Woher wissen unsere Körper, wie spät es ist? Laut einer neuen Untersuchung könnten unsere individuellen Organe und zentralen Uhren mithilfe eines Prozesses zusammenarbeiten, der gekoppelte Oszillation genannt wird.

Häufig sprechen wir vom circadianen Rhythmus, als sei er ein einzelner Zeitmesser. Unsere inneren Uhren sind jedoch viel komplizierter. In der Tat ist es so, dass jedes Organsystem und sogar jede Zelle in unserem Körper ihre eigenen inneren Uhren mit unterschiedlichen Aufgaben haben, die entsprechend eines abweichenden Zeitplans vollzogen werden müssen. Eine neue Chronobiologiestudie weist darauf hin, dass ein Phänomen namens gekoppelte Oszillation der Schlüssel sein könnte, um zu verstehen, wie unterschiedliche Uhren unseres Körpers Aktivitäten koordinieren, und sich zeitlich miteinander abstimmen.

Das Koordinieren von verschiedenen Hinweisen

Ein neues Experiment mit Fruchtfliegen hat Licht darauf geworfen, wie zentrale und periphere (nicht zentrale) Uhren zusammenarbeiten können, um eine Vielzahl an biologischen Prozessen strengstens zu regeln. Fruchtfliegen schlüpfen in der Früh aus ihren Eiern, ein Prozess, der sowohl von den Sekretdrüsen als auch den zentralen Uhrneuronen der Gehirne der Fliegen geregelt wird. Die Sekretdrüse ähnelt der Zirbeldrüse des Menschen, indem sie Kortikosteriodhormone herstellt, die bei der zeitlichen Abstimmung von einer Vielzahl an Aktivitäten involviert sind. In diesem Fall stellt die Sekretdrüse ein Hormon her, das Ecdyson genannt wird, und die Eier anregt, mit dem Schlüpfen zu beginnen.

Wir wissen, dass beide dieser Systeme notwendig sind, damit die Fruchtfliegen schlüpfen, da das Schlüpfen ansonsten unkoordiniert und zu beliebigen Zeiten stattfinden würde, wenn eines der beiden Systeme in einem wissenschaftlichen Labor unterbunden wird. Die Forscher sind der Meinung, dass diese koordinierte Handlung von einer weiteren Gruppe von Neuronen namens PTTH-Neurone ermöglicht wird. Die zentralen und peripheren Uhren können miteinander kommunizieren und schließlich zusammenarbeiten, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.

Was ist ein gekoppelter Oszillator?

Wie funktioniert ein gekoppelter Oszillator? Stellen Sie sich zwei Pendeluhren vor, die nebeneiner sind und ticken. Die meisten Pendeluhren zeigen leicht unterschiedliche Uhrzeiten an, weshalb die Pendel meistens nicht synchron sind. Jedoch bewegen sich die Pendel ab und zu gleichzeitig, auch wenn das nur für kurz geschieht. Diese verdoppelte Bewegung ist als gekoppelte Oszillation bekannt. Zwei unterschiedliche Systeme geben ein Muster von sich, das gelegentlich übereinstimmt. Die größten Auswirkungen ergeben sich dann, wenn die zwei Muster gekoppelt sind oder synchron arbeiten, wie es bei den zwei sich gemeinsam bewegenden Pendeluhren der Fall ist.

In der Biologie wird dieses System verwendet, um die Gehirnrhythmen und eine Vielzahl unterschiedlicher Aktivitäten zu regeln. Eine neue Untersuchung im Bereich der Chronobiologie lässt darauf schließen, dass es auch für das Bestimmen einer Vielzahl von weiteren Mustern wichtig sein könnte. In unseren Körpern gibt es Aktivitäten, die häufig von mehr als nur einem Mechanismus beeinflusst oder geregelt werden müssen, und dafür ist die gekoppelte Oszillation hilfreich. Laut des Wissenschaftlers Christian Wegener:

„Hierbei handelt es sich um die erste umfassende experimentelle Beschreibung eines Pfades, der die circadianen Uhren verknüpft und zeigt, dass das gekoppelte Oszillationsmodell in bestimmten Fällen tatsächlich wahr ist.”

Mit anderen Worten: Zum ersten Mal wurden gekoppelte Oszillatoren mit der Chronobiologie und unseren inneren Uhren in Zusammenhang gebracht.

Die Rhythmen des Lebens

Mehr darüber zu verstehen, wie sich verschiedene innere Uhren angleichen, könnte die Gesundheit in vielerlei Hinsicht verbessern. Zum Beispiel könnten Medikamente zeitlich so abgestimmt werden, dass sie effektiver sind und weniger Nebenwirkungen haben, oder Menschen könnten endlich eine Ursache — und somit ein Heilmittel — für ihre Schlafstörungen finden. Unsere Uhren sind für das Leben so wesentlich, dass es ein fast endloses Potenzial gibt, mehr über sie zu lernen.

Das Leben findet in einem unverkennbaren Rhythmus statt, und das sowohl in der natürlichen Welt als auch in der Biologie. Die Sonne geht jeden Tag auf und wieder unter; der Mond bewegt sich durch 28-Tage lange Phasen. Das Leben synchronisiert sich sowohl mit den Uhren der Umwelt als auch mit unseren inneren Trieben und Bedürfnissen. Gekoppelte Oszillatoren stellen eine Möglichkeit dar, wie sich all diese Zyklen koordinieren, und unsere Körper zeitlich abstimmen sowie nach Plan verlaufen lassen können.