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Taucher in Höhle

Ein Höhlentag hat 47 Stunden

Wissen Tiere, die in absoluter Dunkelheit leben, wie spät es ist? Im Prinzip ja, lautet die Antwort von Biologen. Auch Höhlentiere haben eine innere Uhr - aber sie geht permanent nach: Der Tag eines Höhlenfisches dauert 47 Stunden.

Bio-Rhythmik 07.09.2011

Leben ohne Tag und Nacht

Angenommen, die Erde würde sich so drehen wie es der Mond tut. Astronomen nennen das "gebundene Rotation": Umlauf und Eigendrehung des Mondes haben die gleiche Frequenz - dadurch zeigt uns der Mond immer die gleiche Seite, seine Rückansicht ist von der Erde aus nicht zu sehen. Würde sich die Erde in Bezug auf die Sonne ebenso verhalten, gäbe es Kontinente mit 24 Stunden Sonnenlicht und solche, die andauernd im Dunkeln liegen. Leben könnte vermutlich unter diesen Bedingungen auch entstehen.

Aber es wäre mit Sicherheit anders als das Leben, so wie wir es kennen: Alle Tiere und Pflanzen, ja sogar Mikroorganismen haben sich an den Tag-Nacht-Rhythmus angepasst, haben ihn in Form einer inneren Uhr quasi internalisiert. Allerdings braucht diese Uhr äußere Signale, Licht, für die Fehlerkorrektur. Menschen, die wochenlang ohne Sonnenlicht leben, entwickeln einen freilaufenden Rhythmus: das Schwungrad ihrer inneren Uhr gehorcht dann nur mehr seinem eigenen Takt und der Tag beginnt zu schrumpfen oder sich zu dehnen.

Aus der Dunkelheit

Die Synchronisation von Innen und Außen läuft bei Säugetieren indirekt, über die Augen. Fische indes verwenden noch eine archaische Version dieser Fehlerkorrektur: Bei ihnen werden die Gewebe nicht über lichtempfindliche Nervenzellen in der Netzhaut, sondern direkt über Licht in den richtigen Rhythmus gezwungen. Wie das genau vor sich geht, war bis dato unbekannt.

Die Studie

"A Blind Circadian Clock in Cavefish Reveals that Opsins Mediate Peripheral Clock Photoreception", PLoS Biology 9(9): e1001142. doi:10.1371/journal.pbio.1001142

Cristiano Bertolucci von der Universität Ferrera hat nun im wahrsten Sinne Licht in die Angelegenheit gebracht. Er und seine Mitarbeiter haben zwei Fischarten verglichen, die unterschiedlicher nicht sein könnten. Zum einen der Zebrafisch, ein prominenter und bestens untersuchter Modellorganismus, der natürlicherweise in langsam fließenden oder stehenden Gewässern Südasiens lebt.

Zwei Höhlenfische

Saulo Bambi

Phreatichthys andruzzii

Zum zweiten die Art Phreatichthys andruzzii: Ein Fisch, der aussieht, wie ein Torpedo mit Flossen. Ein augenloses, komplett unpigmentiertes Tier. So stellt man sich die Wesen von der dunklen Seite der Erde vor - wenn es sie denn gäbe.

Futter wirkt wie Licht

Ö1-Sendungshinweis

Über diese Studie berichtet auch "Wissen aktuell", Mittwoch, 7. September 2011, 13:55 Uhr

Die Vorfahren von P. andruzzii haben die letzten 1,4 bis 2,6 Millionen Jahre in einem Höhlensystem unter der somalischen Wüste gelebt und sich offensichtlich an diese Bedingungen angepasst. Das heißt in diesem Fall auch: Die Fischart hat die eine oder andere Anpassung für das Leben im Licht über Bord geworfen. Insofern wäre zu erwarten gewesen, dass P. andruzzii gar keine innere Uhr mehr besitzt.

Erste Versuche von Bertolucci schienen das auch zu bestätigen. Während der Zebrafisch in regelmäßigen, täglich wiederkehrenden Abständen durch das Aquarium schwamm, kümmerte sich der blinde Höhlenfisch gar nicht um die Lichtverhältnisse in Bertoluccis Labor. Das einzig Wiederkehrende, das an seinem Tagesgeschäft zu abzulesen war, war dessen Regellosigkeit.

Das änderte sich allerdings, als die Forscher mit regelmäßigen Fütterungen begannen. Täglich zur gleichen Zeit angebotenes Futter hat auf P. andruzzii offenbar die gleiche Wirkung wie Licht auf alle anderen Tiere: Es wirkt als Zeitgeber und zwingt den Höhlenfisch in einen 24-Stunden-Takt.

Unempfindlich durch Mutationen

Das bedeutet, dass der Fisch aus der Dunkelheit seine innere Uhr nicht komplett verloren hat, auch wenn er sie nicht benützt. Bertolucci und seine Kollegen fanden auch heraus, welchem Eigenrhythmus die verborgene innere Uhr folgt: Ihr Ziffernblatt ist deutlich gedehnt, ihre Grundperiode dauert 47 Stunden - sie hat sich im Lauf der letzten ein bis zwei Millionen Jahre offenbar fast verdoppelt.

Bliebe noch zu klären, warum P. andruzzii zwar durch regelmäßige Futtergaben auf Linie zu bringen ist, nicht aber durch Lichtreize. Die Forscher aus Italien, Spanien und Deutschland haben eine mögliche Erklärung: Zwei Mutationen könnten daran Schuld sein. Beim Höhlenfisch sind die Gene zweier Opsine (Melanopsin, TMT-Opsin), also lichtempfindliche Moleküle, genetisch verändert.

Sie werden nicht in den, sofern vorhanden, Augen hergestellt, sondern in anderen Körperregionen. Vermutlich sind das jene Moleküle, mit deren Hilfe der Zebrafisch seine Organe in den richtigen Arbeitstakt bringt.

Robert Czepel, science.ORF.at

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