Prof. Dr. Michaela Hau vom Max-Planck-Institut: "Langschläfer werden häufiger betrogen"

Kohlmeise

Foto: Kwj2772
Lizenz: CC BY-SA 2.0
Die Originaldatei ist hier zu finden.

Spätes Aufstehen ist gemütlicher, aber es verringert auch den Fortpflanzungserfolg - zumindest wenn man eine Kohlmeise ist. Forscher vom Max-Planck-Institut für Ornithologie in Radolfzell und Seewiesen fanden zusammen mit Kollegen der North Dakota State University heraus, dass Kohlmeisen-Männchen, die später als ihre Artgenossen aufstehen, von ihren Weibchen öfter betrogen werden. Prof. Dr. Michaela Hau: "Damit haben wir im Freilandversuch den Beweis erbracht, dass die innere Uhr, jener Tagesrhythmus, der die Lebensfunktionen von Organismen synchron zur Umwelt ablaufen lässt, dem Individuum einen Vorteil bringt."

Für die innere Uhr wurden schon mehrere Taktgeber identifiziert: vor allem die Sonne, aber auch soziale Vorgaben. Wie haben Sie herausgefunden, wie die Evolution in dieses Räderwerk eingreift?

Prof. Michaela Hau: Wir haben uns der Mikro-Evolution gewidmet, also die Frage gestellt, wie das Merkmal innere Uhr ausgeprägt sein muss, um den Fortpflanzungserfolg der Meise zu erhöhen oder zu verringern. Dabei zeigte sich, dass Langschläfer unter den männlichen Kohlmeisen von ihren Weibchen häufiger betrogen werden und entsprechend öfter keine eigenen, sondern Kuckuckskinder großziehen. Kohlmeisen-Männchen, die später aufstehen, verbreiten ihre Gene entsprechend seltener im Genpool, zählen in der Evolutionsbiologie demnach zu den Verlierern.

Wie war Ihre Versuchsanordnung?

Prof. Hau: Das war ein Freiland-, kein Laborversuch über zwei Jahre. Im März, vor der Legesaison, fingen wir die Kohlmeisen aus den Nistkästen, nahmen ihnen Blut ab, um den Hormonstatus zu messen, klebten ihnen einen winzigen, weniger als ein halbes Gramm schweren Sender auf den Rücken, schoben der Kontrollgruppe ein wirkstofffreies Implantat unter die Haut und der anderen eines, das mit Melatonin versehen war, also einem Hormon, das den Tag-Nacht-Rhythmus steuert. Das dauert nicht länger als zehn bis fünfzehn Minuten, dann wurden die Vögel wieder zurück in ihren Nistkasten gesetzt und schliefen weiter. Drei Antennen im Studienwald fingen die Radiosignale der Sender ein, ein Empfänger zeichnete auf, ob die Vögel aktiv waren oder schliefen. Die Menge des von uns implantierten Melatonins veränderte den Tagesrhythmus nicht völlig, sondern verschob ihn lediglich ein bisschen nach hinten.

Wann wird die normale männliche Kohlmeise wach?

Prof. Hau: Im März begannen die Männchen der Kon-trollgruppe etwa 22 Minuten vor Sonnenaufgang ihren Gesang im Morgengrauen. Die Melatonin-Männer wurden dagegen zehn Minuten später aktiv. Diese relativ geringe Zeitspanne reichte dem Weibchen zum Fremdgehen, die Langschläfer zogen in ihrem Nest mehr fremden Nachwuchs groß.

Der frühe Vogel wird seltener betrogen. Müsste der Evolutionsdruck nicht sogar auf eine Kohlmeise hinarbeiten, die gar nicht mehr schläft?

Prof. Hau: (lacht) Theoretisch schon, aber in der Evolution zählen immer Kosten-Nutzen-Rechnungen. Vielleicht gäbe es sogar einen Nutzen für das einzelne Männchen, noch früher aufzustehen, aber die Kosten des fehlenden Schlafes zu einer Zeit, in der weder die Weibchen wach wären noch der Vogel fressen könnte, wären wohl zu hoch. Andere Arten werden aber in der Tat sehr viel früher wach: die Nachtigall mitten in der Nacht, die Lerche und die Amsel deutlich vor den Meisen.

Warum sind Forschungen an Kohlmeisen für Ihre Zwecke ideal?

Prof. Hau: Kohlmeisen sind sehr häufig, zudem kann man ihr Verhalten und ihren Fortpflanzungserfolg sehr gut messen, weil sie - im Gegensatz zur Amsel oder Nachtigall - gerne in Nistkästen brüten, die die Populationsdichte für unsere Versuche erhöhen. Die Deckel unserer Nistkästen lassen sich über ein Scharnier leicht öffnen und mit einem kleinen Häkchen wieder schließen, so dass die Kästen ohne große Störungen schnell kontrolliert und die für die Vaterschaftstests nötigen Blutproben der Jungen entnommen werden können.

Bei der Ko-Evolution von Blumen und Insekten ist nachvollziehbar, dass die Biene die höchste Fitness aufweist, deren Zeitgeber synchron zu den von ihr bevorzugten Blumen arbeiten. Wie kamen Sie zu der Hypothese, dass auch die sexuelle Selektion von der inneren Uhr beeinflusst sein könnte?

Prof. Hau: Unsere Hauptarbeitshypothese war noch einfacher, nämlich festzustellen, ob es überhaupt evolutionäre Vorteile der circadianen, d.h. inneren tagesrhythmischen Uhr gibt. Dafür gibt es bisher nicht viele klare Beweise. Man weiß zwar, dass die innere Uhr bei fast allen Lebewesen vorkommt und ihnen hilft, sich auf regelmäßige Veränderungen der Umwelt, wie beispielsweise den Sonnenuntergang, vorzubereiten. Aber welche Vorteile die innere Tagesuhr ihrem Träger verschafft, war noch weitgehend offen. Die von Ihnen angesprochenen Bienen-Versuche zeigten früh auf, inwieweit die innere Uhr den Bienen zeitliches und räumliches Lernen ermöglichte - sie also etwa behalten ließ, zu welcher Zeit die Zaunwinde zwölf Meter nordöstlich ihre Blüten öffnete. Aber davon abgesehen gibt es wenige im Freiland erbrachten Beweise, dass diese innere Uhr einen Vorteil verschafft. Die meisten Ergebnisse zur inneren Uhr stammen aus Laborversuchen, wo oft sämtliche äußeren Reize, die die Uhr takten - wie der Tag-Nacht-Wechsel, entfernt werden. Oder die innere Uhr wurde gleich komplett beseitigt, wie bei Versuchen einer US-Kollegin, die die entsprechende Hirnregion von Tieren verschiedener Hörnchenarten - wie Erdhörnchen oder Zieseln - ausschaltete. Diese Tiere kamen in der Folge zu den falschen Zeiten aus dem Bau bzw. lärmten zu den falschen Zeiten im Bau, so dass sie Opfer von Fressfeinden wurden. Die Forscherin konnte so zwar zeigen, wie wichtig eine funktionierende innere Uhr ist; solch invasive Methoden haben aber den Nachteil, dass man nicht ausschließen kann, dass der Eingriff noch mehr zerstört hat als nur den Taktgeber.

Insofern ist Ihr Ansatz sehr viel eleganter... Prof. Hau: ... wir wollten die innere Uhr nicht zerstören, sondern nur leicht nachgehen lassen.

Nun gibt es Tierarten, deren innere Uhr ausgestellt oder schwächer geworden ist, etwa Höhlenfische, die in ewiger Dunkelheit leben, oder Rentiere, die mit der Polarnacht klarkommen müssen. Dreht der Mensch, speziell der in einem Lichtmeer lebende großstädtische Mensch, auch an seiner Uhr?

Prof. Hau: Ja, das zivilisierte Leben des Menschen hat einen ganz großen Einfluss auf seine innere Uhr. So bekommen wir heute viel zu wenig Lichtinformationen. Die Zimmerbeleuchtung, der wir vor allem im Winter über Stunden ausgesetzt sind, ist nicht stark genug, um unsere innere Uhr zu synchronisieren. Auch an einem bedeckten Tag ist es draußen sehr viel heller als in einem Zimmer. Wer sich also wenig draußen bewegt, synchronisiert seine innere Uhr schlecht mit dem Tag und sie beginnt, ungenau zu gehen. Schichtarbeiter leiden vermehrt unter Schlaflosigkeit, geschwächtem Immunsystem bis hin zu Depressionen.

Seit Anbeginn des Lebens agierte die Sonne als Taktgeber. Sind die biochemischen Uhrwerke in den Zellen noch vor den genetischen entstanden? Prof. Hau: Ich nehme an, dass dies Hand in Hand geschah, denn ohne Rückbindung an die Gene hätte es nicht evolvieren können. Eine mögliche Erklärung für die Entwicklung der Tagesrhythmik könnte etwa darin liegen, dass sich frühe einzellige Organismen vor den harten, DNA-schädigenden UV-Strahlen der Sonne schützen mussten und von daher tagsüber tiefer im Urmeer abtauchten.

Entsteht beim Menschen evolutionärer Druck, dass die biochemische Kaskade, die unsere Aktivitätsphasen einläutet, auch ohne den Faktor Licht losgetreten werden kann? Prof. Hau: Gute Frage - das wäre aber nur der Fall, wenn Menschen, die nur noch in Innenräumen leben, mehr Nachkommen hätten als solche, die noch viel draußen sind. Zu vermuten ist aber eher das Gegenteil, denkt man an die gesundheitlichen Beeinträchtigungen, die jenen drohen, die unter Missachtung des natürlichen Rhythmus leben und arbeiten. Der Reproduktionsfitness kann dies schwerlich zuträglich sein. Andererseits unterliegt der Mensch nur noch ganz wenig der natürlichen Selektion, weil er sich seine eigene Umwelt geschaffen hat.

Von den Kohlmeisen lernen, heißt siegen lernen: Sollten Männer, deren Biorhythmus später anspringt, nach Ihren Versuchsergebnissen künftig den Wecker stellen, um Konkurrenten abzuwehren?

Prof. Hau: (lacht) Es ist nicht klar, inwieweit unsere Ergebnisse direkt von Kohlmeisen auf den Mensch übertragen werden können. Wahrscheinlich eher nicht. Wobei eine genau gehende innere Uhr natürlich auch beim Menschen wichtig ist - so bereitet sie zum Beispiel den Körper auf das Aufwachen und den damit verbundenen Anstieg im Stoffwechsel vor, oder auf zu erwartende Essenszeiten und Schlafzeiten.

Ist die innere Uhr des Individuums ein Diktator oder kann man mit ihr verhandeln?

Prof. Hau: Selbstverständlich kann man mit ihr verhandeln, denn die innere Uhr besitzt schon aufgrund ihrer natürlichen Ausstattung Flexibilität. Die circadianen Rhythmen passen sich ständig wechselnden Bedingungen an, etwa den unterschiedlichen Tageslängen in den verschiedenen Jahreszeiten. Selbst den Dreh des modernen Menschen an seiner inneren Uhr verkraftet sie relativ leicht. So macht uns der Jetlag nach einem Flug über mehrere Zeitzonen zwar zu schaffen, doch nach ein paar Tagen haben wir ihn überwunden. Die innere Uhr kann sich umso leichter resynchronisieren, je aktiver man im Sonnenlicht ist.

Quelle: Joachim Zießler - Landeszeitung Lüneburg (ots)