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© Senckenberg/Bromage
Zahnschmelz der untersuchten Hausschweine mit dem 5-Tages-Rhythmus.
 
Zahnheilkunde 1. April 2016

Wie die innere Uhr tickt – im Zahnschmelz liegt die Antwort

Frankfurter Forschern gelang es, einen neuen chronobiologischer Rhythmus von Säugetieren zu entdecken.

Anhand von Zahnschmelz- und Blutuntersuchungen konnte ein 5-Tages-Rhythmus bei Hausschweinen festgestellt werden, welcher maßgeblich den Stoffwechsel und damit auch Zellteilung und Wachstum sowie viele weitere lebenswichtige Funktionen steuert.

Dieser neue chronobiologische Rhythmus bei Säugetieren wurde von Prof. Dr. Friedemann Schrenk vom Senckenberg Forschungsinstitut in Frankfurt gemeinsam mit seinem Kollegen Prof. Dr. Timothy G. Bromage entdeckt. Die von den Forschern im renommierten Fachjournal „PLOS ONE“ veröffentlichte Studie trägt dazu bei, die Entstehung der vielfältigen Säugetierwelt zu verstehen.

Die innere Uhr und ihre Funktion

Das Leben aller Organismen wird von einer „inneren Uhr“ bestimmt – diese steuert die Zellteilung, den Herzschlag, die Atmung, das Schlafpensum und viele weitere lebenswichtige Funktionen. Selbst Einzeller werden durch diese chronobiologischen Rhythmen gelenkt. „Seit langem ist bekannt, dass es verschiedene biologische Rhythmen gibt, die alle eine Periodenlänge von etwa 24 Stunden haben“, erklärt Prof. Dr. Friedemann Schrenk vom Senckenberg Forschungsinstitut in Frankfurt und ergänzt: „Diese ‚circadiane Rhythmik‘ erklärt aber nicht die hohe Diversität im Tierreich und die verschiedenen Geschwindigkeiten in den Lebenszyklen.“

Ausgehend von der Frage wie Säugetiere in ihrer Evolutionsgeschichte größer wurden, hat Schrenk gemeinsam mit seinem Kollegen Prof. Dr. Timothy G. Bromage, ehrenamtlicher Mitarbeiter der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung und Professor am New York University College of Dentistry einen neuen mehrtägigen – „multidien“ – chronobiologischen Rhythmus entdeckt. „Würde man das Gewebe einer Maus auf die Größe eines Menschen skalieren, wäre dieser Mensch nicht lebensfähig. Das Mäusegewebe ist voller Stoffwechselzellen, um den schnellen Lebenszyklus der kleinen Säuger zu ermöglichen. Ein größeres Säugetier müsste Unmengen Nahrung zu sich nehmen, um seinen Organismus am Laufen zu halten. Wie also konnten in der Erdgeschichte kleine Nager zu riesigen Tieren werden?“, fasst Bromage die Fragestellung zusammen.

Geschwindigkeit der Zellteilung

Schnell verstanden die beiden Paläoanthropologen, dass es einen Mechanismus geben muss, welcher die Geschwindigkeit der Zellteilung reguliert und so das Wachstum der Tiere ermöglicht. Den Beweis für ihre Theorie fanden sie im Zahnschmelz von Hausschweinen. In selbigem kann man ihn anhand von feinen Wachstumslinien Tagesrhythmen erkennen. „Darüber hinaus gibt es die sogenannten Retzius-Streifen – parallel zueinander verlaufende Streifen im Zahnschmelz –, die in mehrtägigen Abständen auftreten“, fügt Bromage hinzu.

„Palaeobiomics“

Im Rahmen des groß angelegten Forschungsprogramms „Palaeobiomics“, das durch den an Bromage vergebenen Max-Planck-Forschungspreis finanziert wurde, verglich das deutsch-amerikanische Duo die Retzius-Streifen an Zähnen von 33 Schweinen mit Blutproben der Tiere. In den Blutproben, die über einen Zeitraum von 14 Tagen genommen wurden, fanden sich Metabolite – Zwischenprodukte von Stoffwechselvorgängen – und ribosomale DNA, die in einem 5-tägigen Rhythmus auftraten. „Deckungsgleich mit unseren Ergebnissen an den Schweinezähnen – dort traten die Retzius-Streifen ebenfalls im 5-Tages-Abstand auf“, freut sich Schrenk und fährt fort: „Die Metabolite zeigen, dass der Rhythmus mit einem komplexen System der Körperfunktionen zusammenhängt. An erster Stelle steht hier die Zellvermehrung, eine Grundlage für das Wachstum der Tiere.“

Von Affen, Menschenaffen und Menschen

Die Zähne weiterer Säugetiergruppen verraten, dass der neu entdeckte Rhythmus unterschiedliche Längen je nach Größe der Tiere hat. „Kleine Affen haben beispielsweise kürzere Taktungen, als Menschenaffen“, sagt Schrenk. In einem nächsten Schritt möchte das Wissenschaftlerteam diese These auch anhand von Blutuntersuchungen weiterer Tiergruppen belegen.

Auch für uns Menschen könnte die Entdeckung des neuen Rhythmus von großem Vorteil sein: „Wenn wir wissen, an welchem Tag unsere Zellproduktion auf Hochtouren fährt, können wir beispielsweise Medikamente gezielt einsetzen, um die zu diesem Zeitpunkt vernachlässigten Organe zu stärken“, gibt Bromage einen Ausblick.

Originalstudie: Timothy G. Bromage, Youssef Idaghdour, Rodrigo S. Lacruz, Thomas D. Crenshaw, Olexandra Ovsiy, Björn Rotter, Klaus Hoffmeier, Friedemann Schrenk (2015): The Swine Plasma Metabolome Chronicles „Many Days“ Biological Timing and Functions Linked to Growth, PLOS ONE

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