Chronobiologie

Die Chronobiologie (altgriechisch: χρόνος, chrónos ‚Zeit‘; βίος, bíos ’Leben‘ und λόγος, lógos ‚Lehre‘) untersucht als ein Wissenschaftszweig der Biologie die zeitliche Organisation von physiologischen und biochemischen Prozessen und sich wiederholendenVerhaltensmustern in Lebewesen. Die beobachtbaren, wiederkehrenden Ereignisse werden als biologische Rhythmen bezeichnet: sie können sich mit verschiedener Periodendauer wiederholen und passen innere Zustände an äußere Umstände an, sowohl als Reaktion aber ins besondere auch in Vorausschau (Antizipation).

Circadianer biologischer Rythmus

Einer der wichtigsten biologischen Rhythmen ist der circadiane (lateinisch: circa ‚ungefähr‘, dies‚Tag‘) Rhythmus, der durch eine innere Uhr angetrieben wird und eine Phasenlänge von eben nur ungefähr 24 Stunden hat. Das Herzstück dieser Uhr ist eine einfache transkriptionale/translationale Rückkopplungsschleife (TTFL [transcriptional/translational feedback loop]) aus sogenannten Uhrengenen und deren Proteinprodukten. Damit die Uhr exakt nach einem 24-stündigen Sonnentag wieder am Ausgangspunkt ankommt, muss sie durch äußere Einflüsse, durch sogenannte Zeitgeber, jeden Tag ein wenig verstellt werden. Wichtigster Zeitgeber zur Verstellung der inneren Uhr ist Sonnenlicht, auch durch seinen hohen spektralen Blaulichtanteil. Aber auch Temperatur, Melatonin (eingesetzt zur Minderung von Jetlag, bei blinden Menschen und bei Schichtarbeitern) und sportliche Betätigung sind wichtige Zeitgeber zum Verstellen der circadianen Uhr in unserem Kopf. Wenn die Synchronisation der inneren Uhr durch Zeitgeber fehlt – beispielsweise bei blinden Menschen, unter konstanten Laborbedingungen, oder im hohen Norden mit ständiger Dunkelheit im Winter – schwingen viele natürliche Rhythmen unverändert und unvermindert weiter. Allerdings entspricht die Periodendauer (τ) dann nur noch ungefähr dem 24-stündigen Sonnentag (freilaufender Rhythmus).

Nobelpreis in Chronobiologie

Für die Entdeckungen der molekularen Mechanismen, die einer circadianen Rhythmik von Zellen zugrunde liegen, bekamen 2017 die Wissenschaftler Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young den Nobelpreis für Medizin.

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