Vor 350 Jahren beobachtete der Erfinder der Pendeluhr, dass zwei Maschinen mit okkasionell synchronisierten Zeiten (auch gekoppelte Oszillatoren genannt) eine ideale Möglichkeit wären, die Zeit zu bestimmen. Jahrzehnte später entdecken Wissenschaftler, dass gekoppelte Oszillatoren der Schlüssel dafür sein könnten, wie die inneren Uhren in unserem Magen-Darm-Trakt gestellt werden.

Was sind gekoppelte Oszillatoren?

Stellen Sie sich zwei Pendeluhren vor, die nebeneinander an einer Wand hängen. Die Uhrzeiten, die sie anzeigen, werden etwas abweichen, doch gelegentlich werden sie übereinstimmen. In der Natur werden häufig Wellen verwendet, um Nachrichten zu übermitteln, die der Zeit ähneln, die eine Uhr vermittelt. Wenn sich diese Wellen überlagern, verstärken sie sich gegenseitig und kommunizieren eine Nachricht mit einer abweichenden Amplitude.

Ein Oszillator ist nichts weiter als ein natürliches Phänomen oder Gerät, das einen Rhythmus herstellt, der dem Pendel einer Uhr gleicht. Bei Schallwellen können wir sehen, wie gekoppelte Oszillatoren funktionieren. Das Geräusch wird stärker, wenn sich die Wellen perfekt überlagern. Der Hersteller der Pendeluhr erkannte dieses Muster, obwohl er nicht wusste, wie er es bezeichnen sollte oder was es zu bedeuten hatte.

Chronobiologie und das Wachstum unseres Magen-Darm-Trakts

Unser Magen-Darm-Trakt könnte das Konzept der gekoppelten Oszillatoren für Wachstum und Aufteilung nutzen. Die Beschichtung unseres Magen-Darm-Trakts ist für eine Vielzahl von Funktionen sehr wichtig, von der Verdauung über die Aufnahme von Mineralien bis hin zur Immunfunktion. Da diese zarten Zellen tagtäglich mechanischem Stress ausgesetzt sind, der von Nahrungsmitteln sowie Giftstoffen stammt, müssen sie sich stets vermehren. Dies geschieht zu ganz bestimmten Zeiten und dennoch haben jene Stammzellen, die unseren Magen-Darm-Trakt beschichten, keine robusten inneren Uhren.

Anstatt sich an einer inneren Uhrzeit zu orientieren, verlassen sich diese Stammzellen auf mindestens zwei verschiedene Arten von externen Hinweisen. Zunächst erhalten sie Hinweise vom circadianen Rhythmus, der unseren gesamten Körper lenkt und ihnen mitteilt, ob es Nacht oder Tag ist sowie, wann sie davon ausgehen können, dass es Nahrung zu verdauen gibt. Als nächstes verlassen sie sich auf die inneren Uhren der Paneth-Zellen. Hierbei handelt es sich um Zellen, die sich in ihrer Nähe befinden und die sowohl für die Immunreaktion wichtig sind als auch für die Produktion von Stoffen, die zur Verdauung benötigt werden, wie etwa Schleim. Doch wie koordinieren Magen-Darm-Stammzellen zwei verschiedene Zeitquellen? Gekoppelte Oszillatoren scheinen die Antwort zu sein.

Anwendungen für die Darmgesundheit

Darmstammzellen scheinen Zeithinweise von verschiedenen Quellen auf die gleiche Art zu koordinieren, wie sich Pendeluhren oszillieren können. Doch was bedeutet diese Entdeckung für die menschliche Gesundheit? Zunächst gibt es mehrere Krankheitssysteme, bei denen eine erneuerte Magenbeschichtung einen großen Unterschied machen kann, z.B. bei weit verbreiteten Autoimmunerkrankungen wie Morbus Crohn und IBS, bzw. Reizdarmsyndrom. Zudem kann das Wissen darüber, wie sich die inneren Uhren des Magen-Darm-Trakts stellen, helfen, festzulegen, wann bestimmte Medikamente zu verabreichen sind. Viele Arzneien reizen den Magen-Darm-Trakt und verursachen andere Magensymptome, weshalb sie nicht langfristig eingenommen werden können. Es ist möglich, dass wir in naher Zukunft diese Präparate zeitlich so abstimmen können, dass sie bessere therapeutische Effekte und weniger Nebenwirkungen haben.

Es ist wirklich amüsant, dass ein Mann vor hunderten von Jahren eine Beobachtung vornahm, die sich für unsere Eingeweide als wahr herausstellte. Es gibt bestimmte Motive, die sich in der Natur immer wieder wiederholen, sowohl innerhalb als auch außerhalb unserer Körper. Das Konzept von gekoppelten Oszillatoren ist eines, das wir sowohl in einer Pendeluhr als auch in unserem eigenen Magen-Darm-Trakt sehen können. Zu verstehen, wie diese Uhren unserer Zellen funktionieren, eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von weit verbreiteten menschlichen Krankheiten und kann sehr viel Leid lindern.