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Die innere Uhr bei Säugetieren

10.000 Zellen auf einem Stecknadelkopf...

Auch bei uns Säugetieren spielt die Zirbeldrüse eine wichtige Rolle für die Zeitsteuerung. Sie produziert das „Schlafhormon“ Melatonin – und zwar immer nur abends und nachts. Strömt dieses Hormon durch unseren Körper, ist dies ein Signal für den Stoffwechsel, auf „Kriechgang“ zu schalten, wir werden müde. Damit greift die Zirbeldrüse unmittelbar in einige der wichtigsten Rhythmen unseres Körpers ein. Aber ist sie auch die innere Uhr?

Der Suprachiasmatischer Nucleus ist eine kleine Hirnregion im hier blau markierten Hypothalamus. © Bruce Blaus / CC-by-3.0

Auf der Suche nach der inneren Uhr

Dieser Frage ging der amerikanische Physiologe Curt Richter in den 1970er Jahren an Ratten nach. Mithilfe von radioaktiv markierten Eiweißen fand er eine Nervenverbindung, die sich von bestimmten Sinneszellen in den Augen zu einer kleinen Stelle im Hypothalamus hinzog. Dort lagen hinter der Nasenwurzel, unmittelbar unterhalb der Kreuzung der Sehnerven, zwei winzige Zellhaufen, der so genannte suprachiasmatische Nukleus (SCN). Richter vermutete, dass sich hier vielleicht die lange gesuchte Uhr verbergen könnte.

Neurologen hatten den SCN zwar zuvor bereits beschrieben, aber welche Funktion dieser nur rund 10.000 Zellen umfassende Kern haben könnten, wusste bislang niemand. Wieder mussten die Ratten herhalten. Richter entfernte einigen von ihnen den SCN und stellte fest, dass sie dadurch tatsächlich jedes Zeitgefühl verloren. Damit war vielleicht ein erstes Indiz für den Hauptsitz der Uhr gefunden.

Hamster liefern Beweis

Der endgültige Beweis gelang einige Jahre später Michael Menaker. In einem Laborstamm von Hamstern beobachtete er Tiere, die abweichend vom normalen 24-Stunden Rhythmus alle 20 Stunden in ihr Laufrad kletterten. Es handelte sich um eine genetische Mutation. Wenn nun der SCN wirklich der Sitz der inneren Uhr war, überlegte Menaker, mussten die Unterschiede zwischen beiden Mutantenstämmen eigentlich auch in den winzigen Gehirnkernen lokalisiert sein. Was würde geschehen, wenn er die SCN beider Stämme einfach austauschte? Menaker überlegte nicht lange und probierte es aus.

Und tatsächlich: Pflanzte er einem „24-Stunden-Hamster“ einen SCN von einem auf 20-Stunden-Rhythmus programmierten Artgenossen ein, sprang dieser prompt vier Stunden früher in sein Laufrad. Umgekehrt hinkte der 20-Stunden-Hamster mit einem implantierten 24-Stunden-SCN seinen Kollegen um vier Stunden hinterher. Ähnliche Versuche mit anderen Säugerarten lieferten die letzte Bestätigung: Die innere Uhr von Säugetieren liegt nicht in der Zirbeldrüse, sondern in den suprachiasmischen Kernen des Hypothalamus.

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Stand: 27.03.2002

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