The World of Molecular Biology exhibit

Rhythmische Veränderungen in der Biologie

Regelmäßige, sich wiederholende Muster in Zeit und Raum finden wir in vielen Bereichen der Natur und in allen Größenordnungen. Dazu gehören molekulare Prozesse in Zellen, Schlafzyklen von Tieren und globale Klimamuster. Mifhilfe von Mathematik und Computeranalyse untersuchen Forschende diese Systeme, um sie zu verstehen und Vorhersagen treffen zu können. In einigen Fällen kann die Beeinflussung der Zyklen in unserem Körper unsere Gesundheit verbessern.


Krebs

Unter zirkadianen Rhythmen versteht man die regelmäßigen Veränderungen in einem 24-Stunden-Zyklus in Bezug auf Schlaf und Wachsein, Essen und Fasten sowie andere biologische Prozesse. Eine innere Uhr steuert die hormonellen Veränderungen in unserem Körer, die die Zyklen bewirken. Aber auch äußere Einflüsse wie zum Beispiel Licht, beeinflussen die innere Uhr. Störungen dieser Muster, wie durch langfristige Schichtarbeit, können zur Entstehung von Krebserkrankungen beitragen. Auch schlechter Schlaf kann die Hormone, die bei der Krebsentstehung eine Rolle spielen aus dem Gleichgewicht bringen. Auch die DNA- Reparaturmechanismen können gestört werden, und ebenfalls das Krebsrisiko erhöhen.

Wir können zirkadiane Rhythmen nutzen, um Krebsbehandlungen zu verbessern. Die Wirkung von Krebsmedikamenten kann variieren, je nachdem, zu welchem Zeitpunkt des Tages sie verabreicht werden. Leitet man Patient*innen an, die Medikamenteneinnahme sorgfältig zu bestimmten Uhrzeiten einzuhalten, kann dies die Wirksamkeit der Behandlungen erhöhen.


Evolution

Fast alle Lebewesen haben eine innere Uhr, die ihren Tag-Nacht-Rhythmus steuert. Eine Reihe von Proteinen, deren Konzentrationen in einem Regelkreis stetig steigen und fallen, reguliert diese Rhythmen. Veränderungen in Umwelteinflüssen wie Nahrungsaufnahme oder Lichteinwirkung können diese Zyklen zurücksetzen. Aber auch unter ständig gleichbleibenden Bedingungen fallen Lebewesen immer in einen natürlichen Tag-Nacht-Rhythmus zurück. Während einzelne Proteine variieren können, scheint der grundlegende Mechanismus, der die innere Uhr in allen Pflanzen und Tieren steuert, derselbe zu sein. Deswegen gehen Forscher*innen davon aus, dass der Tag-Nacht-Rhythmus einen evolutionären Vorteil darstellt und das Überleben der Lebewesen erhöht. So können Lebewesen beispielsweise mit Hilfe ihrer Uhr die täglichen Umweltveränderungen vorhersehen und das Timing ihrer zellulären Programme darauf ausrichten.


Wissenschaft & Gesellschaft

Jede*r von uns hat einen eigenen Rhythmus von Schlaf und Wachsein über 24 Stunden. Diese sind von Mensch zu Mensch verschieden und verändern sich mit zunehmendem Alter. Manche Menschen sind Frühaufsteher, andere arbeiten und feiern spät. Der zirkadiane Rhythmus von Teenagern ist von Natur aus auf Ausschlafen und späteres Aufbleiben ausgerichtet. Stört man diesen Rhythmus, kann dies gesundheitliche Probleme hervorrufen. Viele Bereiche der Gesellschaft sind jedoch unflexibel gegenüber den natürlichen Wach- und Schläfrigkeitsmustern des Einzelnen. So könnten Teenager beispielsweise von späteren Schulanfangszeiten profitieren, die besser zu ihrem natürlichen Wachheitszustand passen.


EMBL-Forschungsgruppen, die an natürlichen Rhythmen arbeiten

Ebisuya Group

Synthetic developmental biology – cross-species comparison and manipulation of organoids

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