Die innere Uhr

Worum handelt es sich bei der „inneren Uhr“, wie funktioniert sie und wo sitzt sie? Eine innere Uhr haben alle Organismen quer durch die biologischen Ordnungsstämme, vom einfachen Bakterium über Pilze und Pflanzen bis zum Menschen. Sie ist eine entwicklungsgeschichtlich früh entstandene und genetische, also angeborene, Eigenschaft. Sie reguliert die gesamte Physiologie, von der Gen-Expression bis zum Verhalten (z.B. unseren Schlaf-Wach-Rhythmus). Die innere Uhr ist ebenso unabänderbar in unseren Genen festgelegt, wie unser Aussehen, die Haarfarbe oder Körpergröße.

Charakteristisch ist, dass die innere Uhr eine endogene Periodik von ungefähr 24 Stunden hat. Deshalb wird auch circadiane Uhr (gr. circa = ungefähr, dies = Tag) genannt. Die 24-Stunden Periodik beruht darauf, dass die innere Uhr ihre Funktion an die Erdrotation angepasst hat. Weil die innere Uhr aber nur eine circa, also bloß ungefähre 24-Stunden Rhythmik hat, muss sie regelmäßig mit dem „24-Stunden-Außentag“ abgeglichen werden. Dies ist ähnlich dem regelmäßig notwendigen Nachstellen alter Taschenuhren, die oft ein paar Minuten abweichen. Die Umweltsignale welche die innere Uhr stellen können nennt man Zeitgeber. Im Laufe der Evolution stellte sich für die innere Uhr das Sonnenlicht, rhythmisch gegeben durch Sonnenauf- und Sonnenuntergang, schlichtweg als der verlässlichste Zeitgeber dar. Einem Organismus hilft die innere Uhr dadurch den Tag zu antizipieren und sich rechtzeitig auf die täglichen Anforderungen vorzubereiten. Es kann zum Beispiel von großem Überlebensvorteil sein zu wissen, wann an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Tageszeit am ehesten Nahrung zu finden ist, und dies am besten, ohne zugleich dem eigenen Fressfeind zu begegnen.

Die Tages-Licht-Information nutzt die innere Uhr also aus um zu „wissen“, welche Stunde der Tag gerade schlägt (z.B. wann ist Zeit zu essen oder zu schlafen). Über spezielle Zellen der Retina, so genannte melanopsinhaltige Ganglienzellen, wird die Tages-Licht- Information aufgenommen und über die Sehnerven zur inneren Uhr geleitet. Diese besteht aus zwei ca. 10 000 Zellen umfassenden neuronalen Kernen (ca. 0.23 mm3), die sich zu beiden Seiten an der Basis der Seitenventrikel im Gehirn befinden. Sie sitzen direkt über der Kreuzung der Sehnerven (gr. Chiasma opticum), circa zwei Zentimeter hinter dem Nasenrücken. Diese beiden Kerne werden aufgrund ihrer Lage über dem Chiasma, als der Nucleus suprachiasmaticus (SCN) bezeichnet. Die Information über die Tageszeit wird schließlich vom SCN ausgehend über Nerven- und Blutbahnen an alle Zellen im Körper weitergeleitet, um somit den Organismus mit der Umwelt zu synchronisieren. Jede Zelle ist auf diesem Weg darüber informiert, welche Stunde der Tag gerade geschlagen hat und welche „Funktion“ diese Zelle nun ausführen muss, damit der gesamte Organismus richtig funktioniert.