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Symbolbild

Prozesse auf Zellebene

Wir ticken wie Schaben: Kasseler Forscher erkunden unsere innere Uhr

Wenn um Punkt 12 Uhr der Magen knurrt, wenn einmal im Monat die Regelblutung der Frau einsetzt oder wenn ein Urlauber nach einer Fernreise nachts wach liegt, wird es offenbar: In uns ticken viele innere Uhren, die unsere Körperfunktionen und unser Verhalten steuern.

„Wir sind sehr rhythmische Wesen“, sagt die Kasseler Biologieprofessorin Dr. Monika Stengl. Vom Herzschlag im Sekundentakt über den Schlaf-Wach-Rhythmus im 24-stündigen Tagesverlauf bis zur Dauer einer Schwangerschaft wird der Mensch von tausenden Uhren mit verschiedenen Periodenlängen gesteuert. Stengl vergleicht das mit einem hochkomplexen Uhrwerk, bei dem viele verschiedene Rädchen ineinander greifen.

Aber wie werden die vielen verschiedenen Rhythmen synchronisiert? Und wie sind verschiedene biologische Uhren überhaupt im Laufe der Evolution entstanden? Das will ein interdisziplinäres Forscherteam in einem neuen Graduiertenprogramm der Uni Kassel nun herausfinden.

Monika Stengl

„Nicht nur der Mensch, auch alle anderen uns bekannten Lebewesen verfügen über innere Uhren“, erklärt Projektleiterin Monika Stengl. Selbst die Zellteilung bei Algen und die Gärung von Hefe unterliegen festen Zyklen.

Um dem Geheimnis der inneren Taktgeber auf die Spur zu kommen, setzen die Forscher auf der Ebene der Zellen an. Dabei interessiert sie vor allem, wie Informationen zwischen und innerhalb der zellulären Uhren weitergegeben werden und wie damit die zyklischen Prozesse synchronisiert werden.

Eine wichtige Rolle spielen dabei unter anderem Neuropeptide. Das sind kleine Proteine, die von Zellen im Gehirn ausgeschüttet werden, in den ganzen Körper ausschwärmen und dort als Kopplungssignale fungieren können. Sie synchronisieren viele zelluläre Uhren, die dann gemeinsam beschließen: Wir wollen essen. Oder: Wir wollen schlafen.

Schaben ticken so wie wir

Eine Forschergruppe wird dabei das Neuropeptid PDF untersuchen, das bei der Madeira-Schabe für die Zeitwahrnehmung verantwortlich ist. Noch ist unklar, wann und wo dieses Protein im Lauf der Evolution seine wichtigen Uhr-Funktionen übernommen hat, erklärt die Biologiprofessorin. Das ist vor allem deshalb interessant, weil die Uhr der Schabe ähnlich funktioniert wie die des Menschen. Deshalb erlauben die Erkenntnisse, die an der Schabe über deren Uhr gewonnen werden können, auch Rückschlüsse über die Mechanismen der Menschenuhr.

Bei dem Vorhaben handele es sich um Grundlagenforschung, betont Prof. Stengl. Die Erkenntnisse über das Zusammenspiel solcher biologischen Rhythmen sind aber unter anderem für die Medizin interessant. „Noch wird viel zu wenig beachtet, welche körperlichen und psychischen Folgen es haben kann, wenn unsere inneren Uhren aus dem Takt geraten“, sagt Stengl. Dass wir uns nur begrenzt von unseren inneren Rhythmen abkoppeln können, weiß jeder, der schonmal einen Jetlag hatte oder Schichtarbeit leisten musste.

Hintergrund

Forscher aus Naturwissenschaften, Mathe und Elektrotechnik

Das Forschungsvorhaben ist eins von vier neuen Graduiertenprogrammen, die die Uni Kassel eingerichtet hat. Die Hochschule stellt dafür insgesamt 2,5 Mio. Euro für den Zeitraum von drei Jahren bereit. In dem Projekt zum Thema innere Uhren arbeiten Wissenschaftler aus den Bereichen Physik, Chemie, Biologie, Mathematik und Elektrotechnik zusammen. „Nur durch die enge Zusammenarbeit verschiedener Disziplinen können wir die bis heute ungelöste Grundfragen angehen und hoffentlich auch beantworten“, betont Projektleiterin Monika Stengl. 

Für das Graduiertenprogramm werden insgesamt drei volle Stellen geschaffen: fünf halbe Doktorandenstellen und eine halbe Postdoc-Stelle. Mit jeder Stelle ist auch eine Lehrverpflichtung verbunden. Im Rahmen des Graduiertenprogramms wird die Forschergruppe ein interdisziplinäres Lehrangebot schaffen, von dem auch die Studierenden profitieren. (rud)


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