Die innere Uhr der meisten Tiere benötigt Licht, um den Takt zu halten. Doch jetzt haben Forscher eine ungewöhnliche Ausnahme von diesem Prinzip entdeckt: einen Fisch, der seit zwei Millionen Jahren in unterirdischen Höhlen unter der Wüste Somalias lebt. Angepasst ans Dauerdunkel, hat dieser Fisch offenbar eine biologische Uhr entwickelt, die völlig lichtunabhängig arbeitet. Das stellten Nicola Cavallari von der Universität von Ferrara in Italien und ihre Kollegen fest, als sie die Uhr des Höhlenfischs im Experiment und durch Genanalysen erstmals näher untersuchten.
Statt über den Tagesrhythmus des Lichts sei die Uhr des Höhlenfischs Phreatichthys andruzzii durch Nahrung als Zeitgeber beeinflussbar, berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin „PloS Biology“. Auf Licht reagiere die Uhr dagegen gar nicht. Der normale Rhythmus dieser Uhr ist zudem ungewöhnlich lang: Statt gut 24 Stunden wie bei normalen Fischen dauere ein „Tag“ für die Höhlenfische 47 Stunden, sagen die Forscher.
In ihrer Studie entdeckten die Wissenschaftler auch, warum die Uhr dieses Höhlenfischs nicht mehr auf Licht reagiert: Daran seien nicht die fehlenden Augen des Tieres schuld, sagen sie. Stattdessen habe eine Genmutation winzige Lichtsensoren außer Kraft gesetzt, die sonst in den Geweben vieler Fische existieren.
Diese Erkenntnisse seien aus zwei Gründen besonders spannend, meint Koautor Nicholas Foulkes von der Universität Karlsruhe: „Zum einen liefert sie einen faszinierenden neuen Einblick darin, wie die Evolution in konstanter Dunkelheit die Physiologie von Tieren beeinflusst.“ Zum anderen liefere diese Studie auch die ersten genetischen Belege dafür, welche Lichtsensoren Fische normalerweise nutzen, um ihre innere Uhr zu stellen.
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Kein Tag-Nacht-Rhythmus beim Höhlenfisch
Für ihre Studie verglichen die Forscher zunächst das Verhalten des Höhlenfischs und das eines normal sehenden Zebrafisches unter Bedingungen von zwölf Stunden Licht und zwölf Stunden Dunkelheit. Während der Zebrafisch während des Tages viel herumschwamm und nachts kaum aktiv war, habe sich bei dem Höhlenfisch überhaupt kein Rhythmus feststellen lassen, sagen die Forscher. Auch in der Aktivität der Gene, die normalerweise die innere Uhr steuern, sei kein Rhythmus zu erkennen gewesen.
Um herauszufinden, ob die innere Uhr der Höhlenfische überhaupt noch arbeitet, testeten die Forscher anschließend einen anderen Zeitgeber als Licht: Sowohl Zebrafisch als auch Höhlenfisch erhielten ihre Nahrung einen Monat lang immer zu einer bestimmten Zeit. Dabei herrschte Dauerdunkel.
„Für beiden Arten haben wir dabei jeweils in den letzten Stunden vor Fütterung erhöhte Aktivität beobachtet“, schreiben die Forscher. Auch bei der Aktivität der Uhrengene habe man in beiden Arten einen deutlichen Rhythmus entdeckt. Allerdings seien nur beim Höhlenfisch alle Uhrengene an diese Zyklus beteiligt gewesen. „Das deutet darauf hin, dass Phreatichthys andruzzii eine funktionsfähige Uhr besitzt, die durch Nahrung gestellt werden kann, nicht aber durch Licht“, schließen die Wissenschaftler.
Innere Uhr bestimmt Stoffwechsel-Takt
Die innere Uhr ist beim Mensch und bei den meisten Tieren ein wichtiger Taktgeber für zahlreiche biologische Funktionen: Sie reguliert den Tag-Nacht-Rhythmus von Blutdruck und Körpertemperatur und die Ausschüttung vieler Hormone. Bei Säugetieren „tickt“ diese von Genen gesteuerte innere Uhr meist in einem Rhythmus von etwas mehr als 24 Stunden.
Erst durch äußere Signale wie das Tageslicht werde die innere Uhr täglich neu gestellt, sagen die Forscher. Das Licht sei für die meisten Tiere daher einer der wichtigsten Zeitgeber für die Synchronisation mit der Außenwelt. „Der molekulare Mechanismus, mit dem diese Synchronisation geschieht, ist bisher allerdings nur unvollständig aufgeklärt“, schreiben Cavallari und ihre Kollegen. Die lichtunabhängige innere Uhr des Höhlenfischs und die Identifizierung der bei ihm ausgeschalteten Lichtsensoren habe nun wichtige Informationen geliefert, um diesen Mechanismus auch bei anderen Organismen aufzuklären. (PloS Biology, 2011; doi:10.1371/journal.pbio.100114)
(PloS Biology / Universität von Ferrara / dapd, 08.09.2011 – NPO)
