Interne Uhren für Menschen und Fische

Das Leben von Menschen ist durch die interne Uhr, auch als circadianer Rhythmus bekannt, reguliert. Dieser Rhythmus beeinflusst alle Lebensformen, aber wurde ein Leben ohne diese Uhr jemals in Erwägung gezogen? Kürzlich haben Forscher der biologischen Fakultät der Lund Universität in Schweden herausgefunden, dass eine Spezies die Notwendigkeit dieser internen Uhr abgeschafft hat, um Energie zu sparen. Diese findet man allerdings nur beim Schwimmen in dunklen Höhlen, da es sich um die Spezies der Fische handelt. Obwohl Salmler-Fische bekannt sind, da sie die geläufigsten Fische in Tierhandlungen sind, haben die Biologen Damian Moran, Rowan Softley und Eric J. Warrant ihre blinden Gegenstücke, nämlich die mexikanischen Salmler, untersucht. Diese Fische, mit dem wissenschaftlichen Namen Astyanax Mexicanus und ebenfalls als blinde Höhlenfische bekannt, sind in der nearktischen Zone angesiedelt und können in bestimmten Flüssen in Texas sowie in zentralen und östlichen Gebieten Mexikos gefunden werden. Bei einem Versuch zu erklären, wie sich der mexikanische Salmler an seinen Lebensraum angepasst hat, haben sich die Biologen der Lund Universität darauf konzentriert, wie diese im Vergleich zu ihren Gegenstücken, die auf der Oberfläche schwimmen, Energie verbrauchen.

Die anderen Salmler

Im Laufe der Zeit hat die Evolution eine neue Form des Salmlers hervorgebracht. Der mexikanische Salmler lebt in dunklen Höhlen, hat keine Augen und ist aufgrund des Fehlens von Pigmenten in der Haut ein Albino. Die Evolution hat auch die Art, wie diese Fische sich bewegen, verändert. Ohne das Vermögen zu Sehen, hat der mexikanische Salmler Seitenlinien an seinem Körper, die auf Unterschiede im Wasserdruck reagieren. Der stockdunkle Lebensraum hat den Fisch dazu befähigt, seinen circadianen Rhythmus abzulegen. Dieser Rhythmus, der auf einer Periode von 24 Stunden basiert, ist typisch für Salmler auf der Oberfläche. Dennoch hat sich der mexikanische Salmler dahin entwickelt, diese interne Uhr nicht mehr zu benötigen. Diese Fischart lebt in einem Zustand zwischen Schlummern und Wachsein. Das Fehlen des circadianen Rhythmus erlaubt es dem Fisch mehr Energie zu sparen als seinem Pendant.  

Eine Studie der Chronobiologie

Chronobiologie erforscht die natürlichen physiologischen Rhythmen, die in lebenden Organismen auftreten. Moran, Softley und Warrant haben diese Art der Studien dazu verwendet, das Fehlen des circadianen Rhythmus im mexikanischen Salmler zu beobachten. Vor dieser Forschung gab es schon Informationen darüber, wie sich der mexikanische Salmler an seinen Lebensraum angepasst hat und wie er dazu im Stande ist, Futter zu finden ohne sehen zu können. Trotzdem war nur wenig Information über die Unterschiede der Physiologie und der Verwendung von Energie, im Vergleich zu dessen Gegenstück auf der Oberfläche verfügbar. Die drei Biologen fanden ebenfalls heraus, dass vorherige Studien die Wichtigkeit des Lichts auf die Stoffwechselrate der Fische nicht ausreichend berücksichtigten. Während der Forschung haben die Biologen den Energieumsatz beider Arten dieses Fisches gemessen, indem ein Wasserkanal die Schwimmgeschwindigkeit reguliert hat. Dieser Prozess wurde unter der Verwendung von hellen und dunklen Zyklen und ebenfalls in kompletter Finsternis durchgeführt, um zu sehen, ob die Stoffwechselrate durch das circadiane System kontrolliert wird. Die Gruppe beinhaltet 31 Fische und es wurden 9401 Messungen des Sauerstoffverbrauchs durchgeführt. Die Stoffwechselrate beider Fische nahm mit den Veränderungen der Gegebenheiten ab. Basierend auf den Informationen der Proben haben die Biologen entdeckt, dass die Stoffwechselrate der Oberflächen-Fische zu Tageszeiten gesteigert war und die des mexikanischen Salmlers zu Tages- und Nachtzeiten gleich blieb.

Während der Dunkelperioden hat der Stoffwechsel der Oberflächen-Fische abgenommen, um Energie für die Tageszeit zu sparen. Der blinde Höhlenfisch hat diese Zunahme des Sauerstoffumsatzes zu Tageszeiten nicht erfahren, der Stoffwechsel ist unabhängig von der Tages- oder Nachtzeit gleich geblieben. Aufgrund dieses Unterschieds spart sich der mexikanische Salmler im Vergleich 27 Prozent Energie. Somit hat der Oberflächen-Fisch in der gleichen dunklen Umgebung 38 Prozent mehr Energie verbraucht. Diese Resultate brachte die Biologen zu der Annahme, dass nicht der Besitz des Sehvermögens ausschlaggebend für den Energieumsatz war, sondern das Fehlen des circadianen Rhythmus beim mexikanischen Salmler die Begründung für die geringere Energieverwendung ist. Die Evolution hat dem blinden mexikanischen Salmler einen Weg geboten, sich an seine Umgebung in stockfinsteren Höhlen anzupassen.

Was bedeutet diese Information für andere Spezies?

Es existieren wenige Studien über den Stoffwechsel, bei dem die Aktivität kontrolliert wird. Bei den meisten Studien ist es nicht möglich, die Aktivität eines Tieres auf einem Level über einen Zeitraum von mehreren Tagen zu halten. Für Tiere mit circadianen Rhythmen in ihrem Aktivitätslevel, der Suche von Nahrung und der Nahrungsaufnahme, erlaubt es die circadiane Uhr Stoffwechselreaktionen vorauszusehen und auf bessere Art und Weise zu reagieren. Der mexikanische Salmler verwendet eine Methode, um Energie in seinem Lebensraum zu sparen, indem Futter limitiert ist. Diese Studie hat es den Biologen erlaubt, der Beziehung zwischen Stoffwechsel und circadianen Rhythmus weiterhin nachzugehen. Außerdem gibt diese Studie näheren Einblick darüber, wie das Leben ohne Tages- und Nachtrhythmus aussehen würde. Je mehr wir über den circadianen Rhythmus lernen, desto näher kommen wir hoffentlich dem Ziel, dieses Wissen dazu anzuwenden, die Störungen des Körpers zu bekämpfen, die bei allen Lebewesen dieser Welt zu Krankheiten führen.