Wie Hitze unsere biologische Uhr beeinflusst

Steigen die Temperaturen, muss unsere innere biologische Uhr ihren Rhythmus ändern, um mit ihrem 24-Stunden-Zyklus synchron zu bleiben: Die Aktivität der beteiligten Gene verändert sich mit regelmäßig wiederkehrenden Beschleunigungen und Verlangsamungen. Dies wurde dank der Physik in einer Studie entdeckt, die in der Fachzeitschrift PLOS Computational Biology veröffentlicht und vom japanischen Riken Center for Interdisciplinary Theoretical and Mathematical Sciences (iThems) geleitet wurde. Dieser Prozess trägt nicht nur dazu bei, die Uhr stabil zu halten, sondern beeinflusst auch ihre Synchronisierung mit Tag und Nacht, wodurch sie unempfindlicher gegenüber äußeren Umweltreizen wird.

Unsere biologische Uhr basiert auf mRNA-Molekülen, also der Art von RNA, die die in der DNA enthaltenen Anweisungen übersetzt, um die Produktion der entsprechenden Proteine zu ermöglichen.

Diese mRNAs entstehen durch die rhythmische Aktivierung und Deaktivierung bestimmter Gene. Das Problem ist jedoch, dass sich die meisten chemischen Reaktionen im Körper mit steigender Temperatur beschleunigen. Daher ist es bislang ein Rätsel, wie der Körper diese Veränderungen im Jahres- oder Tagesverlauf kompensiert, beispielsweise wenn wir uns zwischen der Wärme draußen und der Kühle klimatisierter Innenräume bewegen.

Forscher um Gen Kurosawa fanden heraus, dass der Schlüssel im Rhythmus liegt: Bei wärmeren Temperaturen steigen die mRNA-Werte schneller an und sinken langsamer, während die Gesamtzykluslänge konstant bleibt. Dieser veränderte Rhythmus führt zu einer nicht mehr symmetrischen, sondern verzerrten Welle. Zudem wird die Uhr durch die Verzerrung stabiler und äußere Reize wie Licht und Dunkelheit wirken sich weniger auf sie aus. „In Zukunft“, so Kurosawa, „könnte der Grad der Wellenformverzerrung in den Genen der biologischen Uhr zu einem Biomarker werden, der uns hilft, Schlafstörungen, Jetlag und die Auswirkungen des Alterns besser zu verstehen.“