genauer ansahen, machten sie eine unerwartete Entdeckung.
"Wir haben gemerkt, dass sich die Form der Neuronen verändert. Tagsüber waren sie stärker verzweigt als nachts und das zu sehen war eine echte Überraschung."
Zwar gibt es auch im erwachsenen Gehirn ein gewisses Maß an Plastizität - etwa wenn bei Lernprozessen neue Verbindungen entstehen - aber eine zeitabhängige zyklische Veränderung der Verzweigungen von Nervenzellen war nicht bekannt. Fernanda Ceriani und ihr Team konnten außerdem nachweisen, dass es die Axone der Zellen sind, die sich ausdehnen und zurückbilden. Diese verzweigten Fortsätze bilden die Verbindungen zwischen den einzelnen Nervenzellen im Gehirn, an deren Enden Synapsen für die Weiterleitung der Signale sorgen.
Nerven verbinden sich im Tagesrhythmus
"It's all about connection."
Und letztlich seien diese Verknüpfungen das Entscheidende, sagt Fernanda Ceriani. Denn davon, mit welchen Zellen die Schrittmacherzellen verbunden sind, hängt ab, welche physiologischen Prozesse sie steuern können. Die Forscher untersuchten deshalb genauer, ob sich auch die Interaktionspartner einer Schrittmacherzelle im Lauf des Tages ändern. Und tatsächlich:
"Wir haben gesehen, dass Neuron A zu einer bestimmten Tageszeit Neuron B kontaktiert aber zu einer anderen Zeit mit Neuron C verbunden ist. Das hatte niemand erwartet."
Dabei fanden die Forscher sowohl Interaktionspartner, von denen bekannt ist, dass sie tageszeitabhängige Prozesse steuern, als auch solche, die bisher nicht mit der biologischen Uhr in Verbindung gebracht worden waren.
"Wir wissen ganz sicher, dass sie nicht zur Inneren Uhr gehören. Und das ist eigentlich noch wichtiger, denn das bedeutet, dass die Schrittmacherzellen auch den Zellen, die zeitunabhängige Verhaltensweisen steuern, sagen können, wie spät es ist."
Welche Prozesse das genau sind, wollen Fernanda Ceriani und ihr Team als nächstes untersuchen.
