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Woher weiß meine innere Uhr, wie spät es ist?

Einstein sagte, die Zeit sei relativ. Dennoch haben wir Menschen ein wirklich gutes Zeitgefühl, selbst im Schlaf. Unsere Expertin Carolina Greco verrät uns, wie unsere innere Uhr tickt.

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Stellen Sie sich vor, Sie wachen im schwachen Licht der Morgendämmerung auf und fragen sich, ob Sie schon aufstehen müssen. Sie tasten gerade nach der Uhr auf dem Nachttisch, als plötzlich Ihr Wecker klingelt. Das ist eine praktische Fähigkeit – wenn auch rätselhaft. Aber woher weiß unser Körper, wie spät es ist, selbst im Schlaf? „Wenn wir von unserer ‚inneren Uhr‘ sprechen, dann meinen wir einen endogenen Zeitmessapparat, der in praktisch jeder Zelle unseres Körpers sitzt“, erklärt Greco, Assistenzprofessorin an der Humanitas Universität in Italien. „Das bedeutet, dass es auf molekularer Ebene Zellmechanismen gibt, die bestimmte Gene binden, verschiedene Repressoren aktivieren oder die Aktivität von Aktivatoren hemmen. Das alles passiert im 24-Stunden-Takt.“ Unsere innere Uhr erzeugt also einen 24-Stunden-Rhythmus, der Abläufe wie die Genexpression, den Stoffwechsel oder Protein-Level beeinflusst. Und dieser Rhythmus bestimmt, wann wir hungrig, energiegeladen oder müde sind. Eine Störung dieser inneren Uhr kann tödlich enden. Dieser sogenannte Biorhythmus ist auf 24 Stunden ausgelegt, weil dies – Sie haben richtig geraten – der Länge eines Tages auf der Erde entspricht. Alle lichtempfindlichen Wesen auf unserem Planeten haben eine Art innere Uhr. Licht ist das wichtigste Signal, das unsere Hauptuhr zurücksetzt – ohne diesen Korrekturmechanismus würde unsere Uhr mit der Zeit nicht mehr richtig gehen, und wir würden unter permanentem Jetlag leiden. Aus evolutionärer Sicht ist der Sinn dieser inneren Uhr, dass sich unsere Körperfunktionen an Umweltveränderungen anpassen können – vor allem an den Tag-Nacht-Zyklus.

Gemischte Signale

Doch Licht ist nicht das einzige Signal. Auch andere Faktoren – insbesondere Essen – beeinflusst unsere innere Uhr. Das führt gerade bei Menschen, die schon lange Schichtarbeit leisten, zu Problemen. „Wenn man in Nachtschichten arbeitet und isst – zu einer Zeit, in der das natürlich nicht vorgesehen ist – kann das zu einer Entsynchronisierung mit dem Körper führen“, sagt Greco. „Die Hauptuhr synchronisiert sich mit dem Licht, doch die periphere Uhr synchronisiert sich mit den Essenszeiten. Das kann Stoffwechselerkrankungen verursachen.“ Dieser Punkt stand im Zentrum des Projekts MetEpiClock, das mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt wurde. Greco wollte die Verbindung zwischen dem zirkadianen Rhythmus und Stoffwechselwegen verstehen. „Wir wollten insbesondere einen bestimmten Stoffwechselweg untersuchen, der Methionin reguliert“, merkt sie an. „Das ist eine essentielle Aminosäure mit vielen wichtigen Funktionen.“ Darunter laut Greco die Regulierung unserer inneren Uhr.

Was treibt unseren Tag-Nacht-Rhythmus an?

Greco konnte nachweisen, dass eine Wechselwirkung zwischen diesem Protein und einem anderen Stoffwechselenzym den 24-Stunden-Rhythmus erzeugt. Eine Hemmung des Enzyms störte den Tag-Nacht-Rhythmus. Ein tieferes Verständnis darüber, wie diese Mechanismen unseren Biorhythmus steuern, könnte uns bei der Behandlung von Stoffwechselstörungen helfen, darunter Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes. Das ist und bleibt ein zentraler Motivationsfaktor für Greco. „Ich habe jetzt ein eigenes Labor, in dem wir Störungen des Biorhythmus im Zusammenhang mit Herzversagen erforschen. Diese Mechanismen sind noch unbekannt, also untersuchen wir, wie sich der Zeitmessapparat im erkrankten Herzen und in anderem Gewebe verändert.“ Eine gute Erinnerung, nachts ausreichend zu schlafen – auch wenn das bedeutet, den Wecker morgens zu ignorieren. Hier erfahren Sie mehr über die Forschung von Greco: Zusammenhang zwischen Stoffwechsel und zirkadianem Rhythmus

Schlüsselbegriffe

MetEpiClock, zirkadianer Rhythmus, Biorhythmus, endogen, molekular, metabolisch, Stoffwechsel, Erkrankungen, Störungen, Gene