Die Genetik hinter den Auswirkungen des Mondes auf die Tier- und Pflanzenwelt des Meeres erforschen
Der Mond besitzt große Macht über das Leben auf der Erde. Viele Meeresorganismen, darunter Fische, Algen und Korallen, richten ihren Lebensrhythmus nach dem Mond aus. Die Mondzyklen können entweder direkt oder über die Synchronisation monatlicher, „zirkalunarer“ Uhren wirken, die wie unbewusste innere Kalender funktionieren und wichtige, mit der Fortpflanzung zusammenhängende Prozesse steuern. Viele Meeresorganismen pflanzen sich durch äußerliche Befruchtung fort, was bedeutet, dass die Fortpflanzung auf dieselbe Stunde und denselben Tag synchronisiert werden muss, wobei letzterer vom Mond abhängt. Das führt zu oft spektakulären Massenlaichereignissen im Ozean, die schon den Fischern in der Antike auffielen. „Die Mondphase ist einfach ein sehr markantes Umweltmerkmal, auf das sich die Organismen verlassen können“, erklärt Kristin Tessmar-Raible, Forscherin am Alfred-Wegener-Institut(öffnet in neuem Fenster) und Professorin für Chronobiologie an der Universität Wien(öffnet in neuem Fenster) und für Marine Chronobiologie an der Universität Oldenburg(öffnet in neuem Fenster). „Sie ist seit dem Anbeginn allen Lebens vorhanden.“ Dennoch wissen wir immer noch wenig darüber, wie genau Organismen auf genetischer Ebene auf diese Signale des Mondes reagieren. Im Rahmen des vom Europäischen Forschungsrat(öffnet in neuem Fenster) finanzierten Projekts Mari.Time untersuchten Tessmar-Raible und ihre Kolleginnen und Kollegen den Einfluss von Genen und Umwelt auf die zirkalunare Uhr weiter. Sie ermittelten Moleküle, die eine Schlüsselrolle spielen, und testeten ihre Laborergebnisse auch in freier Natur.
Erkundung der Mondrhythmen des Meeresborstenwurms
Im Zuge der Forschungsarbeit wurden bestimmte Gene des Meeresborstenwurms (Platynereis dumerilii) gestört, insbesondere die Photorezeptoren (lichtempfindliche Nervenzellen) und zentrale Gene der zirkadianen Uhr, die sich je nach Tageszeit aus- und einschalten. Anschließend untersuchte das Team, wie sich diese Störungen auf die molekularen und verhaltensbezogenen Rhythmen der Würmer auswirkten, und zwar sowohl auf den zirkadianen (täglichen) als auch auf den zirkalunaren (monatlichen) Rhythmus. Ein erheblicher Teil der Arbeit einschließlich Proteininteraktionsstudien wurde geleistet, um zu verstehen, wie die Photorezeptoren mithilfe biochemischer Mittel Signale in die Zelle weiterleiten. Im Rahmen des Projekts wurden außerdem den Auswirkungen von natürlichem und künstlichem Licht nachgegangen, indem spezielle Beleuchtungsvorrichtungen entworfen wurden, die beide Lichtquellen imitieren. Anschließend wurde getestet, wie Würmer ihre inneren Kalender einstellen können, wobei Vergleiche von wildlebenden Organismen mit solchen, bei denen die Photorezeptoren ausgeschaltet waren, angestellt wurden.
Die Mechanismen der zirkalunaren Uhren entdecken
Das erste wichtige Resultat war, eine molekularmechanistische Erklärung dafür zu finden, wie Sonnen- und Mondlicht unterschieden werden und wie die Würmer die Dauer des Mondlichts ermitteln. In Übereinstimmung mit Arbeiten aus den 1960er Jahren wurde festgestellt, dass die Würmer ihren inneren Kalender mit dem Vollmond synchronisieren, der am längsten am Nachthimmel erstrahlt. Das Team begann zudem, einen Mechanismus zu enträtseln, der erklärt, wie Mondlicht und die zirkalunare Uhr den Tagesrhythmus beeinflussen können, und bestätigte frühere Erkenntnisse, wonach die zirkadiane Uhr für die Funktion der zirkalunaren Uhr selbst nicht erforderlich ist.
Mögliche Einflüsse auf den Fortpflanzungszyklus des Menschen
Tessmar-Raible geht davon aus, dass die Arbeit gleichermaßen dazu beitragen kann, den menschlichen weiblichen Fortpflanzungszyklus besser zu verstehen, dessen monatlicher Ablauf noch immer nicht vollständig geklärt ist. „Das ist überaus wichtig, da etwa 50 % aller Frauen im Lauf ihres Lebens Unregelmäßigkeiten im Menstruationszyklus erleben, die häufig Fruchtbarkeitsstörungen nach sich ziehen.“ Das Team hat erst damit begonnen, an der Oberfläche dieses aufstrebenden Wissenschaftsgebiets zu kratzen. Weitere Arbeiten werden dazu beitragen, den Mechanismus der monatlichen Uhr und seine Evolution sowie die genaue Funktion des Mondlichts aufzuklären. „Wir halten hier die ersten Teile in der Hand, aber wir brauchen noch weitere ‚Wissenspuzzleteile‘, um das entstehende Bild zu erkennen“, bekräftigt Tessmar-Raible.
