Wolfgang Ruppert

Leben ist Rhythmus

Wiese mit Löwenzahn im Frühling.
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Wolfgang Ruppert

Die Beschäftigung mit der Chronobiologie bietet unterschiedliche Lernanlässe

Die 24/7-Gesellschaft ist im Anmarsch. Arbeiten, shoppen und konsumieren rund um die Uhr und an sieben Tagen der Woche. Obwohl die Menschen heutzutage objektiv über mehr Freizeit verfügen als vor hundert Jahren, haben sie gefühlt deutlich weniger. Eine Gesellschaft im Zeitstress. Pausen sind Luxus, Schlafen wird überbewertet. Die Folgen sind offensichtlich: Eine Umfrage des Meinungsforschungsinstituts YouGov ergab, dass sich bereits ein Fünftel der Befragten in ihren Schlaf- und Erholungszeiten beeinträchtigt fühlten (Rövekamp 2016). Die gesundheitlichen Auswirkungen erinnern an die Folgen eines Langstreckenflugs und werden als „sozialer Jetlag bezeichnet (Wittmann u.a. 2006). Wir leben zunehmend gegen unsere „innere Uhr. Deren biologische Grundlagen untersucht seit über 50 Jahren die Chronobiologie.
Die Chronobiologie beschäftigt sich mit biologischen Rhythmen. Obwohl es den Anschein hat, diese Rhythmen würden durch exogene Faktoren wie den Tag-Nacht-Wechsel gesteuert, sind es tatsächlich endogen gesteuerte Rhythmen, die nachträglich mit exogenen Rhythmen synchronisiert werden.
Abb. 1 zeigt das Grundmuster biologischer Rhythmen. Die Sinuskurve verbildlicht die periodische Zu- und Abnahme der zellulären Konzentration von Molekülen, von physiologischen Prozessen oder Verhaltensweisen. Die Änderungen oszillieren um einen Mittelwert (Mesor). Das Ausmaß der Zu- und Abnahme wird durch die Amplitude ausgedrückt. Die Phase gibt die aktuelle Position im Ablauf eines periodischen Vorgangs an. Der zeitliche Abstand zwischen zwei Maxima wird als Periode bezeichnet.
Es gibt biologische Rhythmen mit ganz unterschiedlichen Periodenlängen. Der bekannteste und häufigste ist der circadiane Rhythmus (von lat.: circa = etwa und lat.: dies = Tag), der dem Tag-Nacht- und damit dem Hell-Dunkel-Wechsel innerhalb von 24 Stunden folgt. Seit es die Erde gibt, dreht sie sich in ca. 24 Stunden um die eigene Achse und erzeugt auf diese Weise den regelmäßigen Tag-Nacht-Rhythmus. Alle Lebewesen erfuhren im Laufe ihrer Evolution diese Oszillation und es entwickelten sich entsprechende endogene Rhythmen.
Ob ein physiologischer Vorgang oder ein Verhalten von einem circadianen Rhythmus gesteuert wird, lässt sich an drei Kriterien festmachen:
  • Der Rhythmus hat eine freilaufende endogene Periode von ungefähr 24 Stunden, die auch unter konstanten Umweltbedingungen (z.B. Dauerdunkel) aufrechterhalten wird. Dieses Kriterium unterscheidet circadiane Rhythmen von einfachen Angepasstheiten an Umweltbedingungen.
  • Der Rhythmus kann durch Zeitgeber (z.B. Tageslicht) synchronisiert werden (Entrainment, s.u.).
  • Der Rhythmus ist relativ unempfindlich gegenüber Schwankungen der Umgebungstemperatur (Temperaturkompensation, s.u.).
Ultradiane Rhythmen (von lat.: ultra = über und lat.: dies = Tag) haben eine kürzere Periodenlänge, d.h., sie finden mehrfach innerhalb von 24 Stunden statt. Ein eindrucksvolles Beispiel ist der Herzschlag. Diese Rhythmen haben eine große Diversität, sowohl hinsichtlich der Periodenlänge, die von Stunden bis zu Millisekunden reichen kann, wie auch hinsichtlich der biologischen Prozesse und ihrer Funktionen. Ein Sonderfall ultradianer Rhythmen sind die circatidalen Rhythmen mit einer Periodendauer von etwa 12,5 Stunden sie sind an den Gezeiten orientiert.
Infradiane Rhythmen (von lat.: infra = unter und lat.: dies = Tag) haben Periodenlängen, die über 24 Stunden hinaus reichen. Die häufigsten haben Periodenlängen von etwa einem Monat (circalunar, von lat.: luna = Mond, abgeleitet vom etwa 29,5 Tage dauernden Phasenzyklus) oder von einem Jahr (circannual, von lat.: annus = Jahr). Eindrucksvolle Beispiele sind einerseits der Menstruationszyklus und andererseits der Winterschlaf. Auch der Laubwechsel von sommergrünen Gehölzen folgt einem solchen Rhythmus.
Warum gibt es biologische Rhythmen?
Endogen...
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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Biologie Nr. 451 / 2020

Chronobiologie

Beitrag aus Zeitschrift Unterricht Biologie Fachwissen Schuljahr 5-13