Unser Biorhythmus hängt vom Stoffwechsel des Gehirns ab

Der Rhythmus unseres Lebens hängt vom Wechsel von Tag und Nacht ab, sein Hauptantrieb ist jedoch nicht das Sonnenlicht, sondern die sogenannte „innere Uhr“ des Körpers – der circadiane Rhythmus, der für Veränderungen der Intensität biologischer Prozesse im Körper verantwortlich ist.

Die Periode dieser Rhythmen beträgt ungefähr 24 Stunden. Insbesondere wurde die Abhängigkeit des Schlaf-Wach-Rhythmus beim Menschen primär von inneren Biorhythmen und nicht von äußeren Faktoren experimentell nachgewiesen.

Bei Säugetieren werden circadiane Rhythmen von einer winzigen Gehirnregion im Hypothalamus erzeugt, die als Nucleus suprachiasmaticus bezeichnet wird.

Eine neue Studie unter der Leitung von Biologieprofessorin Martha Gillett von der University of Illinois hat ergeben, dass der Nucleus suprachismalus den Stoffwechsel im Gehirn steuert, insbesondere die Produktion und den Transport chemischer Energie in den Zellen. Die Forscher konzentrierten sich dabei vor allem auf ein Phänomen, das als Oxidations-Reduktions-Reaktionen im Gewebe des Nucleus suprachismalus von Ratten und Mäusen bekannt ist.

Bei Oxidations-Reduktions-Reaktionen geben Moleküle Elektronen ab (werden oxidiert) und gewinnen sie (werden reduziert). Forscher haben herausgefunden, dass diese Prozesse im Nucleus suprachiasmaticus einem 24-Stunden-Zyklus folgen und, bildlich gesprochen, Kommunikationskanäle in Gehirnzellen öffnen und schließen.

Professorin Martha Gillett erläuterte die Bedeutung dieser Entdeckung: „Die Sprache des Gehirns basiert auf elektrischen Signalen. Diese Sprache bestimmt, welche Signale die Zellen eines Gehirnteils untereinander und mit anderen Gehirnteilen teilen. Die grundlegende Entdeckung ist, dass der Nucleus suprachiasmaticus ohne äußere Einflüsse interne Stoffwechselschwankungen aufweist, die eine innere biologische Uhr aktivieren.“

„Bisher dachte man, der Stoffwechsel bediene die Gehirnaktivität, doch wir beweisen, dass der Stoffwechsel Teil der Gehirnaktivität ist. Unsere Studie legt nahe, dass Veränderungen im Stoffwechselzustand von Zellen die Ursache und nicht die Folge neuronaler Aktivität sein könnten.“

An der Studie waren neben Martha Gillett auch der Doktorand Yu Yanchun, die Doktorandin Gabby Govindaya, der Doktorand Ye Jiaying, die Doktorandin Liana Artinian, der Professor für Elektro- und Computertechnik Todd Coleman, der Chemieprofessor Jonathan Swidler und der Pharmakologieprofessor Charles Cox beteiligt. Gillett, Govindaya, Ye, Swidler und Cox arbeiten am Illinois Beckman Institute.

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