Effekte natürlichen Lichts auf Platynereis‘ Chronobiologie

Von Tag-Nacht Zyklus bis zum Wechsel der Jahreszeiten ist das Leben auf der Erde verschiedensten Umweltzyklen ausgesetzt und Organismen haben interne Uhrsysteme entwickelt, um diese zu antizipieren. Wir Menschen werden uns dessen schmerzhaft bewusst, wenn wir lange Flüge unternehmen und danach einen Jetlag haben, weil unsere innere tageszeitliche Uhr nicht mehr mit der äußeren Zeit übereinstimmt. Die Verleihung des Nobelpreises im Jahr 2017 an die Wissenschaftler, die Pionierarbeit zum Entschlüsseln der molekularen Grundlagen von Uhrsystemen geleistet haben, spiegelt ihre Bedeutung in der Natur und für die menschliche Gesundheit wieder. Die Erforschung von Uhrsystemen ist immer noch stark auf Laboruntersuchungen fokussiert, allerdings sind Umweltrhythmen im natürlichen Lebensraum wesentlich komplexer und das kann starken Einfluss auf die Rhythmik einer Art haben. Dies gilt besonders für marine Lebensräume, wo neben tageszeitlichen und saisonalen Zyklen auch Gezeiten und der Mondzyklus zu einer Vielfalt biologischer Rhythmen geführt haben. Licht ist ein zentrales Signal für die Synchronisation innerer Uhren und Tiere und Pflanzen haben eine Vielzahl von Lichtrezeptoren entwickelt, die auf verschiedene Wellenlänge des Lichts reagieren. In unserem Projekt Der Einfluss natürlicher Lichtbedingungen auf die Chronobiologie von Platynereis dumerilii Wildtyp- und Mutanten-Würmern werden wir mit dem marinen Borstenwurm Platynereis dumerilii arbeiten, der zwei unabhängige innere Uhren besitzt, eine für den Tag-Nacht und eine für den monatlichen Mondzyklus. Unser Ziel ist es zu untersuchen, wie sich die Funktionalität der Uhren des Wurms und sein rhythmisches Verhalten zwischen Würmern unterscheiden, die entweder unter Laborlicht oder draußen unter natürlichen Lichtbedingungen gehalten werden. Um besser zu verstehen, welche Wellenlängen des Lichts für die Rhythmik am wichtigsten sind, werden wir dies auch mit genetisch veränderten Würmern tun, denen verschiedene Lichtrezeptoren fehlen und die deshalb höchstwahrscheinlich weniger Information über die Lichtbedingungen in der Umwelt haben. Durch unsere Arbeit werden wir lernen, welche Aspekte der Umwelt für die Rhythmik des Wurms am wichtigsten sind. Biologische Rhythmen können ganze Ökosysteme gestalten, indem sie die Interaktionen verschiedener Arten zeitlich orchestrieren. Deshalb ist es entscheidend, die Funktionsweise der Uhrsysteme zu verstehen, die diese Rhythmen erzeugen. Dies wird auch essentiell sein, um vorherzusagen, wie Uhren und biologische Rhythmen auf sich verändernde klimatische Bedingungen reagieren werden. Die Feldversuche könnten zudem helfen, die negativen Effekte von künstlichem Licht auf die menschliche Gehirnchemie und Gesundheit besser zu verstehen.