Um das beste Parfüm herzustellen, pflücken die Menschen Rosen von Mitternacht bis zwei Uhr morgens, bevor der Morgentau vertrocknet; denn Rosen haben den besten Duft im Morgengrauen, wenn es dunkel und kalt ist. Warum duften Rosen dann in der Morgendämmerung stärker? Woher wissen sie bloß, wie spät es ist, und verströmen ihren Duft? Nicht nur Rosen tun das. Jeden Tag knurrt Ihr Magen gegen Mittag, als wüsste er, wie spät es ist. Sie essen zu Mittag, kommen zurück und beginnen wieder zu arbeiten. Doch gegen drei Uhr nachmittags fühlen Sie sich schläfrig, als ob das schon vorher geplant gewesen wäre. Wenn die Sonne aufgeht, wachen Sie auf, und wenn die Nacht hereinbricht, fühlen Sie sich schläfrig. Als ob es eine Uhr im Körper gäbe, wiederholen zahlreiche Tiere und Pflanzen, einschließlich des Menschen, viele Dinge im Zyklus eines Tages, eines Monats und eines Jahres.
Wenn Sie mit dem Flugzeug in ein fernes Land reisen, haben Sie mehrere Tage lang mit Jetlag zu kämpfen. Sie dösen oft ein, wenn die Sonne hoch am Himmel steht; Ihr Körper möchte mitten am Tag schlafen, als wäre es Nacht. Und wenn es Nacht wird, können Sie einfach nicht einschlafen. Das liegt daran, dass Ihr Körper versucht, den 24-Stunden-Fluss des Landes, in dem Sie sich zuvor aufgehalten haben, beizubehalten, unabhängig von der Uhrzeit am aktuellen Standort. Dieser zirkadiane Rhythmus ist zu genau, um ihn einfach als Ergebnis einer Gewohnheit zu bezeichnen. Wie entsteht er dann?
Der zirkadiane Rhythmus lebender Organismen wurde erstmals im 4. Jahrhundert v. Chr. entdeckt. Androstenes, einer der Generäle, die die Expedition Alexanders des Großen leiteten, stellte fest, dass die Blätter des Tamarindenbaums tagsüber horizontal und nachts vertikal waren. Nach einiger Zeit wurde eine ähnliche Periodizität bei Pflanzen entdeckt. Im Jahr 1729 bemerkte der französische Astronom Jean Jacques d’Ortous de Mairan etwas Seltsames, als er Mimosen beobachtete. Die Blätter der Mimose falten sich zusammen und sehen verwelkt aus, wenn man sie berührt. De Mairan jedoch beobachtete, wie sich die Blätter der Mimose tagsüber ausbreiteten und sich nachts zusammenfalteten, sogar ohne äußere Reize. Zunächst dachte er, es liege am Licht. Doch die Blätter der Mimose falteten sich tagsüber und falteten sich nachts zusammen, sogar in einem völlig dunklen Raum.
Nicht nur Pflanzen, sondern auch der menschliche Körper zeigt ein ähnliches Phänomen. 1960 führte die Max-Planck-Gesellschaft in Deutschland ein Experiment durch, um zu prüfen, ob der zirkadiane Rhythmus beim Menschen auch in einem Keller ohne Fenster konstant bleibe. Als Ergebnis stellten sie fest, dass die meisten Menschen in einem Zyklus von etwa 25 Stunden zu Bett gingen und aufwachten. Das bedeutet, dass es im menschlichen Körper eine zirkadiane Uhr gibt und dass diese bestimmte Rhythmen einhält. Es zeigt auch, dass die grundlegende Ursache für den zirkadianen Rhythmus nicht die äußeren Faktoren wie Licht sind, sondern die inneren Faktoren lebender Organismen liegt.
Die erste Beobachtung der Existenz von Periodizität bei Tieren und Pflanzen liegt sehr lange zurück. Die Antwort auf diese grundlegende Frage kam jedoch mit der Erforschung der Gene der Drosophila ans Licht. Wissenschaftler entdeckten, dass die zirkadiane Uhr von Genen gesteuert wird. Sie entdeckten die Gene, die die zirkadiane Uhr steuern, anhand der Tatsache, dass sich die Drosophila nur am frühen Morgen von der Larve zum Imago entwickelt. Sie entdeckten Gene wie „Clock“, „Periode“ und „Timeless“, die die zirkadianen Rhythmen in Drosophila steuern. Die zirkadiane Uhr wird durch die Interaktion der von diesen Genen gebildeten Proteine gesteuert. Eine analoge Uhr mit einer komplizierten inneren Struktur hat mehrere sägezahnförmige Räder, die sich in Interaktion bewegen und die Zeiger der Uhr bewegen. Auf die gleiche Weise funktioniert die zirkadiane Uhr unseres Körpers systematisch, indem die verschiedenen von den Genen gebildeten Proteine interagieren. Mit anderen Worten: Jede einzelne Zelle hat eine komplizierte, exquisite Uhr.
Der durchschnittliche Tageszyklus eines Menschen beträgt 24,3 Stunden, nicht genau 24 Stunden. Das ist von Mensch zu Mensch unterschiedlich. So gibt es „Morgenmenschen“, deren Zyklus bei etwa 23 Stunden liegt, und „Nachteulen“, deren Zyklus bei etwa 25 Stunden liegt. Die Zellen in unserem Körper weisen leicht unterschiedliche Periodizitäten auf.
Wie kann ein lebender Organismus dann nicht gegen die Periodizität von 24 Stunden verstoßen? Das liegt daran, dass er eine zentrale zirkadiane Uhr hat, die das Licht wahrnimmt und alle zirkadianen Uhren im Körper steuert. Der Teil, der als zentrale zirkadiane Uhr fungiert, ist der Nucleus suprachiasmaticus [SCN], der so groß wie ein Reiskorn ist und sich im Hypothalamus des Gehirns befindet. Der SCN, der aus 20.000 Nervenzellen besteht und mit den Sehnerven der beiden Augen verbunden ist, nimmt die Veränderungen des Sonnenlichts wahr und sendet Signale an verschiedene Körperteile, um die zirkadianen Rhythmen auf 24 Stunden zurückzusetzen. Das Sonnenlicht selbst ist nicht die Ursache der zirkadianen Rhythmen, aber es liefert die Standards, um unsere zirkadiane Uhr jeden Tag auf bestimmte Stunden einzustellen. Wenn also durch einen Gehirntumor ein Problem im SCN auftritt, werden alle Rhythmen des täglichen Lebens unterbrochen, was dazu führt, dass man zu zufälligen Zeiten aufwacht und einschläft. Die Tatsache, dass sich die zentrale zirkadiane Uhr im SCN befindet, wurde entdeckt, aber ihr genauer Mechanismus und das Geheimnis der Synchronisation der Zellen sind noch nicht gelöst.
Der SCN, der viele Geheimnisse birgt, sondert Hormone ab und steuert den Schlaf. Wenn der SCN einen Lichtwechsel wahrnimmt und feststellt, dass es dunkel geworden ist, wird ein Signal an die Zirbeldrüse weitergeleitet, und die Zirbeldrüse schüttet Melatonin aus, ein Hormon, das den Tiefschlaf fördert. Durch das Signal des SCN wird Melatonin ausgeschüttet, wenn es dunkel ist, und nicht, wenn es tagsüber hell ist. Die Ausschüttung von Melatonin hilft uns, in einen tiefen, erholsamen Schlaf zu fallen. Die Zahl der Menschen, die unter Schlafstörungen leiden, nimmt jedoch zu, da wir in das digitale Zeitalter eingetreten sind. Der Grund dafür, dass Menschen nicht gut schlafen können, ist, dass die Melatoninausschüttung abnimmt, wenn sie nachts hellem Licht wie dem Handy oder dem Fernseher ausgesetzt sind; der SCN hält dies fälschlicherweise für den Tag.
Manche Menschen leiden unter extremeren Schlafstörungen. Das liegt daran, dass ihre zirkadiane Uhr gestört ist. Menschen, die unter einem verzögerten Schlafphasensyndrom [DSPS] leiden, schlafen normalerweise von vier Uhr morgens bis zum Mittag. Es ist fast unmöglich, morgens irgendetwas zu tun wie ein normaler Mensch. Menschen, die an einer fortgeschrittenen Schlafphasenstörung [ASPD] leiden, schlafen normalerweise gegen 19:30 Uhr ein und wachen gegen 4:30 Uhr auf; sie sind im Grunde extreme Morgenmenschen. Einer neueren Studie zufolge zeigen Menschen, die an ASPD leiden, diese Anzeichen, weil ihre Gene, die die zirkadiane Uhr steuern, mutiert sind.
Wir schauen täglich dutzendmal auf die Uhr, um genau zu wissen, wie spät es ist, und verbringen einen arbeitsreichen Tag. Unser Körper braucht jedoch nicht auf die Zeit zu achten, um zu wissen, wann er schlafen und wann er essen muss. Die Veränderung der Farbdichte von Pflanzen, die Duftabgabe von Blumen und die Bewegungen von Blättern finden alle zur richtigen Zeit statt. Auch Insekten leben nach bestimmten Rhythmen, von dem Moment an, in dem sie das Puppenstadium verlassen, bis sie als Imagines leben. Alle Dinge kennen den Fluss der Zeit instinktiv und leben nach diesem Fluss. Beim Menschen gibt es nicht nur Rhythmen für das Einschlafen und Aufwachen, sondern auch Rhythmen, bei denen sich die Körpertemperatur oder die Menge der Hormonausschüttung im Tagesrhythmus ändert. Erstaunlicherweise ist die genaueste Uhr, die auf den menschlichen Körper passt, nicht die Uhr an unserem Handgelenk, sondern die Billionen von zirkadianen Uhren in unserem Körper. Dank der Uhr in unserem Körper können wir den Fluss der Zeit spüren und entsprechend der Zeit leben. Alle lebenden Organismen auf der Erde leben nach dem Fluss der Zeit, der ihnen bereits eingegeben wurde.
- Quellenangabe
- „Die erstaunliche Entdeckung der Zeit“ (Stefan Klein)
- 『Die Freude am Schlaf 』 (Domio Sato)
- „Dinge, von denen wir sehr wenig über Menschen und das Universum wissen“ (Jaeseung Jeong und vier andere)
- YTN SCIENCE Dokumentarfilm S „Wecker im Körper, biologische Uhr“