Seite 2 von 3: Störung des Biorhythmus

Informationen zum Biorhythmus von Lebewesen und den Folgen seiner Störung

Biorhythmus bei Pflanzen und Tieren

Als sich vor etwa einer Milliarde Jahren die ersten Organismen entwickelten, geschah dies im Einklang mit der Natur. Auch heute noch bestimmt das Licht von Sonne und Mond, der stetige Wechsel von Tag und Nacht, als äußerer Taktgeber die Aktivitäts- und Ruhephasen der Lebewesen.

Mikroben, Pflanzen, Tiere, Menschen – sie alle leben unter der sanften Diktatur der Sonne. Ihr Licht ist für den Biorhythmus der Lebewesen verantwortlich. Licht stellt die inneren Uhren gewissermaßen jeden Tag aufs Neue genau ein, auf einen 24-Stunden-Rhythmus, der in Abhängigkeit zur Erdrotation steht. Die "Uhren-Gene" dagegen geben den Grundrhythmus vor.

Das Leben auf unserer Erde ist ein Spiegel der Biorhythmen im 24-Stunden-Takt. Pflanzen und Tiere haben ihre Biorhythmen in Co-Evolution sozusagen aufeinander abgestimmt. Viele Pflanzen öffnen und schließen die Blüten zu bestimmten Zeiten.

Bienen stellen ihre Besuche darauf ein. Manche Pflanzen haben auch über mehrere Tage durchgehend geöffnete Blüten und produzieren dabei tagesperiodisch in unterschiedlicher Menge Duftstoffe und Nektar. Bestäuber merken sich solche günstigen Zeiten. Umgekehrt gibt es auch Pflanzen, die nur nachts ihre Blüten öffnen. Auf diesen Rhythmus haben sich zum Beispiel die Nachtfalter eingestellt.

Diese Beispiele zeigen, wie wichtig ein gutes "Timing" für Lebewesen ist. Das ist aber nur möglich, weil es innere Uhren gibt. Sie verleihen den Organismen (und damit auch dem Menschen) die Fähigkeit, regelmäßige Veränderungen in ihrer Umwelt vorherzusehen und rechtzeitig darauf zu reagieren. Das verschafft ihnen einen Überlebensvorteil. Und so überrascht es nicht, dass die Evolution eng mit der Entwicklung von biologischen Rhythmen verbunden ist.

Licht als Zeitgeber

Da die äußere Ursache der circadianen Rhythmik die Eigenrotation unseres Planeten ist, fungiert als augenfälligster äußerer Rhythmusgeber der Wechsel der Beleuchtungsintensität der Erde. Dieser Schrittmacher wird im visuellen System erkannt, teilweise auch der sich ändernde Sonnenstand.

Licht ist vermutlich der Zeitgeber, dessen Wirkung am universellsten ist. Beim Menschen führt Licht am subjektiven Abend und in der subjektiven Nacht zu einer Verlangsamung der Periode der inneren Uhr, während Licht in den frühen Morgenstunden eine Beschleunigung derselben verursacht. Licht fungiert als Zeitgeber in nahezu allen untersuchten Organismen, einschließlich solcher, die in ständiger Dunkelheit leben. Der Organismus reagiert auf Licht in der Umgebung mit einem lichtempfindlichen Pigment, die es entweder in der Netzhaut (bei Wirbeltieren) oder in anderen Zellen (bei Insekten und Pflanzen) gibt.

Circadiane Rhythmik beim Menschen

Die circadiane Rhythmik steuert oder beeinflusst bei Menschen unter anderem den Schlaf-Wach-Rhythmus, die Herzfrequenz, den Blutdruck, die Körpertemperatur, den Hormonspiegel (z. B. Cortison und Insulin), die Konzentration von Immunzellen im Blut und deren Einwanderung in andere Gewebe. Die Gluconeogenese, die Fettresorption im Darm und viele weitere Stoffwechselfunktionen werden von der circadianen Uhr beeinflusst, ebenso die kognitive Leistungsfähigkeit.

Zusammenhang mit Krankheiten

Die innere Uhr beeinflusst den Verlauf von kardiovaskulären Erkrankungen wie Atherosklerose.  Weiter zeigt sich sowohl durch epidemiologische Untersuchungen[39] als auch durch experimentelle Arbeiten, dass circadiane Rhythmen einen Einfluss auf die Entstehung bzw. Prävention von Krebserkrankungen haben. Schichtarbeiter leiden durch die Störung des Tagesrhythmus unter metabolischem Stress – ein Risikofaktor unter anderem für die Entstehung von Diabetes mellitus und Übergewicht.

Neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson, ALS und Chorea Huntington gehen oft schon früh im Krankheitsverlauf mit Störungen circadianer Rhythmen einher. Auch bei vielen psychiatrischen Erkrankungen ist der Schlaf-Wach Rhythmus gestört, und Störungen des circadianen Systems sind ein Risikofaktor für psychiatrische Erkrankungen. Ein dauerhaft gestörter Schlaf-Wach-Rhythmus, etwa bei Schichtarbeit, bzw. Lichtmangel kann zu Schlaf- und Essstörungen, Energielosigkeit und Depressionen führen.

Im Jahr 2018 stufte die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) Licht in der Nacht als wahrscheinlich krebserregend  (Gruppe 2A) ein (IARC 2019).

Aus einer Studie an Mäusen ging hervor, dass mehr als die Hälfte der 100 meistverkauften Medikamente in den USA auf Proteine wirken, die (in Mäusen) einer circadianen Steuerung unterliegen.

Licht zur falschen Zeit (Lichtverschmutzung) und ihre fatalen Folgen für Tiere

Eine Auswahl von Veränderungen der Biologie von Tieren durch Licht zeigt die nachfolgende Aufstellung:

1) Fehlverhalten bei der Orientierung durch Störungen von Wanderungszügen, durch permanente Punktorientierung („Fesseleffekt“) an Lichtquellen, durch „Leitplankeneffekte“ von Lichterketten, durch Flugkollisionen mit großen beleuchteten Bauwerken,

2) Störung der Fortpflanzung durch fehlgeleitete Kommunikation der Geschlechter,

3) Störung der Nahrungsbiologie durch Fehlverhalten bei der Nahrungssuche,

4) Populationsverluste durch permanente Ausfälle an Individuen unmittelbar an den Leuchten oder in ihrem Umfeld (Staubsaugereffekt),

5) Störungen im Hormonhaushalt,

6) Störungen in der Biorhythmik (im Tagesablauf und saisonal),

7) Negative Energiebilanz.

In der Summe ist zu erwarten, dass all diese Effekte zu einer kontinuierlichen Schwächung von Tiergemeinschaften und Populationen führen.

Und auch für die Pflanzen:

Bei Pflanzen nehmen Photorezeptoren das Licht wahr und steuern dadurch Prozesse wie das Stellen der inneren Uhr, Samenkeimung, Stängelwachstum, Blattausdehnung, Übergang vom vegetativen in den Blühstatus, Blütenentwicklung, Fruchtentwicklung und Alterung. Neben dieser jahreszeitlichen Rhythmik lässt sich auch ein Tagesrhythmus, beispielsweise in der Atmungsaktivität und im zellulären und organismischen Stofftransport, erkennen. Die entscheidende Bedeutung von Belichtungszeitpunkt und -dauer für Pflanzen kann in Versuchen gezeigt werden: Im Dauerlicht (24 h) erlahmt das Photosynthesevermögen bei manchen Arten. Störlicht in der Mitte der Dunkelphase kann bei den einen Pflanzen die Blütenbildung verhindern, während bei anderen die optimale Blütenbildung anregt wird.
Künstliches Licht stört nachtaktive Insekten beim Bestäuben. Wie eine Studie zeigt, besuchen Nachtfalter & Co vom Licht beschienene Pflanzen nachts viel seltener als im Dunkeln stehende. Dieser Verlust der nächtlichen Bestäubungsleistung kann offenbar auch nicht durch tagaktive Bestäuber kompensiert werden. Als Folge ist die Fortpflanzung der betroffenen Pflanzen stark beeinträchtigt – sie bilden weniger Samen und Früchte.

Die Beleuchtung in der Nacht kann sich nicht nur auf einzelne Arten, sondern sogar auf ganze Ökosysteme auswirken.

Das belegen einige Studien an Seen: Normalerweise steigen Wasserflöhe und anderes Zooplankton im Schutz der Dunkelheit vom Boden der Gewässer Richtung Oberfläche auf, um dort Algen und Phytoplankton zu fressen. Werfen aber Lampen ihr Licht auf die Wasseroberfläche, so steigen weniger Wasserflöhe auf. Sie scheuen das Licht und die Feinde, die sie in der freien Wassersäule leicht fressen können.

Lichtmangel

führt bei Pflanzen unmittelbar zu Veränderungen: Schon nach 30 Minuten Lichtmangel reagieren Pflanzen radikal. Sie schalten hunderte von Genen ab oder an und verändern dabei nicht nur ihre Photosyntheseaktivität, sondern auch ihren ganzen Stoffwechsel. Bei länger bestehendem oder dauerhaften Mangel verkümmernd lichthungrige Pflanzen wie Gras, junge wachsende Pflanzen "vergeilen", Krankheiten und Absterben sind weitere Folgen.

Unter Vergeilung (Etiolment) versteht man das Wachstum einer Pflanze unter Lichtmangel. Merkmale etioliert gewachsener Pflanzen sind:

• Fast ausschließlich Investition in oberirdisches Längenwachstum
• Wurzeln werden kaum entwickelt
• Streckung des Hypocotyls durch Verlängerung der Zellen
• Hypocotylhaken bleibt geschlossen
• Kotyledonen entwickeln sich nicht
• Kaum Bildung von Leit- und Festigungsgewebe
• Lange Internodien