Die Uhr im Auge

Sensoren in der Netzhaut registrieren langsame Lichtveränderungen

Amerikanische Wissenschaftler haben erstmals aufgeklärt, wie ein kürzlich entdeckter weiterer Sensor in der Netzhaut des Auges auf Licht reagiert. Die Lichtsensoren, die nicht für das Sehen zuständig sind, reagieren nur auf sehr helles Licht, stellten die Neurowissenschaftler um King-Wai Yau von der Johns-Hopkins-Universität in Baltimore fest. Wenn sie jedoch einmal aktiviert sind, senden sie ein starkes und gleichzeitig sehr langsames Signal ans Gehirn. Damit erfüllten sie vermutlich den Zweck, langsame Veränderungen der Lichtverhältnisse wahrzunehmen und so die innere Uhr und den Schlaf-Wach-Rhythmus zu regulieren, erklären die Forscher.

Neben Zapfen und Stäbchen, die für das Sehen am Tag und in der Nacht zuständig sind, haben Wissenschaftler vor kurzem eine dritte Art von Sensoren in der Netzhaut des Auges entdeckt. Es handelt sich dabei um Nervenzellen, die das Eiweiß Melanopsin enthalten. Sie spielen beim Sehen keine Rolle, sondern steuern vermutlich die innere Uhr und die Weite der Pupillen. Bisher war jedoch unbekannt, wie diese Sensoren funktionieren.

 

King-Wai Yau und sein Team bestrahlten in ihren Tests die Netzhaut von Mäusen mit Licht und maßen die elektrischen Signale, die von einer einzelnen Nervenzelle produziert werden. Die melanopsinhaltigen Zellen erwiesen sich dabei als deutlich weniger lichtempfindlich als die Zapfen und Stäbchen. Der Grund dafür scheint zu sein, dass die Netzhaut 5.000-mal weniger Melanopsinmoleküle enthält als Moleküle, die für das Sehen benötigt werden.

 

Als nächstes bestrahlten die Forscher die Mäuseretina mit sehr mattem Licht. Dabei konnten sie beobachten, dass bereits ein einziges aktiviertes Melanopsin-Molekül ein starkes elektrisches Signal auslöste. Außerdem wurde dieses Signal direkt von der Zelle ans Gehirn weitergeleitet. "Es scheint so, als ob diese Zellen nur sehr wenig Licht einfangen können", erklärt Yau. "Wenn jedoch genug Licht vorhanden ist, erzeugt dieses sehr effektiv ein Signal, das direkt ans Gehirn übermittelt wird." Dieses Signal sei außerdem sehr langsam, so dass es geeignet sei, langsame Lichtveränderungen im Lauf eines Tages zu entdecken. "Dies ist für die biologische Uhr oder die Pupillenreaktion sinnvoll", sagt Yau.

 

In einem weiteren Experiment verwendeten die Forscher genetisch veränderte Mäuse, die keine Zapfen und Stäbchen besaßen. Wurden diese mit sehr hellem Licht bestrahlt, zogen sich ihre Pupillen trotz fehlender Sehfähigkeit zusammen. In Zukunft wollen die Neurowissenschaftler untersuchen, wie die Melanopsin-Sensoren bei Störungen der inneren Uhr reagieren – zum Beispiel bei Jetlag oder bei Winterdepressionen.