Chronobiologie oder die Wissenschaft der Zeit, bezieht sich auf den Prozess, durch den Organismen ihr Verhalten und ihre Physiologie zeitlich bestimmen, damit sich alles rhythmisch verhält. Mit anderen Worten handelt es sich um biologisches Timing. Es ist ein Rhythmus des Lebens; die innere Uhr, welche kontrolliert, wenn Sie aufwachen, essen, Ihre Nahrung verdauen und fast jede Funktion ausführen, die ein Organismus durchführt. Es wird auch als eine Untersuchung eines lebenden Organismus und seine Anpassung an mond- und sonnenbezogenen Rhythmen definiert. Diese Zyklen werden als biologische Rhythmen bezeichnet.
Wissenschaftler begannen Chronobiologie erst in den 60er Jahren ernsthaft zu studieren, auch wenn diese zum ersten Mal in den 1700er Jahren durch die Untersuchung der Bewegung der Blätter von Pflanzen erkannt wurde. Diese Beobachtung des 18. Jahrhunderts führte dazu, dass Carl von Linné, Botaniker und Naturforscher, eine Blumenuhr mit bestimmten Arten von Blütenpflanzen schaffte. Er arrangierte die Pflanzen in einem kreisförmigen Muster, um eine genaue Uhr herzustellen, die eine bestimmte Tageszeit (basierend darauf wie offen die Blätter waren) zeigen konnte. In den 1960er Jahren hatte sich das Studium der Chronobiologie verändert. Dieses Mal wurden Studien aus Biologie, Psychologie, Neurologie, Endokrinologie und Genetik gemacht. Das passierte zu der Zeit, als der Begriff „circadian“ kreiert wurde, der einen Zeitraum von 24 Stunden definiert. Andere Aspekte, die in der Studie der Chronobiologie beinhaltet sind, sind Reproduktion, Entwicklung, Evolution und Ökologie.
Circadianer Rhythmus
Circadiane Rhythmen per Definition, sind physische Änderungen und Verhaltensänderungen, die einem ungefähren 24 Stunden-Rhythmus folgen und können in Abwesenheit von Umwelthinweisen fortbestehen. Circadiane Rhythmen sind in einem ständigen Zustand der Dunkelheit, aber Licht kann sie zurücksetzen. Sie sind in der Regel mit der Umwelt verbunden. Der circadiane Rhythmus reguliert Nahrungsaufnahme, Wärmeverlust und Wärmeschutz, die Teile der körpereigenen Energiegrundverordnung und Verhaltensaktivität sind. Der Tagesrhythmus kann sich während einer 24-Tage-Frist aus den folgenden Zyklen zusammen setzen:
- Diurnal: Aktiv während der Tageszeit (z.B. Menschen)
- Nocturnal: Aktiv in der Nacht (z.B. Katzen)
- Crepuscular: während der Morgen- und Abenddämmerungsstunden aktiv (z.B. Weißwedelhirsche)
Es gibt auch andere Zyklen, die ebenfalls untersucht wurden. Dazu gehören:
- Infradiane Rhythmen: Zyklen, die länger als 24 Stunden aktiv sind, wie Jahreszyklen oder Migrationszyklen einiger Tiere
- Tidal Rhythmen: Der Übergang zwischen Hochwasser und Niedrigwasser
- Lunare Rhythmen: Folgen dem Mondmonat, der relevant für Meereslebewesen ist
- Ultradiane Rhythmen: Zyklen, die kürzer als 24 Stunden sind, wie der Nasenzyklus oder REM-Zyklus.
Innerhalb jedes Zyklus gibt es eine Zeitspanne, in der ein bestimmtes Verfahren aktiver sein kann als andere. Dies nennt man Acrophase. Ist ein Prozess nicht so aktiv, nennt man das bathyphase. Regelung der circadianen Rhythmen, die den primären biologischen Zeitzyklus darstellen, ist die SCN oder der suprachiasmatische Kern. Der SCN ist etwa so groß wie ein Reiskorn und wird direkt über dem Sehnerv im Hypothalamus verankert. Der SCN ist in den Sehnerv verdrahtet, so dass er Signale über Dunkelheit und Licht von den Lichtrezeptoren, die in der Netzhaut des Auges untergebracht sind, aufnehmen kann. Diese Information wird in der Hypophyse und von verschiedenen Bereichen des Hypothalamus gesendet. Hormone wie Cortisol und Melatonin werden dann in den Blutstrom freigesetzt, um die Verhaltens- und physiologischen Reaktionen wie etwa Blutdruck und Körpertemperatur zu steuern.
Mondrhythmen
Der Mondrhythmus kann die interne Uhr beeinflussen, indem er Schlaf-Muster im Menschen ändert, wenn sie unter streng kontrollierten Bedingungen eines circadianen Laborstudienprotokolls ohne Zeitgeber gemessen werden. Mondrhythmen sind ein Phänomen, das parallel mit dem Zyklus eines Mondmonats ist. In einigen Fällen können diese Rhythmen von externen Signalen, wie beispielsweise eine größere oder kleinere Menge des Mondlichts aufgrund der Mondphasen, abhängen. Mondrhythmen können zum individuellen Schlafmangel beitragen. Allerdings ist Schlafmangel nur ein Teil des Puzzles, Ihre Ernährung kann ebenfalls betroffen sein.
Chronobiologie und Diät
Nahrungsaufnahme zur falschen Zeit kann Übergewicht verursachen. Übergewicht kann zu chronischem Schlafentzug führen, was eine Reihe von Problemen wie Müdigkeit und Unruhe auslösen kann. Veränderungen der inneren biologischen Uhr unterbrechen die Signalisierung von Lipiden im Plasma, welche zu den Futterstellen des Gehirns gehen und das Verhalten verändern, das zu erheblicher Gewichtszunahme führen kann. Die Ergebnisse entsprechen den Korrelationen, die zuvor zwischen Schlafstörungen und Nachtschichtarbeit gemacht wurden. Studien der Weltgesundheitsorganisation (WHO) zeigen zudem ein höheres Risiko für Prostata- und Brustkrebs bei Menschen, die in Nachtschichten arbeiten.
Ein weiterer Aspekt, der mit der molekularen Uhr in Verbindung steht, ist ein Molekül namens Rev-Er und dieses existiert in zwei Formen: Rev-ErbA und Rev-ErbB. Es ist Mitglied einer Familie von Molekülen namens Kernrezeptoren. Diese gelten als die Stammregulatoren der Entwicklung und des Stoffwechsels. Forscher haben herausgefunden, dass Variationen in Rev-Erb Ebenen mit dem circadianen Zyklus die Synthese von Lipiden in der Leber beeinflusst. Rev-Erb Störung verursacht einen dramatischen Anstieg des Leberfettes in Labormäusen. Da Fett in der Leber sowohl Ursache als auch Folge von Diabetes sein kann, kann es auch ein Problem für die Leber selbst sein.
Soziale und wirtschaftliche Aspekte
Die Chronobiologie ist in unserem System fest verdrahtet und doch wird sie durch soziale und wirtschaftliche Zwänge des modernen Menschen immer wieder provoziert, sei es aus Gründen der Arbeit, wegen Erkrankungen oder gesellschaftlichen Zusammenkünften. Ein Ziel der Chronobiologie ist es, die Details in Bezug auf die Kräfte, die unsere inneren Uhren sind, nicht nur zu verstehen, sondern sie zu kontrollieren, bessere Möglichkeiten zu schaffen, sich anzupassen und mit den garantierten Störungen zu leben, welche die Welt heute auferlegt.
Unsere inneren Uhren sind nicht nur in unserem Gehirn untergebracht. Sie sind überall im menschlichen Körper zu finden. Beispiele hierfür sind Leber, Nieren, Herz und Bauchspeicheldrüse. All diese Organe enthalten eigene interne biologische Uhren, die lokale gewebespezifische Funktionen haben. Die Hauptuhr befindet sich aber im SCN. Dieser steuert alle Uhren des Körpers.
Jüngste Entwicklungen
Die Studie der Chronobiologie hat zu einer Reihe von Entwicklungen geführt, wie z.B., dass Melatonin und Lichttherapie die menschlichen und tierischen circadianen Rhythmen zurücksetzen können. Darüber hinaus, kann das Vorhandensein von Low-Level-Licht in der Nacht, den circadianen Rhytmus bei Hamstern beschleunigen. Es wird angenommen, dass dies eine Simulation des Mondlichtes ist.
Es gibt verschiedene biologische Marker und Bewertungsinstrumente, die verwendet werden können, um Ihren Chronotyp (Frühaufsteher, Langschläfer) bestimmen zu können. Es kommt darauf an, was für eine Person Sie sind und wie sie eine bestimmte Tageszeit verbringen. Die Forschung in diesem Bereich ist noch nicht abgeschlossen.
Insgesamt hat die Chronobiologie oder circadiane Biologie, einen langen Weg seit den 1960er Jahren hinter sich gebracht. Was einst eine schwierige Wissenschaft zu fördern und zu lehren war, wurde nun ein sehr wichtiger Bereich der Molekularbiologie, der Endokrinologie, Physiologie, Psychiatrie, Genetik, Neurologie und von Schlafstudien. Sogar die Astronomie befasst sich mit dem kosmischen Ursprung unserer biologischen Uhr und den Mondrhythmen, die sich auf der Erde zeigen.