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Originalpublikation

Kamiel Spoelstra, Martin Wikelski, Serge Daan, Andrew Loudon, Michaela Hau
Natural selection against a circadian clock gene mutation in mice.

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Physiologie . Verhaltensbiologie

Innere Uhr macht fit

Gerät der Taktgeber durcheinander, büßen Mäuse an biologischer Fitness ein

29. Dezember 2015

Alle Lebewesen haben eine innere Uhr, die Schlaf- und Wachphasen steuert und sich dabei vor allem an Tag und Nacht orientiert. Solche Taktgeber sind eine der wichtigsten Errungenschaften von Lebewesen auf der Erde und die Voraussetzung für eine Abstimmung der Lebensabläufe mit der Umwelt. Mäuse, deren innerer Rhythmus durch eine Genmutation verändert ist, haben weniger Nachkommen und eine geringere Lebenserwartung als ihre Artgenossen, die einem 24-Stunden-Tag folgen. Dies fand ein Team von Wissenschaftlern mit Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Ornithologie in Seewiesen und der Universität Princeton heraus. Die Forscher belegen damit, dass ein Abweichen der inneren Uhr vom natürlichen Rhythmus einen direkten Einfluss auf die biologische Fitness hat.
Mäusehaltung im Freiland: Über ein Jahr lang verfolgten die Wissenschaftler die Entwicklung von sechs Mäusegruppen in einem Freigehege. Bild vergrößern
Mäusehaltung im Freiland: Über ein Jahr lang verfolgten die Wissenschaftler die Entwicklung von sechs Mäusegruppen in einem Freigehege. [weniger]

Die tagesrhythmische oder zirkadiane Uhr entwickelte sich, um tägliche Ereignisse vorauszusehen. Das Sonnenlicht bringt den inneren Zeitmesser mit dem 24-Stunden Rhythmus einer Erdumdrehung in Einklang. Eine grundlegende Frage ist jedoch, ob die Gangart dieser inneren Uhr die Lebensdauer und die Fortpflanzung von Lebewesen beeinflusst.

Genmutationen können die innere Uhr so stark stören, dass sie nicht mehr mit dem Tag-/Nacht-Zyklus synchronisiert werden kann. Auch bei Mäusen gibt es eine solche Mutation namens tau, die eine Veränderung des Tagesrhythmus' bewirkt: Bei diesen Mäusen ist der Tag ungefähr um zwei Stunden kürzer.

Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Ornithologie in Seewiesen und Radolfzell haben nun zusammen mit Kollegen aus den USA, Großbritannien und den Niederlanden die biologische Fitness von Mäusen mit abweichenden zirkadianen Rhythmen untersucht. Die Tiere wurden für über ein Jahr in einer großen Außenanlage gehalten, wo sie auch ihren natürlichen Raubfeinden ausgesetzt waren. Die Wissenschaftler teilten die insgesamt 238 Mäuse in sechs identisch zusammengesetzte Gruppen auf. Jede der Gruppen bestand aus den gleichen Anteilen von Mäusen ohne Mutation, Mäusen mit einer Kopie der Mutation und Mäusen mit zwei Kopien der Mutation. Jede Maus bekam einen Transponder unter die Haut implantiert, mit dessen Hilfe die Zeiten ihres Besuchs der Futterstation aufgezeichnet wurden. So konnte der tägliche Aktivitätsrhythmus der Tiere gut ermittelt werden.

Mäuse mit der Mutation zeigten veränderte Aktivitätsrhythmen. Mäuse ohne die Mutation lebten länger und zeugten mehr Nachkommen als Mäuse, deren Rhythmus durch die Mutation verändert war. Als Folge dieses Effekts verringerte sich  die Häufigkeit des Gendefekts im Laufe eines Jahres um mehr als die Hälfte: Hatten am Anfang der Studie noch 50 Prozent der Individuen die Mutation, waren es am Ende des Experiments nach 14 Monaten nur noch 20 Prozent.

Für die Wissenschaftler deutet dies darauf hin, dass sich Träger der tau-Mutation in einer natürlichen Umwelt nicht durchsetzen können und ausselektiert werden. “Unsere Ergebnisse zeigen erstmals die grundlegende Bedeutung der zirkadianen Uhr für die Fitness von Individuen“, fasst Michaela Hau, Leiterin der Studie zusammen.

SL/HR

 
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