Die Evolution von Schlaf: 700 Millionen Jahre Melatonin
Wenn die Sonne untergeht, setzt die Dämmerung und schließlich die dunkle Nacht eine Kette von molekularen Prozessen von den Augen bis zur Epiphyse in Gang, um die Produktion von Melatonin im Gehirn zu stimulieren.
In dem Moment in dem Melatonin im Gehirn freigesetzt wird und sich an die Neuronen koppelt, verändert sich der elektrische Rhythmus und sinkt die Körpertemperatur. Dieser Prozess dirigiert das Gehirn und den Körper in Richtung Schlaf. Beim Aufstehen am Morgen schaltet das Sonnenlicht die Wirkung und Produktion von Melatonin aus, wodurch das Umgekehrte passiert. Man nimmt die Tagsignale wahr und das Gehirn verlässt den Schlafmodus.
Das ist der Rhythmus, der schon seit Millionen von Jahren in den unterschiedlichsten Lebensformen der Erde von statten geht. Melatonin ist etwa vor 500-700 Millionen Jahren aus unseren frühsten Vorfahren entstanden, kleinen Organismen, die im Meer lebten.
Es hat sich herausgestellt, dass das Enzym, das benötigt wird um Melatonin zu erstellen bis in diese Zeit zurückverfolgt werden kann. Die Entstehung des Enzyms “Timezyme“ scheint in der Periode der Evolution stattgefunden zu haben, in der der Übergang von wirbellosen zu Wirbeltieren geschah.
Kürzlich haben Wissenschaftler des “European Molecular Biology Laboratory“ in Deutschland noch ein Stück dieses Evolutions-Puzzles entwirrt und die Entstehung von Melatonin in der Evolutionsschiene noch weiter zurückgeschoben. Sie haben dies getan durch die Aktivitäten von spezifischen Genen zu beobachten, die bei der Produktion von Melatonin und anderen mit Schlaf in Zusammenhang stehenden Molekülen mitwirken.
Hierbei konnten sie nicht nur zeigen, dass der einfache Seewurm Platynereis Dumerilii die gleichen Melatonin-regulierenden und licht-fangenden Zellen besitzt wie der Mensch in seinen Augen, sondern auch, dass er die gleiche Sorte Gen-Netzwerk nutzt wie der Mensch, wobei nur abends Melatonin produziert wird und das auch noch in einem 24-Stunden Zyklus.
Wegen der Übereinstimmung zwischen beiden Gen-Netzwerken denkt man, dass diese aus einem gemeinsamen wirbellosen Vorfahren hervorgehen. Dies ist eine komplett neue und ziemlich überraschende Theorie, die letztendlich wahrscheinlich zurückführt zur ersten Art von Schlaf überhaupt.
Melatonin ist Uhr und Kalender zugleich
Weil Melatonin so früh in der Evolution vorkommt ist es, genau wie DHA, also eigentlich auf die tiefst-mögliche Weise mit unserem Leben verwoben und darum ein sehr wichtiger körpereigener Stoff.
Und das alles für ein Molekül das anfangs Abfallstoff von Augenzellen entstand. Mit der Zeit wurde es zu einem Signal von Nacht geformt, weil es sich nachts in den Zellen anreicherte. Mit immer komplexer werdenden Lebensformen auf der Erde nahm auch der Bedarf nach mehr Melatonin zu. Aus diesem Bedarf entstand die Epiphyse. Eine Struktur, die unabhängig steht von den Augen, um Serotonin und andere giftige Stoffe, die gebraucht werden um Melatonin zu erstellen und fernzuhalten vom sensiblen Augengewebe.
Schritt für Schritt wird Klarheit geschaffen zum evolutionären Ursprung der Hauptfunktionen in unserem Gehirn. Das Faszinierende ist, dass viele dieser fundamentalen Entdeckungen gemacht werden indem man Lebensformen observiert, die im Meer vorkommen. Das ist allerdings auch gar nicht komisch, weil das Leben in den Ozeanen und Meeren auf der Erde seit den zarten Anfängen dominierte.
Melatonin ist also eines der ältesten biologisch aktiven Moleküle der Erde und, wie bereits gesagt, sehr tief verwoben mit der Funktion unseres Körpers. Nicht nur Menschen und Tiere produzieren Melatonin, sogar Bakterien und Pflanzen benutzen dieses mysteriöse Neurohormon.
Als „Hormon der Nacht“ verändern sich die Melatonin-Konzentrationen übrigens nicht nur in einem 24-Stunden Zyklus mit der Funktion einer Tag und Nacht Uhr. Es ist auch bekannt, dass Melatonin-Konzentrationen auf Basis von Monats- und Saisonszyklen wechseln. Melatonin ist also nicht nur eine Uhr für den Körper, sondern auch ein Kalender.
So weiß der Körper zum Beispiel an der Hand der Melatonin-Konzentrationen wann Winter ist. Weil die Nacht früher eintritt, findet eine längere Periode der Melatonin-Produktion statt. Der Körper registriert dieses Signal von mehr Melatonin und so wird der Thermoregulation Setpoint beeinflusst. Hierdurch werden wir kältebeständiger. Das ist natürlich eine tolle Anpassung im Winter!
| Melatonin – N-Actyl-5-Methosytryptamin
Melatonin hat viele Funktionen im Körper, aber diese sind nicht nur hormonell. Neben der Funktion des Zeitgebers und Hauptregulierers von Schlaf, regelt es zum Beispiel auch das Timing und die Ausschüttung vieler anderer Hormone, stimuliert die Autophagie und ist ein einzigartiger und sehr starker Antioxidant. Die erste Funktion von Melatonin waren parakrin, wobei nur Zellen in der direkten Zellumgebung informiert wurden. Später, mit der Entstehung des Melatonin-Höhepunkts im Schlaf, kam Melatonin auch in den Blutkreislauf, was bekannt ist als endokrin. Von dem Moment an konnten auch andere Gewebe Melatonin nutzen. Melatonin – N-Acetyl-5-Methoxytryptamin – wird in einem stufenweisen chemischen Prozess aus der essentiellen Aminosäure Tryptophan und letztendlich aus Serotonin synthetisiert. Dieser Prozess findet vor allem, aber nicht ausschließlich, in der Epiphyse statt. Auch in der Retina, dem Gehirn, dem Magen-Darmtrakt, den Testikeln, den Eierstöcken und der Haut wird Melatonin produziert. Epiphyse |
Das Mysterium vom Schlaf
Aus wissenschaftlichem Blickwinkel können weitere Studien der oben stehenden Hypothesen vielleicht auch fundamentale Information über die Rolle von Schlaf liefern, denn die ist anno 2015 noch immer ein Mysterium. Es scheint, als ob Schlaf nicht gut durch die Biologie erklärt werden kann, weil sich die komplexe Wirkung mehr in der Quantenwelt abspielt, wo andere Regeln gelten als in der Biochemie. Von der Biophysik ausgehend, wo man mehr Erfahrung hat mit Phänomenen wie Magnetismus, Elektrizität und anderen physikalischen Gesetzen, in Kombination mit Biologie, kann dahingegen eher eine Erklärung dieses Mysteriums erwartet werden.
Neue Information über Schlaf scheint auch tatsächlich in diese Richtung zu weisen. So scheint der große Unterschied zwischen Gehirnaktivität im Wachzustand verglichen mit der Gehirnaktivität im Schlaf das Maß zu sein, worin die Gehirngebiete miteinander kommunizieren. Hieraus ergibt sich die Hypothese, dass die Funktion von Schlaf nicht durch die Aktivität einzelner Gehirngebiete bestimmt wird, sondern durch die Interaktion zwischen diesen Gebieten und dem Maße, in welchem sich diese Interaktion in Raum und Zeit entwickelt.
Wir müssen Schlaf also eigentlich betrachten als eine spezifische Konfiguration vom Netzwerk in unserem Gehirn. Eine interessante Ergänzung zu dieser Theorie ist die Entdeckung, dass während des Schlafs elektrische Signale, die von Gehirnzellen zur Kommunikation benutzt werden, in die entgegengestellte Richtung laufen. Hierdurch wird unwichtige Information gelöscht und werden die Zellen für neue Lernerfahrungen sensibilisiert. Diese Enthüllung ist die Basis für die Entstehung neuer Erinnerungen.
Nicht nur die Konfiguration oder die Richtung der elektrischen Signale verändern sich während des Schlafs, sondern auch die zelluläre Struktur der Gehirnzellen. Das Gehirn hat eine einzigartige Art über das glymphatische System schädliche Abfallstoffe zu entsorgen. Das interessanteste dieser Entdeckung ist die Art, in der sie stattfindet. Gehirnzellen schrumpfen nämlich ungefähr 60 % während des Schlafs, wodurch die Abfallstoffe einfacher abtransportiert werden können. Schlaf verändert also auch die zelluläre Struktur des Gehirns, wodurch es in einen Komplett anderen Modus kommt.
Kein echter Schlaf mehr
Eine komplett andere Konfiguration des Gehirns, umgekehrte elektrische Signale und eine veränderte zelluläre Struktur klingen unserer Meinung nach ziemlich „quanten-artig“. In der heutigen Welt, in der künstliches Licht vorherrscht und der die Vorzüge der dunklen Nacht in den Hintergrund geraten sind, darf man nicht vergessen, dass die Basis für gute Körperfunktion tief in unseren natürlichen Biorhythmen gewurzelt liegt.
