Forschung

Chronobiologie: Nicht alles dreht sich um die Sonne

Kristin Tessmar-Raible erhält für Pionierarbeit "ERC Starting Grant"

9. 10. 2013 | Lange Zeit widmete sich die molekulare Chronobiologie hauptsächlich den circadianen, also den 24 Stunden dauernden Rhythmen, die den Tag-Nacht-Rhythmus beschreiben und deren Zeitgeber die Sonne ist. Im Meer stellen Tiere ihre innere Uhr jedoch auch nach dem Mond.
Der Zeitgeber ist ein äußerer Einfluss, der auf die "innere Uhr" eines Lebewesens wirkt und veranlasst, dass die inneren Rhythmen mit der Umwelt synchronisiert werden. Schon in der Antike wurde beobachtet, dass sich Meerestiere für die Fortpflanzung nach den Mondphasen richten, auf molekularer Ebene sind diese sogenannten circalunaren Rhythmen und der zugrunde liegende endogene Mechanismus – die "Monduhr" – bisher allerdings fast gänzlich unerforscht. Völlig unbekannt war insbesondere, wie diese mit der 24-Stunden-Uhr zusammenspielen. Am Beispiel des marinen Wurms Platynereis dumerilii beschreiben Kristin Tessmar-Raible, Leiterin der Forschungsplattform "Marine Rhythms of Life" der Universität Wien, und ihr Team nun erstmals sowohl seine 24-Stunden-Uhr als auch seine Monduhr, und wie diese beiden Uhren miteinander interagieren.
Kristin Tessmar-Raible und Juliane Zantke
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(© Kristin Tessmar-Raible)


Kristin Tessmar-Raible und Juliane Zantke | erforschen an den Max F. Perutz Laboratories den marinen Wurm "Platynereis dumerilii", der seine innere Uhr auch nach dem Mond stellt.

Die etwa drei Zentimeter großen Würmer, die am Meeresboden leben, reifen und schwimmen in Abhängigkeit vom Mond- und Sonnenzyklus an die Wasseroberfläche. Dort vollführen sie einen Paarungstanz und geben zeitgleich ihre Spermien und Eier in das Wasser ab. Dieses Phänomen der synchronisierten Fortpflanzung findet man bei vielen Meereslebewesen mit äußerer Befruchtung, etwa bei den Korallen des Great Barrier Reefs oder den Krabben der Weihnachtsinsel.

Eine bisher ungeklärte Schlüsselfrage war, ob ein Organismus von einer oder von mehreren inneren Uhren gesteuert wird. Das Team um Kristin Tessmar-Raible konnte nun erstmals nachweisen, dass mindestens zwei Uhren, die circadiane und die circalunare Uhr, daran beteiligt sind. Diese Uhren beeinflussen sich sowohl auf Genregulationsebene als auch bei der Verhaltenssteuerung. Letzteres konnte auch mithilfe des technischen Setups von Andrew Straw vom Institut für Molekulare Pathologie (IMP) geklärt werden. Die Ergebnisse weisen einerseits darauf hin, dass die Monduhr unabhängig von der 24-Stunden-Uhr ist, genauer gesagt vom Oszillieren der Clock-Gene. Andererseits scheint die 24-Stunden-Uhr sehr wohl von der Monduhr beeinflusst zu sein: Der Wurm ist eigentlich nachtaktiv, aber er "tagwandelt" während jener Phase des Monats, in der Vollmond wäre.

"Die richtig spannende Frage ist jetzt, ob solche mehrfachen Uhren auch in anderen Tieren und dem Menschen vorhanden sind. Erste Hinweise, dass der Mondzyklus zumindest den menschlichen Schlafzyklus beeinflusst, gibt es bereits", erklärt Juliane Zantke, Erstautorin der Studie und Doktorandin bei Kristin Tessmar-Raible. Auf diesen Erkenntnissen basierend können nun weitere Fragestellungen beantwortet werden, etwa welche einzelnen Gene und Zelltypen bei der Monduhr involviert sind und worum es sich eigentlich bei dem Mondlichtrezeptor handelt. Daran forschen Kristin Tessmar-Raible und ihr Team bereits parallel.

Finanzielle Unterstützung dieser Forschungsprojekte erfahren Dr. Kristin Tessmar-Raible und ihr Team dank des jüngst erhaltenen "ERC Starting Grant" des Europäischen Forschungsrates. Dr. Tessmar-Raibles Arbeit wird in den kommenden fünf Jahren mit rund 1,5 Mio. Euro unterstützt.
Kristin Tessmar-Raible ist seit 2008 als Group Leader des Departments für Mikrobiologie, Immunbiologie und Genetik an den Max F. Perutz Laboratories an der Universität Wien tätig. Sie studierte an der Universität Heidelberg und promovierte 2004 an der Universität Marburg. 2004-2008 war sie als Postdoc am European Molecular Biology Laboratory in Heidelberg beschäftigt. 2008 erhielt Tessmar-Raible mit dem START-Preis einen angesehenen österreichischen Wissenschaftspreis.
  (© Universität Wien, AcademiaNet)
Michaela Wein, Veronika Schallhart

Nähere Information zu

Quellen

  • Circadian and Circalunar Clock Interactions in a Marine Annelid. Juliane Zantke, Tomoko Ishikawa-Fujiwara, Enrique Arboleda, Claudia Lohs, Katharina Schipany, Natalia Hallay, Andrew D. Straw, Takeshi Todo, and Kristin Tessmar-Raible. September 26, 2013.

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