Es scheint, als hätten sie den Blick stets auf die Küchenuhr gerichtet: Pünktlich eine Stunde vor Sonnenaufgang bilden sich die Sporen der Brotschimmelpilzes Neurospora crassa - mit einer unglaublichen Präzision. Der Pilz gehört zu den beeindruckendsten Beispielen der Natur für ein Phänomen, das allgegenwärtig ist: Zeitempfinden. Vom Einzeller bis hin zum Menschen hat die Evolution innere Uhren eingerichtet. Nur wer das richtige Timing hat, sichert das Überleben. So überlebt Neurospora crassa eben eher, wenn die Sporen nicht der direkten UV-Strahlung ausgesetzt ist, da diese sehr lichtempfindlich sind.

Überall folgen Flora und Fauna den astronomischen Gesetzmäßigkeiten des Universums: 24 Stunden hat ein Tag, 365,26 Tage ein Jahr. Forscher gehen davon aus, dass Lebewesen hauptsächlich ihre Lichtwahrnehmung nutzen, um die innere Uhr mit dem natürlichen Rhythmus der Sonne zu synchronisieren. Jetzt haben Forscher gezeigt, dass Zeitempfinden auch ohne den Einfluss von Licht funktionieren kann: Wie sie im Fachjournal "PloS Biology"  berichten, besitzen selbst blinde Fische eine innere Uhr - und können sie stellen.

Das internationale Forscherteam um Nicholas Foulkes vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) untersuchte das Zeitempfinden des Karpfenfisches Phreatichtys andruzzii, einer Fischart, die seit rund zwei Millionen Jahren in Höhlen unter Oasen in der Wüste Somalias lebt. Die Fische besitzen keine Augen, sind blind - und dennoch, so fanden die Forscher heraus, folgen sie einem bestimmten Zeitrhythmus.

Photorezeptoren für das richtige Timing

Von einigen Wirbeltieren wie Amphibien und Fischen wissen die Biologen, dass bestimmte Photorezeptoren, also lichtempfindliche Moleküle, außerhalb der Retina in einer bestimmten Hirnregion für das Zeitempfinden verantwortlich sind.

Um herauszufinden, ob Phreatichtys andruzzii trotz seiner fehlenden Augen einem lichtabhängigen Zeitrhythmus folgt, setzten sie diese und eine weitere Fischart einem zwölfstündigen Tag-Nacht-Rhythmus aus. Die blinden Karpfenfische folgen weiterhin einem eigenen Rhythmus, unabhängig vom Licht. Anders der Zebrafisch: Dieser passte sich an den Zwölf-Stunden-Rhythmus an - verantwortlich dafür waren seine Photorezeptoren.

Anschließend gaben die Biologen den Tieren einen 24-Stunden-Rhythmus vor - und zwar durch regelmäßiges Füttern. Daran passten sich die Höhlenfische problemlos an. Nach einer Weile waren sie in der Lage, diesen Zyklus zu antizipieren und ihm selbständig zu folgen.

In einem zweiten Experiment züchteten die Wissenschaftler einen besonderen Höhlenfisch: Sie übertrugen die Gene, die beim Zebrafisch für die Lichtwahrnehmung zuständig sind, auf den blinden Höhlenfisch. Somit gaben sie dem Höhlenfisch die Möglichkeit zurück, seine innere Uhr nach optischen Impulsen zu stellen.

Das Ergebnis: Es stellte sich heraus, dass der natürliche Rhythmus des Fisches nicht mehr dem 24-Stunden-Rhythmus der Sonne, sondern einem längeren, 47 Stunden dauernden Zyklus folgt. In genetischen Untersuchungen konnten die Forscher zudem jene Mutationen feststellen, die für den Verlust des lichabhängigen Zeitempfindens beim Höhlenfisch verantwortlich sind. Weitere Studien mit der Tierart sollen nun die genauen Zusammenhänge klären und zeigen, wie sich die innere Uhr im Laufe der Evolution entwickelt hat.