Von Stefan M. Gergely

Als Wissenschaftler der Medizinischen Hochschule in Hannover die Wirkung hoher Dosen des Schlafmittels Phenobarbital im Tierversuch testeten, stellten sie Eigenartiges fest: Die in den Lehrbüchern als tödliche Dosis bezeichnete Giftmenge tötete sämtliche Tiere, wenn sie um ein Uhr mittags verabreicht wurde. Zwölf Stunden später gegeben, überlebten alle Tiere den Giftangriff.

Professor Alain Reinberg, Paris, behandelte an Leukämie erkrankte Mäuse mit dem Zellgift ara-C (Cytosinarabinosid). Die erkrankten Tiere wurden in zwei Gruppen geteilt. Die erste erhielt eine gleiche Dosis ara-C in gleichen Abständen, die zweite bekam eine variable Dosis: Die größte Menge wurde verabreicht, wenn die Giftempfindlichkeit für den Körper gerade gering war. Jeweils zwölf Stunden später wurde eine zehnmal geringere Menge gegeben. Reinberg: "Die Überlebenszeit der Mäuse der zweiten Gruppe war im Durchschnitt doppelt so lang."

Diese Beispiele stellen keine Einzelfälle dar. So ziemlich alles, was Wissenschaftler an einem lebenden Organismus messen können, ist einem charakteristischen zeitlichen Auf und Ab unterworfen. Seitdem die Forscher den zeitlichen Verlauf von Enzym-Aktivitäten und Zellteilungsraten, von physischen und psychischen Aktivitäten sowie von Gift- und Heilwirkungen chemischer Substanzen beobachten, zeigt sich immer das gleiche Bild: Biologische Vorgänge sind offenbar einem rhythmischen Wechsel unterworfen, wobei die Höhen und Tiefen des wellenförmigen Verlaufs jeweils auf verschiedene Tageszeiten fallen. Die Periodenlänge kann Sekunden, Stunden, Tage, Monate oder Jahre betragen, sie ist jedoch für ein- und denselben Vorgang bemerkenswert konstant.

Der amerikanische Biologe William Wolf prophezeite schon 1962 der Wissenschaft von den zeitlichen Abläufen in lebenden Systemen – der "Chronobiologie" – eine große Zukunft: "Es wird sich herausstellen, daß ein großer Teil der älteren und neueren Literatur bedeutungslos oder eine ganz .neue. Bedeutung erhalten wird, wenn ihre Themen im Licht der biologischen Rhythmen gesehen werden." Obwohl mittlerweile die chronosologische Literatur beträchtlich angewachsen ist, wird nach Meinung des Hannoveraner Professors Heinz von Mayersbach das Zeitproblem immer noch falsch eingeschätzt: "Das biologische Problem der Zeit erscheint den meisten Medizinern als ein für die Praxis wenig relevanter Gegenstand, mehr ein Feld für esoterische Theoretiker, die mit dem leistungsfähigen Instrumentarium moderner Forschung die letzten Feinheiten zur Regulation der ‚Homöostase‘ des normalen und gesunden Organismus aufdecken wollen."

Die Frage, wie die Natur ihre zeitliche Organisation bildet und aufrechterhält, ist bisher noch weitgehend unbeantwortet. In letzter Zeit jedoch mehren sich Hinweise darauf, daß gewisse oszillierende chemische Reaktionen, von denen der sowjetische Forscher W. P. Belousow erstmals vor etwa zwanzig, Jahren auf einem obskuren russischen Symposion berichtete, ein Modell für die biologische Zeitstruktur liefern könnten. Normalerweise verlaufen chemische Reaktionen unter ständigem Verbrauch der Ausgangsstoffe und ebenso ständiger Bildung der Produktstoffe. Dabei nähern sich die Konzentrationen der beteilig-– ten Substanzen in den meisten Fällen dem chemischen Gleichgewicht. Eine Klasse von chemischen – Reaktionssystemen verhält sich jedoch anders: Zwischenprodukte werden in periodischem Wechsel ständig gebildet und abgebaut. Ist eine der oszillierenden Komponenten eine farbige Verbindung, so läßt sich im Laborgefäß ein faszinierendes periodisches Farbenspiel beobachten.

Auch dieAktivitäten mancher Enzym-Systeme oszillieren auf ähnliche Weise (Enzyme sind Eiweißstoffe, die beim Stoffwechsel als Katalysatoren wirken: In ihrer Gegenwart verändern sich Substanzen, ohne daß die Enzyme sich selbst verändern). Vor kurzem gelang der Nachweis, daß beim biochemischen Abbau von Glukose zu Alkohol die Konzentration des Co-Enzyms NADH, das den Vorgang katalytisch regelt, ständig oszilliert. Auch in Lösungen intakter Hefezellen konnten solche Schwingungen beobachtet werden. Seitdem glauben viele Forscher, daß der Schlüssel der biologischen Uhren auf molekularer Ebene in den oszillierenden Systemen mehrerer zusammenhängender Enzyme zu finden sei. Die mathematische Beschreibung dieser Vorgänge erweist sich bisher als außerordentlich kompliziert. Mit der Methode der Grenzzyklen versuchen Bio-Mathematiker heute, den Verlauf schwingender Systeme rechnerisch in den Griff zu bekommen.