Einfluss auf die innere Uhr: Intensives Licht macht schläfrig

Mit zunehmender Intensität des Sonnenlichts wächst das Schlafpensum

Bei vielen Menschen führt das mangelnde Licht in den Wintermonaten dazu, dass sie müde und antriebslos werden. Bestimmte Insekten jedoch werden schläfrig, wenn das Sonnenlicht besonders intensiv ausfällt. Das haben Forscher nun herausgefunden.

Auswirkungen unterschiedlicher Lichtintensitäten auf den Tag-Nacht-Rhythmus

Gesundheitsexperten raten meist dazu, auf ausreichendes Licht zu achten, da einen sonst schnell die Müdigkeit einholt. Bei bestimmten Insekten hingegen wächst mit zunehmender Intensität des Sonnenlichts das Schlafpensum, die Mittagspause verlängert sich und die Wiederaufnahme der Aktivität verschiebt sich in den Abend hinein. Zu diesem Ergebnis kommen Forscher aus Deutschland und den USA, die untersucht hatten, welche Auswirkungen unterschiedliche Lichtintensitäten auf den Tag-Nacht-Rhythmus der Taufliege Drosophila haben.

Innere Uhr wird synchronisiert

„Wir konnten zeigen, dass Licht geringer, mittlerer und hoher Intensität auf unterschiedlichen, spezifischen Wegen die innere Uhr im Gehirn der Fliege auf den 24-Stunden-Tag synchronisiert“, erklärte Prof. Dr. Charlotte Helfrich-Förster von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) in einer Mitteilung.

Gemeinsam mit ihrem ehemaligen Doktoranden Dr. Matthias Schlichting, der jetzt im Labor des Nobelpreisträgers für Physiologie 2017, Michael Rosbash, an der Brandeis University in Waltham, Massachusetts (USA) forscht, hat sie die Studie geleitet.

Die Ergebnisse des Teams wurden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „The Journal of Neuroscience“ veröffentlicht.

Verzögerter Start in die üblichen Abendaktivitäten

Die Experimente zeigen, dass Licht hoher Intensität das Verhaltensmuster von Taufliegen deutlich beeinflusst. Auffällig war dabei vor allem eine deutlich verlängerte „Siesta“ der Taufliege um durchschnittlich etwa eine Stunde, mindestens jedoch um 30 Minuten.

Damit einher ging ein verzögerter Start in die üblichen Abendaktivitäten, die von den Fliegen in der Regel mit einer Verspätung von ein bis zwei Stunden aufgenommen wurden.

Auch den für diese Verhaltensänderungen auf molekularer Ebene Verantwortlichen konnten die Forscher identifizieren: spezielle Fotorezeptoren außerhalb der Netzhaut, die unter dem Namen Hofbauer-Buchner-Äuglein oder HB eyelets bekannt sind.

Diese mikroskopisch kleinen „Zusatzaugen“ – jedes von ihnen besteht aus gerade einmal vier Sinneszellen – sind erst seit 30 Jahren bekannt. Entdeckt wurden sie 1989 von den Würzburger Biologen Alois Hofbauer und Erich Buchner.

Durch hohe Lichtintensitäten wird die Siesta der Fliegen verstärkt

„Wir konnten erstmals zeigen, dass die Hofbauer-Buchner-Äuglein auf hohe Lichtintensitäten reagieren und die Siesta der Fliegen verstärken“, sagte Helfrich-Förster.

Der Signalweg, den sie dabei einschlagen, ist mehrstufig: Über spezifische Acetylcholinrezeptoren wirken die HB eyelets auf eine Untergruppe der Uhr-Neuronen ein, was deren Calcium-Spiegel erhöht.

Als Konsequenz schütten die Neuronen im rückwärtig gelegenen Teil des Fliegengehirns ein spezielles Neuropeptid aus – den „Pigment-Dispersing Factor“ (PDF).

Dort beeinflusst PDF die Aktivität weiterer Uhr-Neuronen, die die Ausprägung der Siesta regulieren und den Beginn der Abendaktivität steuern.

Nach Ansicht der Wissenschaftler ist diese Reaktion auf starken Lichteinfall bei der Taufliege sinnvoll.

„Dies ist ein wesentlicher Mechanismus um starkes, eventuell schädliches Licht während der Mittagszeit zu vermeiden“, erklärte die Neurobiologin.

Schließlich gehen hohe Lichtintensitäten häufig mit heißen Sommertagen einher, die insbesondere für Insekten gefährlich sein können – zum einen, weil sie rasch austrocknen könnten, zum anderen weil sie im hellen Tageslicht leichter von ihren Fressfeinden entdeckt werden.

Vergleichbare Strukturen beim Menschen

Um die Möglichkeit auszuschließen, dass nicht die intensive Lichteinstrahlung, sondern möglicherweise die damit verbundene Wärmeentwicklung Auslöser des verlängerten Mittagsschlafs ist, haben die Forscher zur Kontrolle ihre Experimente auch an speziellen, gentechnisch veränderten Fliegen durchgeführt.

Deren innere Uhr reagiert nicht mehr auf Temperaturveränderungen, aber trotzdem zeigen die Fliegen noch das veränderte Verhalten. Dies spricht dafür, dass der Lichteintrag verantwortlich für den verlängerten Mittagsschlaf und die späte Abendaktivität ist.

Laut den Autoren zeigen die Ergebnisse ihrer Studie „überraschende Parallelen zu Säugetiermechanismen“.

Auch Säugetiere – und übrigens auch Menschen – besitzen spezialisierte Fotorezeptoren, die starkes Licht wahrnehmen, und ihre Signale direkt zur inneren Uhr in einen speziellen Bereich des Zwischenhirns (Hypothalamus) leiten.

Ob deren Aktivierung allerdings auch beim Menschen zu einer Verlängerung der Siesta führt, sei nicht bekannt. Die Wissenschaftler halten es aber für durchaus möglich. (ad)

Quelle: Den ganzen Artikel lesen

Gesundheit: Spinat macht Smoothies noch gesünder!

Wie können Nährstoffe in Spinat bei der Zubereitung optimal geschützt werden?

Kann die positive Wirkung von Gemüse verstärkt werden, wenn es in einem Smoothie verwendet wird? Schwedische Forschende fanden jetzt heraus, dass Spinat seine Nährstoffe noch besser entfaltet, wenn das Gemüse zu einem Smoothie verarbeitet wird.

Die Wissenschaftler der Linköping University stellten bei ihrer aktuellen Untersuchung fest, dass die Verarbeitung von Spinat zu einem Smoothie die höchste Aufnahme des Nährstoffs Lutein ermöglicht. Die Experten veröffentlichten die Ergebnisse ihrer Studie in dem englischsprachigen Fachblatt „Food Chemistry“.

Was ist Lutein?

Wenn Spinat zu einem Smoothie verarbeitet wird, maximiert sich die Aufnahme des enthaltenen Nährstoffs Lutein. Lutein ist ein sogenanntes Antioxidans, welches mit der Verringerung von Entzündungen, der Alterung des Gehirns, der Steigerung der Intelligenz und Wahrung der Sehkraft in Verbindung gebracht wird. Lutein muss aus Lebensmitteln bezogen werden, vor allem aus grünem Blattgemüse, wird jedoch beim Erhitzen abgebaut. Das Team der Universität Linköping hat sich daher zum Ziel gesetzt, die beste Methode zur Konservierung von Lutein zu bestimmen. Für ihre Experimente wählten die Experten Spinat aus. Spinat enthält relativ viel Lutein und ist grundsätzlich überall erhältlich.

Welche Zubereitungsmethode ist optimal für Lutein?

Die Forschenden erwarben Babyspinat aus einem lokalen Supermarkt und unterzogen den Spinat den üblichen Kochtechniken: Kochen, Braten, Dämpfen, Mikrowellenerwärmung, sowie kalten Methoden der Zubereitung, wie beispielsweise bei Salaten oder Smoothies. Das Einzigartige an dieser Studie ist, dass Zubereitungsmethoden verwendet wurden, welche häufig bei der Zubereitung von Speisen zu Hause genutzt werden. Außerdem wurden noch verschiedene Temperaturen und Zeiten der Erwärmung verglichen, sagt Studienautorin Lena Jonasson von der Linköping University.

Warum maximiert ein Smoothie die Lutein-Aufnahme?

Wie erwartet erwies sich Hitze als problematisch für das Lutein. Je länger der Spinat gekocht wurde, desto weniger Nährstoff blieb zurück. Wenn der Spinat gebraten wurde, zerstörte dies einen großen Teil des Luteins innerhalb von nur zwei Minuten. Spinat sollte im besten Fall überhaupt nicht erwärmt werden, so bleibt das meiste Lutein erhalten, berichten die Forschenden. Dies erklärt auch, warum ein Smoothie die beste Methode der Zubereitung ist. Wenn der Spinat in kleine Stücke zerteilt wird, werde das Lutein im Spinat zudem besser freigesetzt. Fett aus beigefügter Milch oder Joghurt erhöhen zusätzlich noch die Löslichkeit dieses Luteins, fügen die Wissenschaftler hinzu. (as)

Quelle: Den ganzen Artikel lesen

Ja, zu wenig Schlaf macht dick – und das ist der Grund

Nach einer kurzen Nacht mit Heißhunger auf Schokolade, Burger und anderes Junk-Food aufzuwachen – dieses Phänomen ist vielen Menschen bekannt. Bislang galt ein gestörter Hormonhaushalt als Grund für den merkwürdigen – und ungesunden – Zusammenhang. Der „Müdigkeitsappetit“ könnte aber auch ganz anders entstehen, wie Forscher der Universität Köln nun im Fachblatt „Journal of Neuroscience“ berichten. Sie fanden Hinweise darauf, dass der Schlafentzug das Belohnungssystem im Gehirn aktiviert und die Lust auf fettige Snacks ankurbelt.

Die negativen Auswirkungen von zu wenig Schlaf auf die Gesundheit sind bereits durch mehrere Untersuchungen belegt. So zeigten etwa epidemiologische Studien, dass Menschen mit chronischem Schlafmangel ein erhöhtes Risiko für Adipositas oder Typ 2-Diabetes haben. Als Ursache dafür wurde bisher häufig der Hormonhaushalt gesehen: Zu wenig Schlaf bringe diesen durcheinander, in der Folge werde der Heißhunger auf fettige oder süße Speisen geweckt, so die Annahme.

Schlafmangel führt zu mehr Appetit

Ein Team um Julia Rihm, die im Bereich Biologische Psychologie an der Universität Köln forscht, stellte diese Annahme nun auf die Probe. Die Wissenschaftler luden 32 gesunde, schlanke Männer ins Labor ein, wo sie ihnen an zwei Abenden mit mehreren Tagen Abstand ein Abendessen servierten. Danach wurden die Teilnehmer angewiesen, entweder nach Hause und normal ins Bett zu gehen oder im Labor zu bleiben, wo sie wachgehalten wurden.

An den Morgen danach schickten die Wissenschaftler alle Probanden in eine MRT-Röhre. Dort wurde die Aktivität ihres Gehirns aufgezeichnet, während sie eine Aufgabe bearbeiteten: Die Männer sollten erklären, wie groß ihre Bereitschaft ist, für bestimmte Snacks oder für Nicht-Nahrungsmittel Geld zu bezahlen. Zusätzlich wurde ihnen Blut abgenommen, um ihre Hormonwerte zu messen, und sie sollten ihr Hungergefühl auf einer Skala einordnen.

Für Jan Peters, ebenfalls von der Universität Köln und Mitautor der Studie, ist die gemeinsame Analyse dieser drei Faktoren das Besondere an der Untersuchung: „Wir haben sowohl hormonelle Veränderungen als auch den Einfluss auf das Verhalten und Effekte auf das Gehirn erhoben“, erklärt er im Gespräch mit dpa.

Dabei stellten die Forscher fest, dass Schlafverlust den subjektiven Wert von Nahrungsmitteln im Vergleich zu Nicht-Nahrungsmitteln erhöht. Obwohl das Hungergefühl in beiden Versuchsgruppen gleich sein sollte, da die Teilnehmer sowohl in der schlaflosen als auch der geruhsamen Nacht die gleiche Zeit ohne Nahrung auskamen, zeigte sich doch ein deutlicher Unterschied: Mit Schlafentzug waren die Probanden gewillter, mehr Geld für Snacks als für Nicht-Nahrungsmittel auszugeben.

Nicht die Hormone sind schuld

„Diesen Effekt konnte man aufgrund der bisherigen Studienlage erwarten“, fasst Neurowissenschaftler Peters zusammen. Allerdings seien eben nicht Hormone dafür verantwortlich, wie die Blutanalysen zeigten. Vielmehr zeigten die MRT-Aufnahmen verstärkte Aktivitäten in zwei Gehirnbereichen: in der Amygdala, die sich in den Temporallappen des Gehirns befindet und zum limbischen System gehört, sowie im Hypothalamus, der im Zwischenhirn liegt.

Schon eine Nacht Schlafentzug löse hier einen Kreislauf aus, der ein essensspezifisches, neuronales Belohnungssystem in Gang setze, berichten die Forscher. Das Angebot von Snacks wirkte wie ein Belohnungsreiz für die Teilnehmer des Versuchs, auf den das limbische System reagiert und hier eben insbesondere die Amygdala, welche affekt- oder lustbetonte Empfindungen verarbeitet. Warum diese Regionen bei übernächtigten Menschen stärker aktiviert werden, müsse laut Jan Peters in weiteren Versuchen geklärt werden.

Mit Handlungsempfehlungen ist der Wissenschaftler angesichts der Untersuchungsergebnisse zurückhaltend: „Anscheinend ist es im Querschnitt so, dass wenig Schlaf das Risiko für eine ganze Reihe von Gesundheitsproblemen erhöht, zu denen auch Adipositas gehört.“ Mit der neuen Studie ergebe sich ein weiterer Baustein zur Erklärung des Zusammenhangs: „Wir sind nun ein Stück dichter dran zu verstehen, welcher Mechanismus auf neuronaler Ebene dieses Verhalten auslöst und welcher vielleicht eher eine untergeordnete Rolle spielt.“


Quelle: Den ganzen Artikel lesen