Satchin Panda

Der Zirkadian-Code

Erholsam schlafen,

Gewicht reduzieren,

gesund sein

Titel der amerikanischen Originalausgabe:

The Circadian Code

Copyright © 2018 by Satchin Panda, Ph.D.

ISBN 978-1-63565-243-7

This translation published by arrangement with Rodale Books, an imprint of the Crown Publishing Group, a division of Penguin Random House LLC

Aus Gründen der besseren Lesbarkeit wurde im Text die männliche Form gewählt; alle Angaben beziehen sich selbstverständlich auf Angehörige aller Geschlechter.

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

VAK Verlags GmbH

Eschbachstraße 5

79199 Kirchzarten

Deutschland

www.vakverlag.de

© VAK Verlags GmbH, Kirchzarten bei Freiburg 2019

Übersetzung: Beate Brandt

Lektorat: Nadine Britsch

Layout: Karl-Heinz Mundinger

Abbildungen: Satchin Panda

Umschlag: Kathrin Steigerwald, Hamburg

Satz & Druck: Friedrich Pustet GmbH & Co. KG, Regensburg

Printed in Germany

ISBN: 978-3-86731-215-8 (Paperback)

ISBN: 978-3-95484-399-2 (ePub)

ISBN: 978-3-95484-400-5 (kindle)

ISBN: 978-3-95484-401-2 (PDF)

Für meine wunderbaren und liebevollen Großeltern:

Banchhanidhi und Urbashi Panda,

Kalpataru und Leelabati Otta

Hinweise des Verlags

Dieses Buch dient der Information über Möglichkeiten der Gesundheitsvorsorge. Wer diese Informationen anwendet, tut dies in eigener Verantwortung. Autor und Verlag beabsichtigen nicht, Diagnosen zu stellen oder Therapieempfehlungen zu geben. Die vorgestellten Vorgehensweisen sind nicht als Ersatz für professionelle Behandlung bei ernsthaften Beschwerden zu verstehen.

Inhalt

Einleitung

Teil I: Die zirkadiane Uhr

Kapitel 1

Wir sind alle Schichtarbeiter

Kapitel 2

Wie zirkadiane Rhythmen funktionieren, oder: Timing ist alles

Kapitel 3

Ist Ihre innere Uhr im Takt?

Teil II: Leben in Einklang mit dem Zirkadian-Code

Kapitel 4

Der Zirkadian-Code für optimalen Schlaf

Kapitel 5

Intervallfasten – Stellen Sie Ihre Uhr auf Gewichtsverlust ein

Kapitel 6

Optimales Lernen und Arbeiten

Kapitel 7

Sport treiben im Einklang mit Ihrem Zirkadian-Code

Kapitel 8

Der optimale Umgang mit Licht und Bildschirmen

Teil III: Der optimale Zirkadian-Code für Ihre Gesundheit

Kapitel 9

Unsere innere Uhr, das Mikrobiom und Verdauungsprobleme

Kapitel 10

Der Zirkadian-Code und das metabolische Syndrom: Das hilft bei Übergewicht, Diabetes und Herzkrankheiten

Kapitel 11

Das Immunsystem stärken und die Behandlung von Krebs

Kapitel 12

Der Zirkadian-Code für optimale Hirngesundheit

Kapitel 13

Ihr optimaler Tag – Leben mit dem Zirkadian-Code

Danksagung

Literaturverzeichnis

Über den Autor

Einleitung

Einen Rhythmus zu haben,

im Einklang mit diesem Rhythmus zu leben,

bedeutet gesund zu sein.

Aber nicht jeder Rhythmus ist geeignet.

Die Theorie, dass Krankheiten durch Keime verursacht werden, und der Fortschritt, der sich daraus in Form von verbesserter Hygiene, Schutzimpfungen und Antibiotika ergab, war in medizinischer Hinsicht die bahnbrechende Entwicklung des vergangenen Jahrhunderts. Infektionskrankheiten konnten eingedämmt werden und die durchschnittliche Lebensdauer stieg stärker als jemals zuvor in der Menschheitsgeschichte. Doch ein längeres Leben bedeutet nicht automatisch ein gesünderes Leben. Tatsächlich verzeichnen wir derzeit einen starken Anstieg an chronischen Erkrankungen sowohl physischer als auch psychischer Natur bei Menschen jedes Alters. Zum Glück beginnen wir, langsam die Ursachen zu erkennen: Unser moderner Lebensstil steht im Gegensatz zu einem tief in uns verwurzelten, ursprünglichen und universellen Code, der für unsere Gesundheit entscheidend ist.

Die Beobachtungen, die meine Kollegen und ich sowie andere Forscher im eher kleinen Feld der zirkadianen Biologie in den vergangenen zwanzig Jahren gemacht haben, werfen einen vollkommen neuen Blick darauf, was Körper und Geist benötigen, um optimal zu funktionieren. Die Untersuchung der zirkadianen Rhythmen ist genau genommen ein interdisziplinäres Feld, auf dem verschiedene Experten – wie Biologen, Sportphysiologen, Mathematiker, Psychologen, Schlafforscher, Ernährungswissenschaftler, Endokrinologen, Ophthalmologen, Genetiker und Onkologen – zusammenarbeiten. Gemeinsam haben wir herausgefunden, dass veränderte zeitliche Abläufe, zusammen mit weiteren kleineren Anpassungen der Lebensweise, uns dabei helfen können, unseren Rhythmus wiederzufinden. Meiner Ansicht nach wird die nächste große Revolution im Gesundheitswesen auf diesem Gebiet stattfinden. Ich möchte Sie einladen, sich mit dem zu beschäftigen, was ich durch meine eigenen Forschungen und in Zusammenarbeit mit den besten Köpfen aus verschiedenen Disziplinen herausgefunden habe. Ich bezeichne das als Zirkadian-Code. Wenn Sie die in diesem Buch enthaltenen Lektionen beherzigen und geringfügige Änderungen an der Art und Weise vornehmen, wie Sie schlafen, essen, arbeiten, Sport treiben und Ihr Haus beleuchten, dann wird dies entscheidende Auswirkungen auf alle möglichen Aspekte Ihrer Gesundheit haben. Wenn Sie diesen Code beherzigen, kann Ihnen das einen wesentlich effektiveren und länger anhaltenden Nutzen bieten als jedes Medikament und jede spezielle Ernährungsweise für sich allein genommen.

Wahrscheinlich haben Sie schon einmal etwas über zirkadiane Rhythmen oder auch Schlaf-Wach-Rhythmen gehört. Im Jahr 2017 wurden Erkenntnisse über unsere innere Uhr und die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit sogar mit einem Nobelpreis belohnt. Aber selbst wenn Sie noch nie davon gehört haben, ist das nicht weiter tragisch, denn das Konzept ist sehr einfach. Der Begriff zirkadian stammt aus dem Lateinischen und setzt sich aus den Worten circa („rundherum“ oder „ungefähr“), und diēm („Tag“) zusammen. Zirkadiane Rhythmen sind real existierende biologische Prozesse, die jede Pflanze, jedes Tier und jeder Mensch im Verlauf eines Tages durchlebt. Diese Rhythmen werden von inneren zirkadianen oder biologischen Uhren gesteuert, die im Übrigen nichts mit der „tickenden biologischen Uhr“ zu tun haben, die Ihnen vielleicht in Zusammenhang mit einem Kinderwunsch in den Sinn kommt. Wie Sie in diesem Buch erfahren werden, verfügt nahezu jede Zelle über eine innere Uhr und jede dieser Uhren ist darauf programmiert, zu verschiedenen Tages- oder Nachtzeiten Tausende von Genen ein- oder auszuschalten.

Diese Gene beeinflussen jeden Aspekt unserer Gesundheit. Wenn wir gesund sind, können wir beispielsweise nachts gut schlafen. Am Morgen wachen wir erfrischt und voller Energie auf und sind bereit, uns an die Arbeit zu machen. Unsere Verdauung funktioniert tadellos. Wir verfügen über einen gesunden Appetit und einen klaren Kopf. Am Nachmittag haben wir noch ausreichend Energie zur Verfügung, um uns sportlich zu betätigen. Abends sind wir müde genug, um problemlos einschlafen zu können. Doch wenn diese täglichen Rhythmen beeinträchtigt werden, und sei es nur für einen Tag oder zwei Tage, können unsere inneren Uhren nicht die richtigen Botschaften an die Gene senden. Dann funktionieren Körper und Geist nicht mehr reibungslos. Hält diese Beeinträchtigung mehrere Tage, Wochen oder gar Monate an, werden wir anfällig für verschiedene Infektionskrankheiten oder andere Leiden, die von Schlaflosigkeit bis hin zu Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörungen (ADHS), Depressionen, Angststörungen, Migräne, Diabetes, krankhaftes Übergewicht, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Demenz oder sogar Krebs reichen können.

Zum Glück ist es nicht schwer, wieder in den richtigen Rhythmus zu kommen, denn wir können unsere inneren Uhren bereits innerhalb weniger Wochen optimieren. Indem wir unseren zirkadianen Rhythmus wiederherstellen, können wir einige Beschwerden und sogar Krankheiten rückgängig machen oder die Heilung beschleunigen und so unsere Gesundheit verbessern.

Mein Weg: Die Entdeckung der Geheimnisse unserer inneren Uhr

Ich hatte das Glück, im Jahr 1971 in Indien geboren zu werden und dort aufzuwachsen. Ein Glück war das deshalb, weil ich so selbst miterleben konnte, wie eine sich schnell entwickelnde moderne Gesellschaft die Verbundenheit allen Lebens zerstörte, einschließlich unserer eigenen biologischen Rhythmen. In meiner frühen Kindheit lebte ich in einer Kleinstadt, nicht weit entfernt von den Eltern meiner Mutter. Mein Großvater war bei der Eisenbahn tätig und hatte häufig Nachtschichten. An der Pforte des Hauses, in dem meine Großeltern lebten, stand ein riesiger Jasminbaum. Für mich war dieser Baum magisch: Er erblühte nachts in großer Fülle und verlor seine Blüten kurz vor Sonnenaufgang – ganz so, als wollte er einen wunderschönen Teppich ausbreiten, um meinen Großvater nach seiner Nachtschicht willkommen zu heißen.

Während der Sommer- und Winterferien besuchten wir die Familie meines Vaters, die auf dem Land lebte. Auch wenn die Orte nur rund zwei Stunden Fahrtzeit voneinander entfernt waren, schienen das Schichtarbeiterleben meines Großvaters aus der Stadt und das Leben meines Großvaters väterlicherseits auf dem Land, das im Einklang mit der Natur stattfand, nahezu Jahrhunderte zu trennen. Den größten Teil meiner Kindheit verfügte das Dorf über keine Stromversorgung, sodass das Leben dort sich sehr von meinem Leben zu Hause unterschied. Meine bäuerlichen Verwandten waren praktisch Selbstversorger. Ich kann mich nicht daran erinnern, dass mein Großvater je eine Uhr trug, und doch liefen die täglichen Abläufe mit einer Präzision ab, die in Einklang mit der Sonne und den Sternen war. Im Morgengrauen waren die Hähne der Wecker, der alle aus dem Bett holte. Der gesamte Tag wurde damit zugebracht, sich um die Felder und Tiere zu kümmern und Mahlzeiten zuzubereiten. Wir pflückten Früchte oder Gemüse oder wir halfen meinem Onkel dabei, Fische im Hofteich zu fangen. Die Hauptmahlzeiten fanden morgens und mittags statt, und es waren wahre Festessen aus frischem Gemüse und Fisch. Zu Abend gegessen wurde stets vor Sonnenuntergang und es gab hauptsächlich das, was vom Mittagessen übrig geblieben war, da nichts über Nacht aufbewahrt werden konnte. Die Abende verliefen ebenfalls anders. Das einzige verfügbare Licht stammte von Petroleumlampen. Petroleum war damals sehr teuer und rationiert. Meine Großeltern hatten ein relativ großes Haus mit sechs Schlafzimmern. Die Lampen durften wir nur wenige Stunden am Abend benutzen, abgesehen von zweien, die an beiden Enden der Veranda aufgestellt wurden und die ganze Nacht über brannten. Nach dem Abendessen versammelten sich alle Kinder um eine Laterne und meine Mutter, die Lehrerin war, fragte uns ab. Manchmal kamen auch unsere Tanten dazu und erzählten Geschichten oder mein Onkel nahm uns mit in den Hof, um uns die Mondphasen zu lehren.

Ich erinnere mich daran, dass ich um bestimmtes Obst oder Gemüse bat, das ich zu Hause gerne aß, und merkwürdige Blicke von meinen Cousins erntete. Für sie war ich der dumme Junge aus der Stadt, der nicht wusste, was zu welcher Jahreszeit wuchs. Sie wiederum wussten nicht, dass mein Vater, der einen College-Abschluss in Landwirtschaft hatte, auf dem Hof meines Großvaters viele besonders ertragreiche Bäume, Pflanzen und Reissorten eingeführt hatte. Einige dieser neuen Reissorten konnten sowohl im Winter als auch im Sommer angebaut werden, sodass ein Stück Land nun den doppelten Ertrag brachte. In diesem Fall schien die Veränderung des natürlichen Laufs der Dinge gar keine so schlechte Idee zu sein.

Als ich in der Mittelschule war, verunglückte mein Vater tödlich. Ein Lkw-Fahrer, der wahrscheinlich übermüdet war, verlor die Kontrolle über sein Fahrzeug. Jahre später lernte ich, dass ein unter Schlafmangel leidendes Gehirn gefährlicher ist als ein alkoholumnebeltes. Aber auch heute noch ist es nicht strafbar, sich nach einer schlaflosen Nacht hinters Steuer zu setzen.

Nach der Highschool besuchte ich, genau wie mein Vater, eine Landwirtschaftsschule. Zur damaligen Zeit war das der sicherste Weg, um einen Posten als Beamter oder Bankangestellter zu bekommen. Wann immer ich meine Großeltern auf dem Land besuchte, zog mein Großvater mich auf und fragte mich, ob ich den Code der Natur knacken könnte, damit er zu jeder Jahreszeit jede beliebige Pflanze anbauen könnte. So entwickelte ich ein Interesse daran, wie alles Leben mit Tages- und Jahreszeiten verbunden ist.

Natürlich besuchte ich auch meinen Großvater mütterlicherseits, der mittlerweile im Ruhestand war. Schon wenige Jahre nach seiner Pensionierung häuften sich die Anzeichen für eine beginnende Demenz. Meine Großmutter sorgte für ihn wie für ein Baby. In meinem letzten Jahr im College besuchte ich ihn nahezu jedes Wochenende. Ich gehörte zu den drei bis vier Menschen, die er noch erkannte. Er verlor jedes Gefühl für Tag und Nacht und war zu beliebigen Zeiten hungrig oder müde oder hellwach. Dadurch wurde mir bewusst, wie wichtig der einfache Code der Zeit in unserem täglichen Leben ist. Kurz nach meinem College-Abschluss verstarb er im Alter von 72 Jahren.

Ich hatte einen guten Abschluss in Pflanzenzucht und Genetik gemacht. Der nächste Schritt hätte normalerweise darin bestanden, auf diesen Gebieten einen Master-Abschluss zu machen, aber ich hatte das Glück, ein Stipendium für einen Master in Molekularbiologie zu ergattern, in Indien auch als Biotechnologie bezeichnet. Durch den damals recht neuen Zweig der Molekularbiologie kam ich mit dem genetischen Code in Berührung.

Anschließend fand ich eine Stelle in der Forschungsabteilung von Bush Boake Allen (heute International Flavors and Fragrances) in Chennai, einem Unternehmen, das Aroma- und Duftstoffe für nahezu alle großen Lebensmittelkonzerne der Welt herstellt. Meine erste Aufgabe dort bestand darin herauszufinden, welche chemischen Komponenten für das Aroma von Vanilleschoten verantwortlich sind. Ich besuchte die Vanille-Farmen in den Nilgiri-Bergen im Süden Indiens. Meine Gastgeber weckten mich um zwei Uhr morgens und wir fuhren hinaus zu den Feldern, wo sie mir zeigten, wie Arbeiter jede einzelne Vanilleblüte von Hand bestäubten, sobald sie sich frühmorgens öffnete. Obwohl die Arbeit gut bezahlt wurde, war es eine Belastung für die Arbeiter, einige Monate lang immer mitten in der Nacht aufstehen zu müssen, und viele waren am Ende der Saison richtiggehend krank. Ich fragte mich, ob ihr Leiden durch etwas auf dem Feld ausgelöst wurde oder ob womöglich der Schlafmangel verantwortlich war. Zu dieser Zeit tauchte das Thema zirkadianer Rhythmen immer häufiger in Fachzeitschriften auf, vor allem als Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash und Michael W. Young, die gemeinsam im Jahr 2017 den Nobelpreis für Medizin gewannen, ihre bahnbrechenden Arbeiten veröffentlichten.

Ich verließ Indien, um im kanadischen Winnipeg ein Aufbaustudium zu absolvieren. Das Leben in Kanada stellte mich in vielerlei Hinsicht vor Herausforderungen, nicht zuletzt durch den Temperaturunterschied – von 36 Grad Celsius in Indien auf bis zu minus 18 Grad im kanadischen Winter. Die Winternächte waren zudem sehr lang und mein Gehirn verlor die Orientierung. Lag es am Kulturschock, dem Temperaturunterschied oder dem Lichtmangel? Nahezu die Hälfte meiner Kommilitonen im Fachbereich Immunologie waren ständig niedergeschlagen und viele bezeichneten dies als „Winterblues“. Die Auswirkungen der langen Nächte in Winnipeg auf meinen zirkadianen Rhythmus und meine Stimmung weckten mein Interesse an diesem Gebiet. Nach nur einem Winter schaffte ich den Sprung nach San Diego. Hier gelang es mir alle Fragen, die mich beschäftigten, und alle Erfahrungen, die ich im Laufe meines Lebens gemacht hatte, auf ein Gebiet zu konzentrieren. Ich begann mit der Erforschung zirkadianer Rhythmen.

In den vergangenen 21 Jahren habe ich mein Leben diesem Forschungsgebiet gewidmet. Als Doktorand am Scripps Research Institute im kalifornischen La Jolla erforschte ich, wie Pflanzen Zeit messen – eine besonders spannende Erfahrung, da das Labor zu den Vorreitern auf diesem Gebiet zählte. Hier entdeckten wir, dass sowohl Pflanzen als auch Tiere über sogenannte „Uhren-Gene“ verfügen, und wie diese arbeiten. Jeder Tag war ein Abenteuer – als würde man ständig in der ersten Reihe seiner Lieblingsshow sitzen. Ich war Teil des Teams, das entdeckte, wie bestimmte pflanzliche Uhren-Gene zusammenarbeiten, um den Pflanzen mitzuteilen, wann es Zeit war für die Fotosynthese und die Aufnahme von Kohlendioxid und wann Schlaf- und Reparaturzeiten anstanden. Eines der von mir entdeckten Pflanzengene ermöglichte uns einen besseren Einblick in den Zusammenhang zwischen zirkadianer Uhr, Stoffwechsel und DNA-Reparaturen.

Im Jahr 2001 lud man mich im Anschluss an meine Promotion ein, am neu gegründeten Genomics Institute der Novartis Research Foundation (GNF) weiterzuforschen, und zwar auf dem Gebiet der inneren Uhr von Tieren. An diesem Institut lag der Schwerpunkt darauf, die vorhandenen Informationen zum menschlichen Genom und dem Genom von Mäusen zu nutzen, um biologische Vorgänge zu verstehen. Meine Aufgabe bestand im Erforschen der Geheimnisse der zirkadianen Biologie.

Gleich im ersten Jahr konnte ich einen Durchbruch erzielen. Ich fand heraus, wie sich unsere zirkadianen Rhythmen an verschiedene Jahreszeiten und Lichtverhältnisse anpassen. Mein Team entdeckte einen Blaulichtsensor in der Netzhaut des Auges, der Lichtsignale an die innere Uhr im Gehirn sendet, um ihr mitzuteilen, wann Tag und wann Nacht ist. Das Entdecken des Lichtsensors half uns dabei herauszufinden, wie viel Licht – in welcher Farbe, für wie lange und zu welcher Tageszeit – wir benötigen, um unsere innere Uhr vorzustellen oder zurückzudrehen. Das war eine wahrhaft große Entdeckung, denn obwohl Wissenschaftler seit nahezu 100 Jahren wussten, dass es einen Lichtsensor im Auge gab, war doch unbekannt, wo er saß und was genau er bewirkte. Die Entdeckung wurde von der renommierten Zeitschrift Science zu einer der wichtigsten 10 Entdeckungen des Jahres 2002 ernannt und ist außerdem der Grund, warum Sie neuerdings bei Ihrem Smartphone oder Tablet einstellen können, dass die Hintergrundfarbe einige Zeit vor dem Zubettgehen von hellem Weiß zu einem gedämpfteren Orange wechselt.

Wir benötigten rund acht weitere Jahre um festzustellen, wie dieser Lichtsensor genau arbeitet, wie die Informationen vom Auge zum Gehirn gelangen und von welchen Hirnregionen sie empfangen werden, um auf dieser Grundlage Dinge wie Schlaf, Depressionen, zirkadiane Rhythmen und Schmerz zu regulieren. Auch heute noch arbeite ich daran herauszufinden, wie hoch der Einfluss von Licht auf zirkadiane Rhythmen ist und welche Rolle die moderne Beleuchtung bei diesem Prozess spielt. Dennoch ist es sehr befriedigend zu sehen, wie unsere Entdeckung von einer reinen Beobachtung zur Umsetzung gebracht wurde, sodass nun mehr als eine Milliarde Menschen sich des Einflusses von Licht auf ihre Gesundheit bewusst sind.

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt lag darauf herauszufinden, wie unsere innere Uhr ihre Informationen überträgt und wie unsere Organe die Zeit erkennen und zu bestimmten Zeiten bestimmte Aufgaben erledigen. Wir nutzten modernste Gentechnologie, um festzustellen, welche Gene zu bestimmten Zeiten in unterschiedlichen Organen aus- und eingeschaltet werden. Diese Forschungsarbeiten begannen im Jahr 2002. Seither ist uns ein weiterer Durchbruch gelungen: die Entdeckung, dass Hunderttausende von Genen sowohl im Gehirn als auch in der Leber sich zu bestimmten Zeiten ein- und ausschalten. Wir sind immer noch dabei, die entsprechenden Versuche auf unterschiedliche Organe, Gewebe, Hirnregionen und Drüsen auszudehnen. Dabei haben wir festgestellt, dass nahezu jedes Organ über eine eigene innere Uhr verfügt und über Gene, die ein- und ausgeschaltet werden, was sich auf die Höhe der Proteinproduktion zu vorhersehbaren Tageszeiten auswirkt.

Nachdem ich beim renommierten Salk Institute for Biological Studies mein eigenes Forschungslabor bekam, setzte ich meine Erforschung der inneren Rhythmen gemeinsam mit hochgeschätzten Kollegen fort. Wir können mittlerweile sagen, dass die Existenz von vorhersehbaren zirkadianen Rhythmen bedeutet, dass ein Organ gesund ist. Genau wie eine Mutation im genetischen Code Krankheiten hervorrufen kann, kann auch ein Leben, das gegen unseren zirkadianen Rhythmus geführt wird, unsere Gesundheit gefährden. In den vergangenen Jahren hatte ich das Glück, mit einigen genialen Köpfen in den Bereichen von Herz-Kreislauf- sowie Stoffwechselerkrankungen zusammenzuarbeiten. Gemeinsam fanden wir heraus, dass Tiere, denen die normale innere Uhr fehlt, hochgradig anfällig für diese Art von Erkrankungen sind. Auch wurde klar, dass eine gestörte innere Uhr der Ursprung aller Krankheiten war und dass bei den meisten chronischen Leiden die Funktion der inneren Uhr beeinträchtigt ist.

Im Jahr 2009 schließlich kamen die beiden Bereiche meiner Forschungsarbeit – Licht und Zeit – zusammen. Wir entwickelten ein einfaches Experiment, bei dem wir Mäuse einem festgelegten Hell-Dunkel-Zyklus aussetzten.1,2 Mäuse sind normalerweise nachtaktiv und fressen in der Nacht. In unserem Versuch gaben wir ihnen ihr Fressen am Tag und beobachteten, was mit ihren inneren Uhren geschah. Zu unserer Überraschung stellten wir fest, dass nahezu alle Leber-Gene, die sich normalerweise innerhalb eines Zeitraums von 24 Stunden ein- und ausschalten, das Lichtsignal komplett ignorierten und sich stattdessen nach den Zeiten richteten, zu denen die Mäuse fraßen beziehungsweise fasteten. Wir lernten aus diesem Experiment, dass nahezu jeder Rhythmus in der Leber von der Nahrungsaufnahme abhing. Die Annahme, dass die gesamte zeitliche Information aus der Außenwelt stammt und über den Blaulichtsensor im Auge gesteuert wird, war dadurch widerlegt, denn es zeigte sich, dass der erste Bissen am Morgen alle Organuhren ebenso zuverlässig stellt wie das erste Morgenlicht.

Im Jahr 2012 erweiterten wir unsere Fragestellung. Wir wollten herausfinden, ob Krankheiten nicht nur mit der Ernährungsweise zusammenhingen, sondern auch mit einer Störung des zirkadianen Rhythmus. Tausende Forschungsreihen hatten gezeigt, dass Mäuse, die freien Zugang zu fetter und gezuckerter Nahrung hatten, innerhalb von wenigen Wochen Übergewicht und Diabetes aufwiesen. Wir verglichen eine Mäusegruppe, die freien Zugang zu fettreicher Nahrung hatte, mit einer zweiten, die ihre gesamte Nahrung innerhalb eines Zeitraums von 8 bis 12 Stunden zu sich nehmen musste. Das Ergebnis war überraschend: Mäuse, die die gleiche Kalorienanzahl und die gleiche Nahrung innerhalb von 12 Stunden oder weniger zu sich nahmen, waren vollständig geschützt vor Fettleibigkeit und Diabetes, ebenso wie vor Leber- und Herzerkrankungen. Noch erstaunlicher war, dass kranke Mäuse, denen wir diesen Essensplan „verordneten“, ohne zusätzliche Medikamentengabe oder eine Veränderung des Futters wieder gesund wurden.

Zu Beginn stand die Fachwelt unseren Ergebnissen äußerst skeptisch gegenüber. Nach landläufiger Meinung waren schließlich allein die Menge und Art unserer Nahrung entscheidend für unsere Gesundheit. Aber nach und nach machten andere Forschungseinrichtungen ähnliche Beobachtungen, auch bei Tests mit menschlichen Probanden. Wir wissen also mittlerweile, dass neben der Frage, was und wie viel wir essen, auch der Zeitpunkt der Nahrungsaufnahme wichtig ist. Viele medizinische Institutionen haben unsere Ergebnisse aufgegriffen und das Thema selbst untersucht. So glauben beispielsweise die nationalen Gesundheitsinstitute in den USA, die American Heart Association und die American Diabetes Association ebenso wie ich, dass eine Neueinstellung der zirkadianen Uhr die nächstliegende und beste Option ist, chronische Leiden zu verhindern oder ihre Heilung zu beschleunigen. Im Jahr 2017 hat die American Heart Association nach 70 Jahren erstmals eine Empfehlung zur Häufigkeit und zum idealen Zeitpunkt für Mahlzeiten herausgegeben und sie stützt unsere Forschung – zeigt sie doch, dass Essgewohnheiten zur Verhinderung oder Linderung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen beitragen können.³

Das vorliegende Buch, das auf meinen Forschungsergebnissen beruht, soll Ihnen helfen, Ihre innere Uhr durch kleine Veränderungen Ihrer Lebensgewohnheiten zu optimieren. Noch nie stand so viel auf dem Spiel. Nahezu ein Drittel aller Erwachsenen leidet an mindestens einem chronischen Leiden wie Übergewicht, Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Bluthochdruck, Atemwegserkrankungen, Asthma oder chronischen Entzündungen. Wenn sie in den Ruhestand gehen, leiden die meisten Amerikaner an mindestens zwei chronischen Krankheiten. Und auf chronische Erkrankungen trifft leider eine Sache zu: dass sie selten geheilt werden können. Nur wenige Menschen, die einmal unter Diabetes leiden, gesunden wieder vollständig. Gleiches gilt für Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Wir haben in unserer modernen Zeit lediglich bessere Möglichkeiten gefunden, mit diesen Krankheiten zu leben und umzugehen.

All das wird sich nun ändern. In diesem Buch finden Sie einfache Vorschläge und Vorgehensweisen, die Sie täglich einsetzen können, um Erkrankungen zu verhindern oder deren Eintreten hinauszuzögern.

Eines sollten Sie noch über mich wissen: Meine Arbeit in den USA wird staatlich gefördert und kann dank ehrlicher Steuerzahler und Philanthropen wie Ihnen Nutzen für alle bringen. Wenn meine Forschungsergebnisse eine Million Menschen inspirieren können, kleine Veränderungen in ihrem Leben vorzunehmen und eine chronische Krankheit auch nur um ein Jahr aufzuhalten, dann bringt dies der US-Wirtschaft geschätzte Ersparnisse von mindestens zwei Milliarden US-Dollar pro Jahr. Meine Forschung ist mein Geschenk an Sie, da ich mich diesem Land so verpflichtet fühle. Im Jahr 2001 habe ich mithilfe eines Studentenvisums in den USA promoviert. Ich freute mich darauf, meine Forschung bei GNF fortzusetzen, und hatte mich gerade um eine befristete Arbeitserlaubnis beworben. Wie viele andere Ausländer wartete ich gespannt und etwas ängstlich auf die Genehmigung oder Ablehnung meines Visumsantrags.

Dann kam der 11. September. Um fünf Uhr nachmittags am folgenden Tag kam die Leiterin der Personalabteilung von GNF mit einem Stück Papier in der Hand zu mir. Das Herz rutschte mir in die Hose und ich nahm an, mein Visum wäre abgelehnt worden. Stattdessen teilte sie mir mit, dass es soeben genehmigt worden sei. In diesem Moment wurde mir klar, dass dieses Land, meine neue Heimat, wahrhaft beeindruckend war. Ich selbst war am 12. September noch völlig erschüttert und konnte mich kaum auf meine Arbeit konzentrieren. Aber jemand an der Ostküste ging trotzdem zur Arbeit, schaute sich meinen Antrag an und genehmigte ihn. An diesem Tag traf ich die Entscheidung, in diesem Land zu bleiben und ihm etwas zurückzugeben. Aus diesem Grund teile ich meine Forschungsergebnisse mit Ihnen und hoffe, dass sie hilfreich für Sie sind.

Wie dieses Buch aufgebaut ist

Beim Optimieren Ihrer inneren Uhr geht es um mehr als nur um die Ernährung. Ehrlich gesagt hat es nur wenig mit einer bestimmten Ernährungsform zu tun. Es ist vielmehr eine Lebensweise. Alles beginnt damit, dass Sie wissen, wann Sie essen und wann Sie das Licht ausmachen sollten. Wenn Sie diesen kleinen Bereichen Ihres Tages ein wenig Aufmerksamkeit widmen, dann haben Sie bereits viel getan, um gesund zu bleiben.

Wie Sie feststellen werden, braucht es nicht viel, um unseren zirkadianen Rhythmus zu stören. Ein Langstreckenflug, eine durchwachte Nacht, eine Krankheit oder auch schwierige Arbeitszeiten können schon ausreichen, um die innere Uhr durcheinanderzubringen. Der Zirkadian-Code kann Sie dabei unterstützen, Ihren Tag sinnvoll zu strukturieren – ob Sie nun Elternteil oder Kind (speziell ein Teenager) sind, zur Millennium-Generation gehören oder schon im Ruhestand sind, normale Arbeitszeiten haben oder Schichtarbeit leisten, berufstätige Mutter sind oder einfach nur sehr gesundheitsbewusst. Wenn Sie an einer chronischen Erkrankung leiden oder auch an mehreren, dann müssen Sie dieses Buch lesen. Ganz gleich, wer Sie sind und wo Sie leben: Sie werden erfahren, wann am Tag es für Sie am besten ist zu essen, zu arbeiten und Sport zu treiben, und wie Sie die Abendstunden gestalten sollten, um erholsamen Schlaf zu finden.

Auch wenn es in diesem Buch vor allem um Vorbeugung geht, können Sie die Informationen auch nutzen, um ab jetzt gesünder zu leben. In Teil I des Buches erkläre ich, wie unsere innere Uhr funktioniert und warum es sowohl für Kinder als auch für Erwachsene so wichtig ist, für ideale Zeitabläufe zu sorgen. Der erste Schritt auf dem Weg zur Gesundheit besteht darin herauszufinden, welche gesundheitlichen Probleme bei Ihnen vorliegen. Aus diesem Grund enthält dieser Abschnitt einen einfachen Selbsttest, der Ihnen zeigt, inwieweit Ihre Gesundheit und Ihr Lebensrhythmus zusammenhängen. Sie werden außerdem zu notieren beginnen, wann Sie bestimmte Dinge tun, um zu erkennen, wo Anpassungen erforderlich sind.

In Teil II finden Sie eine Anleitung, wie Sie Ihren Tag am besten gestalten, um Ihre inneren Rhythmen optimal zu nutzen. Sie werden erfahren, wann (und was) Sie essen sollten, aber nicht wie viel. Bei diesem Programm müssen Sie keine Kalorien zählen und dennoch ist ein Gewichtsverlust, wenn Sie sich an meine Richtlinien halten, nahezu unvermeidbar. Sie lernen, wann Sie am besten arbeiten und produktiv sein sollten, und wann die richtige Zeit ist, um Sport zu treiben. Außerdem werden Sie neue Techniken kennenlernen, um besser zu schlafen und Ihr Lebensgefühl zu verbessern.

Mit zunehmendem Alter machen uns Störungen unseres zirkadianen Rhythmus immer mehr zu schaffen. Ich persönlich glaube, dass die meisten Krankheiten, die sich bei uns im Erwachsenenalter einstellen, auf Störungen unserer inneren Uhr zurückzuführen sind. In Teil III gehe ich daher auf bestimmte Krankheitsbilder und die Zusammenhänge mit zirkadianen Rhythmen ein. Hier befassen wir uns mit Krebs und anderen Krankheiten, die das Immunsystem betreffen, ebenso wie mit den Bestandteilen des Stoffwechsel-Syndroms (Herzkrankheiten, Adipositas und Diabetes) und neurologischen Erkrankungen wie Depression, Demenz, Parkinson und anderen neurodegenerativen Störungen. Sie werden außerdem erfahren, wie das Darm-Mikrobiom durch unseren inneren Rhythmus beeinflusst wird und was bei Beschwerden wie Säurereflux und Sodbrennen sowie bei entzündlichen Darmerkrankungen hilfreich sein kann.

Ich bin kein Arzt, also kann ich auch keine Medikamente verschreiben. Durch meine wissenschaftliche Arbeit wird mir jeden Tag bewusst, wie wenig wir im Grunde genommen über die Funktionsweise unseres Körpers wissen. Aber die genauen Erkenntnisse, die ich über diesen urwüchsigen und unausweichlichen Rhythmus habe, dem wir alle unterliegen, und meine besten Ratschläge zur Optimierung Ihrer täglichen Abläufe kann ich Ihnen vermitteln. Bitte teilen Sie die Informationen über tägliche Gewohnheiten, die Ihre innere Uhr wieder in Takt bringen, mit Ihrem Arzt oder Heilpraktiker, damit dieser den Behandlungsplan optimal darauf abstimmen kann. Mithilfe der Tipps aus diesem Buch stehen die Chancen nicht schlecht, Ihre Gesundheit wieder auf Vordermann zu bringen.

Teil I:
Die zirkadiane Uhr

KAPITEL 1
Wir sind alle Schichtarbeiter

Wenn Sie Schichtdienst leisten und mitten in der Nacht aufstehen und zur Arbeit gehen oder erst spät abends von der Arbeit nach Hause kommen oder die ganze Nacht lang wach sind, dann wissen Sie, wie es ist, gegen den Urdrang zu leben, der uns befiehlt, nachts zu schlafen und tagsüber wach zu sein. Und selbst wenn Sie keine Schichten arbeiten, können Sie sich sicher an Zeiten erinnern, als Sie gegen Ihre innere Uhr angekämpft haben. In Wahrheit sind wir alle Schichtarbeiter. Jeder Mensch kennt Zeiten mit länger anhaltenden Schlafproblemen und bei vielen Menschen hält sich das Problem hartnäckig. Wenn Sie privat oder bei der Arbeit eine Nachtschicht einlegen, wenn Sie bis spät in die Nacht für eine Klausur lernen, auf einem Flug mehrere Zeitzonen durchqueren, am Bett eines kranken Familienmitglieds wachen oder mehrfach nachts wach werden, um Ihr Baby zu füttern, dann sind auch Sie ein Schichtarbeiter beziehungsweise eine Schichtarbeiterin. Ein Vollzeitjob mit langem Anfahrtsweg und zusätzlichen Haushaltspflichten ist nichts anderes, als würden Sie zwei Schichten hintereinander arbeiten – und wahrscheinlich kommen Sie dabei selten vor Mitternacht ins Bett. Schon eine lange Partynacht kann die gleichen störenden Auswirkungen haben wie eine Reise von einer Zeitzone in eine andere. Dieses Phänomen wird daher mittlerweile als Social Jetlag bezeichnet.

Die Aussage, dass wir alle Schichtarbeiter sind, ist mehr als ein reines Gedankenexperiment; Daten scheinen dies zu belegen: So hat beispielsweise Professor Till Roenneberg, ein Schlafforscher aus München, mehr als 50 000 Menschen in Europa und den USA befragt und herausgefunden, dass die meisten entweder erst nach Mitternacht zu Bett gehen oder bereits früh am Morgen unausgeschlafen wach werden.1,2 Auch ändern Menschen häufig am Wochenende ihre Bettgehzeiten. Beim Welt-Schlaf-Kongress 2017 präsentierte Roenneberg seine Daten, die zeigten, dass nahezu 87 Prozent aller Erwachsenen unter dem oben erwähnten „Social Jetlag“ leiden und am Wochenende mindestens zwei Stunden später ins Bett gehen als in der Woche.

Vor rund sechs Jahren begann meine Forschungseinrichtung damit, die Aktivitäten und Schlafmuster von nahezu 200 College-Studenten aufzuzeichnen, und wir stießen dabei auf das gleiche Muster, über das auch Roenneberg berichtete. In der Gruppe fand sich nur eine Person, die tatsächlich jeden Tag nahezu zur gleichen Zeit ins Bett ging, auch am Wochenende. Und es gab nur einen weiteren Studenten, der wenigstens an zwei Tagen in der Woche vor Mitternacht schlafen ging.

Wir beobachten auch Schwangere und berufstätige Mütter, deren Rhythmen ebenfalls sehr unregelmäßig sind. Hier findet sich überraschenderweise eine starke Ähnlichkeit zu den Mustern von Feuerwehrleuten, die auch davon ausgehen, mehrmals nachts aus dem Schlaf gerissen zu werden. Für viele Frauen ist der härteste Teil des Mutterseins das Ankämpfen gegen die eigene innere Uhr, das Wachsein in der Nacht und der Versuch, am Tag zu unterschiedlichen Zeiten Schlaf nachzuholen. Junge Mütter bekamen tatsächlich nur dann ausreichend Schlaf, wenn sie zusätzlich zu ihrem Partner weitere Unterstützung durch Eltern oder Schwiegereltern hatten, die nachts öfter einmal einsprangen.

Berufstätigen Müttern fällt es am schwersten, einen täglichen Rhythmus in ihrem Leben zu finden, da ihr Tagesablauf von allen anderen Familienmitgliedern beeinflusst wird. In der Regel stehen diese Mütter früh auf, um das Frühstück für die ganze Familie zuzubereiten, den Kindern beim Anziehen zu helfen, Pausenbrote zu schmieren und Schulranzen zu packen, die Kinder zur Schule oder in die Betreuung zu bringen und dann selbst zur Arbeit zu fahren. Nach dem Abendessen kümmern sie sich noch um Hausaufgaben, helfen beim Lernen oder sind bis spät abends mit dem Haushalt beschäftigt. Je weiter die Woche fortschreitet, umso mehr leidet ihre innere Uhr. Als meine Tochter noch ein Kleinkind war, wurde meine Frau regelmäßig am Freitag krank und benötigte nahezu das gesamte Wochenende zur Erholung.

Unabhängig von den Gründen oder Umständen wissen wir alle, wie wir uns nach einer kurzen Nacht fühlen. Wir sind müde, können aber nicht schlafen. Der Magen ist leicht gereizt, die Muskeln sind schwach, wir können nicht besonders klar denken und ins Fitnessstudio wollen wir schon gar nicht gehen. Körper und Geist sind in einem leichten Zustand der Verwirrung – die eine Hälfte des Gehirns sagt uns, dass es Zeit ist, den verlorenen Schlaf nachzuholen, die andere Hälfte besteht darauf, dass es Tag ist und somit keine Schlafenszeit. Vielleicht entscheiden wir uns, durchzuhalten und das Schlafbedürfnis mithilfe eines starken Kaffees oder Energydrinks zu unterdrücken, oder wir versuchen so schnell wie möglich wieder zur gewohnten Routine zurückzufinden.

Das Gehirn eines Menschen, der Schichtarbeit leistet, kann keine rationalen Entscheidungen treffen. Laut einem kürzlich in der Zeitschrift Popular Science erschienenen Artikel³ hat bereits eine einzige Nachtschicht kognitive Auswirkungen, die eine ganze Woche anhalten können. Solche Gedächtnislücken oder Aufmerksamkeitsdefizite können uns unter anderem anfällig machen für schlechte Gewohnheiten. Schon wenige Tage, an denen wir zu wenig Schlaf bekommen, können unser Essverhalten verändern – sowohl in Bezug auf die Lebensmittel, nach denen es uns gelüstet, als auch in Hinblick auf die Menge, die wir während des nächtlichen Wachseins essen. Häufig nehmen wir nachts, wenn unser Magen sich eigentlich ausruhen und regenerieren sollte, besonders kalorienreiches Junk Food zu uns.

Schichtarbeiter leiden häufig unter Einschlafproblemen. Einige versuchen, das Problem mit Alkohol oder Schlaftabletten zu lösen, die jedoch langfristig Depressionen auslösen können. Noch entscheidender ist natürlich, dass es sich dabei um Suchtmittel handelt und diese schlechte Angewohnheit meist bestehen bleibt, auch wenn die Lebensumstände es gar nicht mehr erfordern, nachts wach zu sein.

Und als würde die Schichtarbeit unser eigenes Leben nicht schon genug beeinflussen, werden auch unsere Familienmitglieder mehr oder weniger zu Schichtarbeitern zweiter Hand, indem sie sich an unsere Zeiten anzupassen versuchen und uns zuliebe früher aufstehen oder abends länger wachbleiben. Auch hier sind die gesundheitlichen Auswirkungen bedenklich. Bei einer im Jahr 2013 veröffentlichten Studie zum Thema stellten Forscher fest, dass die Kinder von Schichtarbeitern im Vergleich zu anderen nicht nur mehr kognitive Probleme und Verhaltensstörungen aufwiesen, sondern auch stärker zu starkem Übergewicht neigten.⁴

Während es sich vielleicht unangenehm anfühlt, wenn man einen Tag oder zwei Tage bis spät nachts wach war oder einige Tage schlecht schläft, nachdem man mehrere Zeitzonen durchquert hat, können wiederholte Störungen unserer inneren Uhr gesundheitliche Probleme nach sich ziehen, da die verschiedensten Systeme im Körper nicht mehr richtig funktionieren. Das Immunsystem ist geschwächt, sodass Keime und Bakterien, die uns normalerweise nichts anhaben, unserem Magen zu schaffen machen oder grippeähnliche Symptome verursachen. Zahlreiche Untersuchungen belegen, dass Schichtarbeiter mehr gesundheitliche Probleme haben als Menschen, die zu normalen Zeiten arbeiten. Besonders häufig finden sich Magen-Darm-Leiden, Adipositas, Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen.5–16 Die Haupttodesursachen für im aktiven Dienst befindliche Feuerwehrmänner sind übrigens nicht Verbrennungen oder Verletzungen durch Unfälle – es sind Herzerkrankungen, von denen man mittlerweile annimmt, dass sie durch eine Störung der inneren Uhr hervorgerufen werden.17,18 Viele Studien zeigen, dass Schichtarbeit das Risiko für verschiedene Krebsarten so stark erhöht, dass die zur Weltgesundheitsorganisation gehörende Internationale Agentur für Krebsforschung die Schichtarbeit mittlerweile als potenziell krebserregend einstuft.¹⁹

Wenn wir alle Schichtarbeiter sind, dann leiden wir auch alle. Deshalb ist es so wichtig, zu verstehen, wie unsere zirkadianen Uhren funktionieren und wie wir durch unsere Lebensweise den natürlichen Rhythmus unseres Körpers unterstützen können.

Zirkadiane Rhythmen existieren wirklich

Früher glaubte man, dass unsere Tag-Nacht-Zyklen allein durch äußere Einflüsse bestimmt wurden: Das Morgenlicht weckte uns, und wenn der Mond am Himmel erschien, war es an der Zeit, schlafen zu gehen. Noch bis Mitte der 1970er-Jahre taten viele Wissenschaftler das Gebiet der zirkadianen Biologie als nutzlos ab. Obwohl man schon um das Jahr 1700 wusste, dass Pflanzen über eine innere Uhr verfügen, ließ sich die Idee, dass auch Menschen und Tiere eine Art inneren Auslöser besitzen, schwer nachweisen. Man ging allgemein davon aus, dass der Mensch als hoch entwickelte Spezies neben Sonne und Mond auch noch von anderen äußeren oder Umweltfaktoren beeinflusst sein müsste.

Was passiert, wenn unsere innere Uhr aus dem Takt gerät?

Experimente mit Pflanzen durchzuführen, erwies sich als einfach genug: Eine Pflanze, die man in einen dunklen Kellerraum stellt, bewegt ihre Blätter trotzdem gemäß einem bestimmten inneren Rhythmus auf und ab.²¹ Viele Pflanzen heben ihre Blätter während des Tages an, um mehr Energie aus dem Sonnenlicht zu gewinnen. Nachts lassen sie die Blätter meist wieder sinken, weil es Energieverschwendung wäre, sie angehoben zu lassen. Viele Blumen blühen nur am Tag, wenn bestäubende Insekten und Vögel unterwegs sind. Manche allerdings, wie der Jasminbaum neben dem Haus meiner Großeltern, blühen bei Nacht. Diese Pflanzen bauen bei der Bestäubung auf den Wind und nicht auf Tiere.

Welche Art von Schichtarbeiter sind Sie?

Laut der europäischen Definition für Schichtarbeiter handelt es sich dabei um Personen, die mehr als 50 Tage im Jahr drei Stunden oder mehr zwischen 22 Uhr abends und 5 Uhr morgens wach sind. Ich glaube allerdings, dass wir aufgrund unserer Lebensweise mehr oder weniger alle Schichtarbeiter sind. Welche Art von Schichtarbeit trifft auf Sie zu?

•Traditionelle Schichtarbeit: Ungefähr 20 bis 25 Prozent der Menschen, die in Industrie- oder Entwicklungsländern in zivilen Berufen tätig sind, leisten Schichtarbeit. Dazu zählen alle, die im Rettungsdienst arbeiten (Feuerwehrleute, Leitstellenmitarbeiter), Polizisten, Reinigungspersonal und Mitarbeiter im Gesundheitsdienst (Krankenpfleger, Ärzte), in der Fertigung, beim Bau, bei Versorgungsdiensten, im Luftverkehr (Piloten, Kabinenpersonal, Bodenpersonal), im Bodentransport, im Nahrungsmittelbereich oder im Callcenter.

•Schichtarbeiterähnliche Lebensweise: Hierunter fallen beispielsweise Oberschüler und Studenten, Musiker, darstellende Künstler, junge Mütter, pflegende Angehörige und die Partner von Schichtarbeitern.

•Jobs in der Gig-Economy: Dazu zählen Teilzeitfahrer für Mitfahragenturen und Auslieferer von Lebensmitteln, Personen mit flexiblen Arbeitszeiten und Freiberufler.

•Jetlag: Dieser tritt ein, wenn Sie innerhalb eines Tages zwei oder mehr Zeitzonen durchqueren. Nahezu 8 Millionen Menschen steigen jeden Tag ins Flugzeug²⁰ und die Hälfte von ihnen durchqueren dabei mindestens zwei Zeitzonen.

•Social Jetlag: Tritt ein, wenn man am Wochenende länger schläft und mindestens 2 Stunden später aufwacht als unter der Woche. Über 50 Prozent der Bevölkerung in unser modernen Gesellschaft leiden darunter.

•Digital Jetlag: Hierzu kommt es, wenn Sie über soziale Netzwerke oder digitale Medien mit Freunden oder Kollegen sprechen, die mehrere Zeitzonen entfernt leben und folglich mehr als drei Stunden zwischen 22 Uhr und 5 Uhr morgens wach sind.

•Jahreszeitlich bedingte affektive Krankheiten: Millionen von Menschen leben in den äußeren nördlichen oder südlichen Breitengraden (z. B. die Einwohner von Nordkanada, Schweden, Norwegen und Südchile). Im Winter gibt es dort weniger als acht Stunden, im Sommer mehr als 16 Stunden Tageslicht. Diese Extreme stören den zirkadianen Rhythmus.

Die nächsten Studienreihen waren schon schwieriger, und die Forscher begannen mit Insekten, Vögeln und schließlich auch anderen Tieren zu arbeiten. Sie untersuchten den Zeitpunkt, an dem aus Larven Fruchtfliegen wurden – ein zirkadianes Phänomen, das nur am Morgen stattfindet, wenn wenig Wind und eine höhere Luftfeuchtigkeit vorhanden sind. Sie analysierten die Wandermuster von Zugvögeln und die Schlaf-Wach-Rhythmen anderer Tiere. Auch Labormäuse wurden in einer kontrollierten Umgebung untersucht.²² Wenn man sie konstanter Dunkelheit aussetzte, wachten sie trotzdem präzise wie ein Uhrwerk auf und schliefen ein, und zwar in einem Rhythmus von 23 Stunden und 45 Minuten. Auch die inneren Uhren vieler Pflanzen und Pilze folgen einem Rhythmus, der ungefähr 24 Stunden entspricht.

Die Überprüfung, ob Menschen ebenfalls über solche inneren Uhren verfügen, schien lange Zeit nahezu unmöglich, weil es schwierig ist, alle externen Zeithinweise und Verbindungen zur Außenwelt zu kappen. In den 1950er-Jahren allerdings hatten Forscher eine Idee: Sie nahmen ein einfaches Telefon, über das ein Freiwilliger nur zu einer einzigen anderen Person Kontakt aufnehmen konnte. Der Freiwillige begab sich dann in eine Höhle tief in den Anden. Er nahm nichts anderes mit als ausreichend Nahrungsmittel, Kerzen und Lesematerial für mehrere Wochen. Jedes Mal, wenn er müde genug war, um schlafen zu gehen, rief er seinen Partner am anderen Ende der Telefonleitung an, der dann die Zeit festhielt. Auch beim Aufwachen erfolgte ein Kontrollanruf. Die Studie zeigte, dass der Schlaf-Wach-Rhythmus mehrere Wochen lang wie am Schnürchen funktionierte. Trotzdem ging der Freiwillige jeden Tag ein kleines bisschen später schlafen, was ein Anzeichen dafür war, dass sein innerer Zyklus etwas länger war als 24 Stunden. Tatsächlich betrug er genau 24 Stunden und 15 Minuten. Dieser Zyklus war so vorhersehbar, dass er nur durch eine innere Uhr gesteuert sein konnte.²³

Die Tatsache, dass der zirkadiane Rhythmus nicht exakt 24 Stunden beträgt, ist nicht verwunderlich, da auch der Abstand von Sonnenaufgang zu Sonnenaufgang in den meisten Teilen der Erde nicht genau 24 Stunden beträgt. Durch die Neigung der Erdachse gibt es bei der Umkreisung der Sonne Zeiten im Jahr, in denen entweder die nördliche oder die südliche Erdhalbkugel stärker der Sonne zugeneigt ist. Während die Tage im Verlauf des Jahres länger oder kürzer werden, verändern sich auch die Zeiten, zu denen die Sonne auf- und untergeht. Am Äquator ist diese Veränderung kaum spürbar, aber wenn Sie in Boston, Stockholm oder Melbourne leben, kann sich der Sonnenaufgang von einem Tag auf den nächsten um mehrere Minuten verschieben. Wenn die Tage mit der Ankunft des Sommers wieder länger werden, weckt uns unsere innere Uhr etwas früher am Morgen, wenn die Sonne aufgeht. Wenn wir von einer Zeitzone in die nächste fliegen, passt sich unser Schlaf-Wach-Rhythmus langsam an die neue Zeitzone an. Diese Beispiele sind nur einige unter vielen, die zeigen, warum wir eine innere Uhr haben und wie ihre Fähigkeit, sich anzupassen, mit den Änderungen von Sonnenaufgang oder Tageslänge zusammenhängt. Sobald dies einmal feststand, gingen die Forscher davon aus, dass zirkadiane Rhythmen mit Licht zusammenhingen oder daran festgemacht werden konnten.

Der Rhythmus des täglichen Lebens

Forscher wie ich erkunden auch weiterhin die täglichen Rhythmen der Physiologie, des Stoffwechsels und selbst der Wahrnehmung von Erwachsenen. Dabei stellte sich heraus, dass nahezu jeder Aspekt unseres täglichen Lebens Rhythmen unterliegt. Auch wenn Menschen nicht blühen wie Blumen und keine Wanderungen über lange Strecken unternehmen wie Zugvögel, verfügen auch wir über innere Uhren, bei denen fast alle Aspekte unserer täglichen Gesundheit mit der richtigen Tages- oder Nachtzeit verbunden sind. Unser Körper ist darauf programmiert, jeden Tag bestimmte Rhythmen zu durchlaufen. Was Sie am Abend machen, hat dabei große Auswirkungen auf Ihren zirkadianen Rhythmus. Die wichtigsten Veränderungen, die Sie nach dem Lesen dieses Buches vornehmen werden, haben mit der Überprüfung Ihres Tagesablaufs zwischen 18 Uhr und Mitternacht zu tun.

Schon bevor wir morgens die Augen öffnen, bereitet unsere innere Uhr unseren Körper auf das Aufwachen vor. Die Produktion des Schlafhormons Melatonin in der Zirbeldrüse wird gestoppt. Unsere Atmung beschleunigt sich und unser Herzschlag ebenfalls, während der Blutdruck leicht ansteigt. Unsere Körperkerntemperatur nimmt um etwa ein halbes Grad zu, noch bevor wir wach werden.

Unser gesamtes Wohlbefinden wird von unseren täglichen Rhythmen beeinflusst. Sich am Morgen gut zu fühlen, bedeutet, dass man nach einem geruhsamen Schlaf erfrischt und erholt aufwacht und beim morgendlichen Stuhlgang die in der Nacht angesammelten Giftstoffe loswird. Man fühlt sich leicht, ist wach und hat Frühstückshunger. Kurz nachdem wir die Augen öffnen, produzieren die Nebennieren eine erhöhte Menge des Stresshormons Cortisol, damit wir unsere Morgenroutine zügig erledigen können. Die Bauchspeicheldrüse bereitet sich darauf vor, Insulin für die Verarbeitung des Frühstücks auszuschütten.

Nach einer erholsamen Nacht und einem guten Frühstück ist unser Gehirn bereit, in der ersten Tageshälfte zu lernen und Probleme zu lösen. Am Nachmittag fühlen wir uns gut, wenn wir mit unserem Arbeitspensum zufrieden sind. (Wenn Sie in der Nacht zuvor hingegen nicht gut geschlafen haben, mag das Gefühl vorherrschen, Sie hätten den Tag vergeudet.) Gegen Ende des Tages erreicht der Muskeltonus einen Höhepunkt. Sobald dann die Sonne untergeht und den Abend einläutet, beginnt unsere Körpertemperatur zu sinken, die Produktion des Schlafhormons Melatonin setzt ein und der Körper bereitet sich auf den Schlaf vor.

Am Abend heißt bei guter Gesundheit zu sein, dass man ruhiger wird, müde ist und ohne große Probleme einschläft. Schlaf ist im Übrigen kein Zustand, in dem das Gehirn einfach herunterfährt. In Wahrheit ist es ganz schön beschäftigt, denn es konsolidiert Erinnerungen, basierend auf den sensorischen Informationen, die wir am Tag aufgenommen haben. Es bildet neue Synapsen oder Verbindungen zwischen verschiedenen Neuronen. Das Gehirn produziert nachts auch einige Hormone, beispielsweise das Schlafhormon Melatonin in der Zirbeldrüse. Auch menschliches Wachstumshormon produziert der Körper im Schlaf.²⁴ Bei Menschen, die zu wenig Schlaf bekommen, ist häufig zu wenig Wachstumshormon vorhanden. Das ist speziell bei Kindern ein Problem, da Schlafmangel die Menge dieses wichtigen Hormons verringern und das Wachstum bremsen kann.

Die täglichen Rhythmen des Körpers

Viele der Funktionen unseres Körpers erreichen zu bestimmten Tages- oder Nachtzeiten ihren Höhepunkt. Diese Rhythmen werden wahrscheinlich von unseren inneren Uhren gesteuert. Wenn wir vollkommen aus dem natürlichen Zyklus von Tag und Nacht fallen, laufen sie eine Zeit lang normal weiter.

Nachts ist auch die Zeit, in der das Gehirn entgiftet. Tagsüber nehmen die Gehirnzellen Nährstoffe auf und verarbeiten sie, wobei unerwünschte giftige Abfallstoffe entstehen. Diese Giftstoffe werden abgebaut, während wir schlafen. Gleichzeitig entstehen durch Neurogenese neue Hirnzellen. In dieser Hinsicht funktioniert unser Gehirn wie ein Büro. Wenn Sie morgens den Raum betreten, glauben Sie nicht, dass nachts irgendwer dort gearbeitet hat, aber in Wahrheit ist eine Menge passiert. Der Müll wurde herausgetragen und möglicherweise war auch jemand da und hat die Server nachgerüstet oder die Glühbirnen ausgetauscht. All diese Arbeiten müssen getan werden, damit Sie entspannt in den Tag starten können.

Wir brauchen starke zirkadiane Rhythmen

Zirkadiane Rhythmen optimieren biologische Abläufe. Jede Funktion unseres Körpers hat ein spezifisches Zeitfenster, weil unser Körper nicht alles auf einmal erledigen kann. Wenn wir Neugeborene betrachten, wird uns bewusst, warum wir zirkadiane Rhythmen brauchen. Aus den Entwicklungsmustern von Neugeborenen ist ersichtlich, dass Babys ohne eine ausgereifte innere Uhr auf die Welt kommen: Es sind Rhythmen erkennbar, aber sie sind nicht stabil. Babys versuchen beispielsweise einzuschlafen, aber mitten in der Nacht bekommen sie Hunger oder machen in die Windel. Beide biologischen Bedürfnisse sind stark genug, um sie aufzuwecken. Dann weinen sie, weil sie Hunger oder eine schmutzige Windel haben, gleichzeitig aber auch müde sind. Alles ist durcheinander. Wenn ihre innere Uhr jedoch im Alter von fünf bis acht Monaten stabiler wird, gewinnen sie mehr Kontrolle über ihre Körperfunktionen. Das zeigt sich zunächst daran, dass sie mehrere Stunden am Stück schlafen können. Die Verdauung verlangsamt sich, sodass sie nachts nicht mehr gefüttert werden müssen, und der Stuhlgang verschiebt sich auf morgens, weil die Produktion der Hormone, die ein Entleeren des Darms fördern, während des Schlafs unterdrückt wird. Der Rhythmus wird Tag für Tag eingefahrener.

Wenn aus Babys Kleinkinder werden, weist das Familienleben bestimmten Aktivitäten bestimmte Zeiten zu. Wir haben festgesetzte Zeiten für Frühstück, Mittagessen und Abendessen. Gleichzeitig sind die Lichtsensoren in unseren Augen darauf programmiert, Veränderungen des Morgenlichts zu bemerken und unsere innere Uhr jeden Tag um einige Minuten oder Sekunden anzupassen. Diese „Lichtaufnahme“ und das Abgleichen unserer inneren Uhr mit der Natur hat unsere Vorfahren in die Lage versetzt, unabhängig von der Jahreszeit bei Sonnenaufgang aufzuwachen.

Die zirkadiane Uhr ist unser inneres Zeitsystem, das zusammen mit dem Licht und dem Zeitpunkt der Nahrungsaufnahme unsere täglichen Rhythmen bestimmt. Unsere Aufgabe besteht darin, unsere innere Uhr zu pflegen, um optimale Gesundheit zu erzielen. Wie dieses Buch Ihnen zeigen wird, funktioniert dies am besten, wenn wir gemäß unserer inneren Uhr leben, anstatt gegen sie anzuarbeiten. Doch schauen wir uns zunächst einmal an, welche Rolle das Licht spielt.

Eine kurze Geschichte des Lichts

Die gesamte Menschheitsgeschichte lässt sich zusammenfassen als Wettlauf gegen die Zeit. Wir versuchten immer wieder neue Ur-Rhythmen zu entwickeln, um Veränderungen der Umwelt vorherzusehen und auf sie zu reagieren. Wenn wir verstehen wollen, auf welche Weise Licht unser Verhalten beeinflusst, müssen wir unser Augenmerk auf die Evolutionsbiologie lenken. Sie verfolgt unsere Entstehungsgeschichte rund zwei Millionen Jahre zurück und beschäftigt sich mit den Anpassungsmechanismen, die wir entwickelt haben, um in jeder Umgebung zu überleben. Auch heute noch spielt die Evolution eine Rolle, weil unsere Physiologie – unsere elementare Funktionsweise – sich in den letzten zwei Millionen Jahren kaum verändert hat. Wir sind immer noch darauf ausgelegt, nachts zu schlafen und am Tag zu essen und zu arbeiten, basierend auf einem Zyklus, den unsere innere Uhr vorgibt.

Wir wissen, dass die Entwicklung des modernen Menschen größtenteils auf Höhe des Äquators stattfand und dass sein Tagesablauf durch die Sonne und einen entsprechend starken zirkadianen Rhythmus bestimmt wurde. Urzeitmenschen mussten vor Sonnenaufgang wach werden, um erfolgreich zu jagen, denn ihre Strategie bestand darin, Tiere auf dem Weg zu einem Wasserloch zu erlegen. Wenn Jagen nicht möglich war, hatten unsere Vorfahren viel Zeit, um die Gegend zu erkunden und Beeren und Früchte zu sammeln. Nahrung zu finden und zu essen, nahm viel Zeit in Anspruch, vor allem, wenn man sich dabei vor Raubtieren vorsehen musste.

Die Menschen der Urzeit benötigten am späten Nachmittag auch einen ausreichenden Muskeltonus, um nach der Nahrungssuche den oft kilometerlangen Rückweg zu ihrer Höhle oder ihrem Unterschlupf antreten zu können. Anthropologen gehen davon aus, dass die ersten Menschen ihre letzte Mahlzeit in der Abenddämmerung zu sich nahmen, sodass vor Einbruch der Nacht genügend Zeit blieb, um einen sicheren Schlafplatz zu finden. Die nächtliche Ruhezeit betrug 12 bis 15 Stunden, die meiste Zeit davon diente dem Schlaf. Das nächtliche Fasten muss dabei geholfen haben, den Darm zu reinigen, sodass sie sich am Morgen leicht und erholt wieder auf die Nahrungssuche machen konnten.

Menschen besitzen die einzigartige Fähigkeit, ihr Leben vom Tag in die Nacht zu verlegen und wenn nötig sogar die ganze Nacht wach zu bleiben, was unseren zirkadianen Rhythmus verändert und herausfordert. Wir sind in der Lage, unsere innere Uhr anzupassen, weil große Tiere eine Bedrohung darstellten. Wir mussten also einen Weg finden, um nachts, im Dunklen, wach zu bleiben, und sei es nur für einige Minuten. Einzelne blieben auf und wachten über die Gemeinschaft, während der Rest schlief – der erste Schichtarbeiter war geboren.

Die Nacht für sich zu erobern, sicherte nicht nur das Überleben, sondern führte langfristig auch zu Wohlstand und Reichtum. Viele Jäger lernten, die nächtliche Jagd jener bei Tag vorzuziehen. Diese Schichtarbeiter wurden zu einem wichtigen Teil der menschlichen Gemeinschaft. Im Laufe der Zeit kamen Entdecker und Eroberer, die ihren Weg durch die Nacht finden und Überraschungsangriffe gegen ihre Gegner durchführen konnten, zu Wohlstand und Reichtum, indem sie ihr Gebiet erweiterten und neues Ackerland, Mineralien, Edelsteine und andere Rohstoffe und Bodenschätze für sich erschlossen.

Feuer war das erste Werkzeug, das Menschen in ihrem Kampf gegen die innere Uhr einsetzten. Die Fähigkeit, Feuer zu machen und zu kontrollieren, verschaffte dem Menschen zwei Vorteile. Zum einen das Licht selbst, dank dessen wir einige Stunden länger und notfalls auch die ganze Nacht lang wach sein konnten. Das flackernde Licht glühenden Holzes war schwach und reichte gerade aus, damit man im Dunkeln den Weg finden, große Raubtiere fernhalten und sich warmhalten konnte. Zum anderen wurde das Licht zur machtvollen Waffe. Tausende Jahre lang war es die einzige Waffe, die wir Menschen hatten und viele moderne Waffen basieren auch heute noch auf der Kraft des Feuers.

Das Leben rund um die Feuerstelle förderte auch das Entstehen der menschlichen Zivilisation. Feuer war entscheidend für das Kochen von Wasser und die Nahrungszubereitung, sodass der Speiseplan sich erweiterte. Kochen macht Nahrung weicher und lindert starke Aromen. Das Essen wird genießbarer und Krankheitserreger werden abgetötet.²⁵ Der Kochvorgang macht Nahrung auch leichter verdaulich, sodass wir aus den gleichen Zutaten mehr Kalorien gewinnen können. Aus diesem Grund kann das Essen von Rohkost eine Strategie sein, um Gewicht zu verlieren, während das Kochen der Zutaten vor dem Essen keine so große Auswirkung auf das Gewicht hat.²⁶ Durch das Kochen verringerte sich auch die Zeit, die wir mit der Nahrungssuche verbrachten, weil wir nun doppelt so viel Energie aus dem Essen ziehen konnten wie zuvor. Gleichzeitig stieg die Auswahl, denn viele Lebensmittel wurden essbar, die in rohem Zustand nicht verdaut werden konnten.

Da das Feuer in kalten Nächte Wärme spendete, konnten die ersten Menschen die Äquatorregion verlassen und sich in höhere Breitengrade in Nordeuropa, Asien und Nordamerika bewegen. Die nördlichen Breitengrade wurden erst relativ spät besiedelt, vor etwa 30 000 bis 40 000 Jahren. Im Sommer fiel es nicht allzu schwer, sich an lange Tage mit manchmal mehr als 20 Tagesstunden zu gewöhnen, weil die Sommer nicht so heiß waren und die Menschen in dunklen Höhlen oder Hütten genügend Schlaf bekamen. Aber die langen Winternächte und kurzen Tage hätten das Gehirn ohne das Feuerlicht sicherlich durcheinandergebracht. Selbst heute können sich viele Menschen nur schlecht an die langen dunklen Nächte in nördlichen Breitengraden gewöhnen und entwickeln jahreszeitlich bedingte Depressionen, sogenannte „Winterdepressionen“. Der Anteil sowohl an Depressionen als auch an Selbstmordversuchen steigt in diesen Gegenden im Winter regelmäßig an, was mittlerweile mit einer Störung der inneren Uhr in Verbindung gebracht wird. Man könnte Menschen, die unter Winterdepressionen leiden, mit Schichtarbeitern vergleichen, die mehrere Wochen oder Monate lang die Nachtschicht übernehmen müssen.

Feuer hatte, unabhängig davon, wo die Menschen der Frühzeit lebten, auch einen besonderen Einfluss auf das Leben am Abend. Während die Männer am Tag auf die Jagd gingen, blieben die Frauen und Kinder meist vor Ort und kümmerten sich um Haustiere oder das Trocknen und Verarbeiten von Nahrung für Regentage oder für den Winter. An der abendlichen Feuerstelle kamen dann alle wieder zusammen – eine Zeit für Unterhaltung und Entspannung. Geschichten wurden erzählt, Pläne für die Zukunft geschmiedet und es wurde „herumgesponnen“, sodass neue wissenschaftliche, kulturelle und handwerkliche Ideen entstehen konnten. Gespräche rund ums Feuer sind die Wiege von Kunst, Kultur, Wissenschaft und Philosophie – von allem, was unser Menschsein ausmacht.²⁷ Dieses abendliche Gesellschaftsleben rund um das Feuer ist fest in unserer Lebensweise verankert.

Doch diese abendliche Zeit am Feuer war auf eine oder zwei Stunden beschränkt, da es nicht leicht war, das Feuer aufrechtzuerhalten, und es am Ende auch zu viel Brennmaterial kostete. Selbst zu Beginn der Industrialisierung waren Feuer und der Zugang zu Licht ein seltenes Gut. Nachdem die Menschheit Waltran, Bienenwachs und Talg als bessere Brennstoffe entdeckt hatte, wurde häufig ein Unterschied gemacht zwischen dem Kochfeuer und dem Feuer, das der Beleuchtung diente. Brennstoffe ausschließlich für die Erzeugung von Licht zu verwenden, war für den Durchschnittsbürger nicht bezahlbar. In heutiger Währung würde es zwischen 1 000 und 1 500 US-Dollar kosten, ein für das 19. Jahrhundert typisches Haus für einige Stunden pro Abend zu beleuchten.²⁸ Da helles Licht in den Abendstunden im 19. Jahrhundert selten war, wurden die meisten Menschen müde und gingen wenige Stunden nach Sonnenuntergang zu Bett. Es gibt Eingeborenenstämme in Afrika, Südamerika, Australien und Indien, die eine landwirtschaftlich geprägte Lebensweise pflegen oder Jäger und Sammler sind, und die noch so leben wie vor 200 oder 300 Jahren. In diesen Gemeinschaften, die kaum Zugang zu elektrischem Strom haben, gehen die Menschen früh zu Bett und wachen bei Tagesanbruch auf.29,30,31

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts verbreiteten sich Elektrizität und elektrisches Licht in der westlichen Welt, aber es gab immer noch nicht viele Gründe, wach zu bleiben und nachts zu arbeiten. Gas- und Elektroherde sorgten dafür, dass Wärme nicht länger mit einem traditionellen Holzfeuer gekoppelt war. Die Küche wanderte von draußen in das Herz des modernen Heims und wir konnten Nahrung nun sicher und zu jeder beliebigen Tages- und Nachtzeit zubereiten. Techniken zum Verarbeiten, Konservieren und Kühlen von Lebensmitteln machten Nahrung jederzeit zugänglich. Und damit ging der ganze Ärger so richtig los.

Die frühe Industrialisierung führte zu einer Steigerung der Lebensmittelproduktion, auch der Bergbau und die Produktion von Gütern nahmen zu. Sowohl im Beruf als auch zu Hause fiel weniger körperliche Arbeit an. Die gesteigerte Produktion überschritt schnell die Nachfrage vor Ort, was den Bau von Infrastruktur förderte. Es entstanden Straßen und Zugstrecken, Gebäude und Lagerhäuser. Wiederum sank der Bedarf an körperlicher Arbeit. Erhalt und Bau dieser modernen Infrastruktur erforderte auch eine neue Sorte von Arbeitern, die wach bleiben und nachts arbeiten konnten. Heutzutage sind in Industrieländern nahezu 20 bis 25 Prozent aller Vollzeitkräfte im Schichtdienst tätig.

Die Mechanisierung der Landwirtschaft im frühen 20. Jahrhundert steigerte Ernten und Erträge, wobei Pflanzenzüchter unbewusst Pflanzen wählten, die ihre inneren Uhren von Natur aus optimiert hatten. Diese „Mutationen“ mussten nicht die korrekte Tageslänge berechnen, um zu wissen, ob Sommer oder Winter war. Anstatt darauf beschränkt zu sein, an langen Sommer- oder kurzen Wintertagen zu blühen, konnten diese Nutzpflanzen zu jeder Jahreszeit blühen oder, wie Tomaten, in Gewächshäusern wachsen. Bauern konnten so auf derselben Fläche die zwei- oder dreifache Erntemenge pro Jahr erzielen, was die Produktion weiter steigerte.

Mit der Mechanisierung der Nahrungsmittelproduktion mussten die Arbeiter nicht mehr den ganzen Tag im Freien verbringen. Auch elektrisches Licht wurde langsam erschwinglich. Spulen wir vor zur Mitte des 20. Jahrhunderts: Nach dem Zweiten Weltkrieg und mit fortschreitender Industrialisierung begannen nahezu alle Bewohner der Industrieländer unter Störungen ihrer inneren Uhr zu leiden. Weniger Schlaf bedeutete auch eine längere Zeit, die der Mensch bei hellem Licht verbrachte, speziell am Abend, wenn das Gehirn diese Lichtstimulation nicht erwartet. Und während der Wachzeit tagsüber blieben viele Menschen im Haus und bekamen zu wenig helles Sonnenlicht ab. Beide Faktoren verwirren die innere Uhr.

Telefone, Radios und Fernseher begannen, uns bis spät in die Nacht hinein zu unterhalten. Der Computer hat das Abendgespräch am Feuer ersetzt und es in ein zwar reales, aber virtuell funktionierendes, globales Chat-Gespräch verwandelt, bei dem Sie jedes Thema mit jedem Menschen an jedem Ort der Welt diskutieren können. Und mit Nachrichten und Entertainment rund um die Uhr und Milliarden von Rechnern rund um die Welt – wer kann es sich da leisten, nicht ans Netz angeschlossen zu sein?

Doch all diese Geräte, die frühere Technologien ersetzen und unser Leben verbessern sollen, haben zunehmend negative Auswirkungen auf unseren zirkadianen Rhythmus. Unsere innere Uhr wird immer noch durch helles Licht am Abend und begrenztem Zugang zu natürlichem Licht am Tag gestört. Wir sind evolutionstechnisch noch nicht so weit, dass sich unsere inneren Uhren an die Realität der modernen Welt angepasst hätten, und leiden daher wie unsere im extremen Norden lebenden Vorväter oder unsere heutigen nordischen Verwandten. Unabhängig davon, ob wir wirklich Schichtarbeit leisten oder einfach nur wie Schichtarbeiter leben, kann die ständige Lichtbelastung am Abend zu Störungen der inneren Uhr führen, die uns am Schlafen hindern und Hungergefühle wecken.

Gesundes Licht ist nicht das gleiche wie helles Licht

Wir können nicht zurück ins Mittelalter reisen, um dort eine lange, dunkle Nacht zu erleben, aber wenn wir wissen, wie stark Licht unsere innere Uhr beeinflusst, können wir es vielleicht für unsere Gesundheit nutzen. Als ich mein Graduiertenstudium begann, hatte ich viele Fragen: Ich wollte ganz genau wissen, wie Licht unsere innere Uhr beeinflusst. Warum hält es uns wach, wenn wir nachts auf einen Computer-Bildschirm starren, und warum benötigen wir am Morgen offensichtlich wesentlich mehr Licht, um aufmerksam zu bleiben? Gibt es eine Lichtfarbe, die unsere innere Uhr stärker beeinflusst als andere?

Wenn wir herausfänden, wie die Helligkeit und Farbe von Licht unsere innere Uhr zu verschiedenen Tageszeiten beeinflusst, könnten wir Licht zur Unterstützung unserer Gesundheit einsetzen. Sie wissen vielleicht, dass die Haut hellem Sonnenlicht ausgesetzt sein muss, um Vitamin D herstellen zu können, und doch hat dies nichts mit unserer inneren Uhr zu tun, denn sie wird allein durch das in die Augen einfallende Licht beeinflusst. Schauen wir uns also an, wie unsere Augen arbeiten.

Das menschliche Auge funktioniert im Grunde genommen wie eine Kamera. Es verfügt über Millionen von Stäbchen und Zapfen, die die Details eines Bildes in hoher Auflösung aufnehmen und die Informationen dann über lange, kabelähnliche Nervenzellen an das Gehirn senden. Die Netzhaut, das lichtempfindliche Gewebe auf der Rückseite unserer Augen, enthält mehrere Millionen von Stäbchen- und Zapfensensoren. Lichtstrahlen gelangen über Hornhaut, Pupille und Linse auf unsere Netzhaut, die dann die Lichtstrahlen in Impulse verwandelt, die durch den Sehnerv zum Gehirn geleitet werden. Dort werden sie zu den Bildern, die wir sehen. Wenn Stäbchen und Zapfen absterben, verlieren wir die Fähigkeit zu sehen, wie dies teilweise bei angeborener Blindheit der Fall ist.

Doch selbst Blinde verfügen über innere Uhren, die durch Licht beeinflusst werden. Erstaunlicherweise können viele blinde Menschen Licht „spüren“ und berichten, dass sie beim Gehen ins Sonnenlicht fühlen, wie Helligkeit in ihr Auge gelangt. Auch die Pupillen eines blinden Menschen verengen sich bei hellem Licht und weiten sich wieder, wenn die Person ein Gebäude betritt. Solche blinden Menschen können ebenso wie einige blinde Tiere ihre Schlaf- und Aufwachzeiten an jahreszeitliche Veränderungen der Tageslänge anpassen.

Das moderne Leben im Haus unterbricht zirkadiane Rhythmen und macht uns anfällig für verschiedene Hirnerkrankungen.

Das oben beschriebene Phänomen wurde im frühen 20. Jahrhundert entdeckt, und nahezu 80 Jahre lang glaubten die meisten Wissenschaftler, dass blinde Menschen immer noch über eine ausreichende Menge an funktionierenden Stäbchen und Zapfen verfügten, um ihnen ein Gefühl für Licht zu geben. Mit hohem Aufwand in den 1990er-Jahren durchgeführte Versuche ergaben jedoch, dass es einen schwer fassbaren Lichtsensor in den Augen gibt, von dem wir zuvor nichts wussten.32–34 Im Jahr 2002 entdeckten drei Forschergruppen, einschließlich meiner eigenen, unabhängig voneinander ein lichtempfindliches Protein außerhalb der Stäbchen und Zapfen, das tatsächlich der Lichtsensor ist, der den täglichen Schlaf-Wach-Rhythmus regelt.35–38 Dieses lichtempfindliche Protein trägt den Namen Melanopsin.³⁹ Von den 100 000 neuralen Zellen der Netzhaut, die Lichtinformationen an das Gehirn weitergeben, enthalten nur 5 000 Melanopsin. Zapfen und Stäbchen können unsere innere Uhr ebenfalls beeinflussen, aber nur in Abwesenheit von Melanopsin, und wenn sie es tun, sind sie nicht so effektiv. Deshalb können blinde Menschen, deren Zapfen und Stäbchen nicht mehr funktionieren, die aber noch über intakte Netzhautzellen verfügen, Licht immer noch wahrnehmen. Aber es sind so wenige Zellen, dass sie nicht ausreichen, um ein Abbild der Außenwelt zu liefern.

Um zu verstehen, wie dieser Lichtsensor funktioniert, verwendeten wir für unsere Versuche Mäuse, denen entweder das Melanopsin-Gen fehlte oder die Melanopsin-Zellen, auch wenn ihre Augen ansonsten vollkommen normal arbeiteten: Sie konnten gut sehen und sich zurechtfinden. Wenn das Gen aus Mäusen herausgezüchtet wird, bleiben die Zellen am Leben. Werden jedoch zusätzlich auch die Zellen entfernt, endet damit die Genexpression. Wird das Melanopsin-Gen entfernt, kann die Lichtinformation immer noch durch die Melanopsin-Zellen in das Gehirn der Maus gelangen. Sind die Zellen ebenfalls nicht mehr vorhanden, besteht keine Verbindung mehr zwischen dem Auge und der inneren Uhr des Gehirns.

Mäuse wachen normalweise am Abend auf (sie sind nachtaktiv) und schlafen tagsüber. Wenn sie über keine Melanopsin-Zellen verfügen, können sie Licht und Dunkelheit nicht spüren. Trotzdem behielten diese Mäuse einen normalen Rhythmus bei, auch wenn sie in konstanter Dunkelheit gehalten wurden – sie schliefen zu den gleichen Zeiten und waren aktiv wie andere Mäuse auch, und zwar in einem Zyklus von 23 Stunden und 45 Minuten. Die melanopsinfreien Mäuse hatten allerdings größere Schwierigkeiten, sich an die kleine Zeitveränderung anzupassen, die in jeder Woche eintritt. Während die normalen Mäuse ihre Schlaf- und Wachzeiten innerhalb einer Woche wieder an den Hell-Dunkel-Zyklus anpassen konnten, benötigten die Mäuse ohne Melanopsin-Gen dazu einen ganzen Monat oder länger. Außerdem erstarren normale Mäuse genau wie Rehwild, wenn sie nachts helles Licht sehen, was bei den Mäusen ohne Melanopsin-Gen nicht der Fall war. Sie liefen einfach weiterhin normal herum, da das Licht in der Nacht auf Mäuse, die weder über das Melanopsin-Gen noch die entsprechenden Zellen verfügten, keinen Einfluss hatte.

Da Mäuse und Menschen größtenteils die gleichen Gene besitzen, einschließlich des Melanopsin-Gens, haben Versuche mit Mäusen durchaus auch eine Aussagekraft für die innere Uhr des Menschen. Sie lassen darauf schließen, dass Melanopsin die Zirkadian-Uhr des Menschen, unsere Schlafzyklen und die Melatonin-Produktion beeinflussen kann. Unsere nächste Frage war daher, welche Art von Licht Melanopsin am stärksten oder am wenigsten aktiviert, um so zu wissen, welches Licht zu welcher Tageszeit für unsere innere Uhr optimal ist.

Das sichtbare Licht beinhaltet alle Farben des Regenbogens, wobei jede Farbe eine andere Wellenlänge hat. Rot hat die größte Wellenlänge, Violett die kürzeste. Wenn alle Wellen zusammen gesehen werden, ergeben sie weißes Licht oder Sonnenlicht. Die verschiedenen Farben in diesem weißen Licht aktivieren drei verschiedene Arten des Proteins Opsin (rot, grün und blau), die dann wiederum diese Farben einzeln und kollektiv (als weißes Licht) erkennen. Das Melanopsin-Protein ist größtenteils empfänglich für blaues Licht und weniger empfänglich für rotes. Wenn Melanopsin durch die Wahrnehmung von blauem Licht aktiviert wird, sendet es ein Signal an unser Gehirn, dass Licht vorhanden ist, und dieses reagiert dann so, als sei es Tag, ganz gleich, welche Zeit es wirklich ist. Wenn Sie nachts durch einen Supermarkt gehen, nimmt das Melanopsin das Deckenlicht wahr und Ihr Gehirn denkt, dass es Tag ist und sie wach sein sollten.

Stellen Sie sich vor, Sie hätten zwei gleich helle Glühbirnen. Eine davon gibt blaues Licht ab und die andere orangefarbenes. Wenn Sie mitten in der Nacht die orangefarbene Glühbirne anschalten, aktiviert das Licht Opsine in den grünen Zapfen (das Opsin in den grünen Zapfen kann ein wenig orangefarbenes Licht wahrnehmen, da es im Regenbogenspektrum in der Nähe von Grün liegt). Ihr Gehirn kann nun erkennen, was sich im Raum befindet. Schalten Sie andererseits das blaue Licht ein, werden die blauen Zapfen aktiviert und sie können ebenfalls erkennen, was sich im Raum befindet, allerdings mit einem Unterschied: Melanopsin-Zellen werden durch orangefarbenes Licht kaum aktiviert und senden dem Gehirn daher weiterhin die Botschaft, dass es Nacht ist, wohingegen das blaue Licht als Tageslicht wahrgenommen wird. Wenn Sie also eine Stunde bei orangefarbenem Licht verbringen, gerät Ihre innere Uhr kaum aus dem Takt, während eine Stunde bei blauem Licht ihre innere Uhr neu stellt und sie auf Tag setzt.

Mit dem Lauf der Jahreszeiten und der wechselnden Tageslichtdauer passen sich unsere zirkadianen Rhythmen an die Zeitverschiebungen bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang an. Lange Zeit wussten wir nicht genau, wie diese Rhythmen sich auf die neuen Zeiten einstellen oder auf welche Weise unsere innere Uhr von Licht beeinflusst wird. Doch unsere Forschungen ergaben, dass es genau diese Sensoren für blaues Licht sind, die unsere innere Uhr justieren, wenn die Tageslänge sich aufgrund der Jahreszeiten oder einer Reise in eine andere Zeitzone verändert. Auch haben sie direkte oder indirekte Verbindungen zu Hirnregionen, in denen Depression, Wachheit, Schlaf und die Produktion des Schlafhormons Melatonin stattfinden, und sogar zu dem Hirnzentrum, das die Entstehung von Migräne oder Kopfschmerzen steuert.

Melanopsin verfügt über eine weitere interessante Eigenschaft: Es benötigt eine Menge Licht, um es zu aktivieren. Wenn Sie beispielsweise Ihre Augen in einem dämmrigen Raum für wenige Sekunden öffnen, können Ihre Zapfen und Stäbchen ein Bild des Raumes aufnehmen, aber Ihre Melanopsin-Zellen werden reagieren, als sei es zu dunkel, um etwas zu sehen.

Diese Entdeckungen vermittelten uns einen ersten Eindruck davon, inwieweit Licht unsere Gesundheit beeinflusst. Unsere moderne Lebensweise, in der wir einen Großteil unserer Zeit in geschlossenen Räumen verbringen, auf helle Bildschirme starren und anschließend am Abend helles Licht einschalten, aktiviert Melanopsin zu den falschen Tages- und Nachtzeiten, was dann unsere innere Uhr durcheinanderbringt und die Produktion des Schlafhormons Melatonin senkt. Die Folge davon ist, dass wir keinen erholsamen Schlaf mehr finden. Wenn wir am nächsten Tag aufwachen und wieder den größten Teil des Tages drinnen verbringen, kann das dämmrige Licht das Melanopsin nicht voll aktivieren und wir können unsere innere Uhr nicht an den Tag-Nacht-Zyklus anpassen. Wir fühlen uns schläfrig und sind weniger aufmerksam. Nach wenigen Tagen oder Wochen stellen sich Depressionen und Ängste ein.

Da wir nun mehr über die Art, Menge und Dauer des Lichts wissen, das unsere Gesundheit beeinflusst, lässt sich leicht vorstellen, wie wir durch kleine Veränderungen an unseren Glühbirnen, Computer-Bildschirmen oder Brillen einiges für unsere Gesundheit tun können.

KAPITEL 2
Wie zirkadiane Rhythmen funktionieren, oder: Timing ist alles

Der zweite Teil meiner Forschungen enthüllte weitere Informationen über unsere innere Uhr. Alle Lebewesen der Erde erleben täglich eine unabänderliche und vorhersehbare Veränderung ihrer Umgebung: Aus Tag wird Nacht. Ganz gleich, ob ein Lebewesen in der Wüste, den Bergen oder im Regenwald zuhause ist, und unabhängig davon, ob es vor einer Milliarde Jahren auf diesem Planeten existierte oder heute. Um mit diesem täglichen Wechsel von Hell zu Dunkel umzugehen, hat nahezu jeder lebende Organismus eine Art von innerer Uhr oder zirkadianem Rhythmus entwickelt.

Jedes Lebewesen erledigt während seines 24-Stunden-Tages Folgendes:

•Energieaufnahme (Nahrung)

•Optimierung des Energieverbrauchs durch Nutzen eines Teils der Energie für den jeweiligen Tag und Speichern der restlichen Energie zum späteren Gebrauch

•Schutz vor gefährlichen Stoffen und Raubtieren bzw. Fressfeinden

•Wachstum oder Reparatur

•Fortpflanzung

Alle diese Funktionen werden gesteuert von einer inneren Uhr, die die Fähigkeiten des jeweiligen Organismus zur Ausführung dieser Aufgaben optimiert, indem sie jedem einzelnen Aspekt eine optimale Tagesoder Nachtzeit zuweist.

Die innere Uhr von Pflanzen folgt mehr oder weniger einem 24-Stunden-Rhythmus, in dem Sonnenaufgang und Sonnenuntergang sozusagen einprogrammiert sind, damit die Pflanze Sonnenlicht und Kohlendioxid optimal nutzen und daraus Nahrung herstellen kann. Die Uhr gibt den Rhythmus vor und die Pflanzen heben ihre Blätter eine Stunde oder zwei vor Sonnenaufgang an und aktivieren bestimmte Gene, damit sie bereits die ersten Sonnenstrahlen nutzen können. Am Ende des Tages stellen Pflanzen ihre „Licht-Erntemaschine“ eine oder zwei Stunden vor Sonnenuntergang ab, damit keine Energie darauf verschwendet wird, die Maschine laufen zu lassen, wenn gar kein Licht vorhanden ist. Schließlich sinken die Blätter gegen Abend wieder ab, als wären die Pflanzen bereit, nun schlafen zu gehen.

Zusätzlich verfügen Pflanzen über einen täglichen Rhythmus, der ihnen sagt, wann sie blühen sollen – basierend auf der Jahreszeit oder verschiedenen Tages- oder Nachtzeiten. Dieser Pflanzenrhythmus richtet sich nach dem Rhythmus der bestäubenden Bienen und Insekten, die in den Pflanzenblüten ihre Nahrung finden. Große Pflanzenfresser wie Kühe oder Kamele fressen am Tag und kleine Nagetiere fressen Früchte und Gemüse bei Nacht, um ihren Fressfeinden zu entgehen. Anders gesagt: Sie nutzen ihre innere Uhr, um dann wach zu werden, aktiv zu sein und zu fressen, wenn es am sichersten ist. Selbst der Brotschimmel Neurospora, der auf anderen Lebensmitteln wächst, verfügt über eine innere Uhr, die ihn in einem 24-Stunden-Rhythmus anhält zu wachsen und mehr Sporen zu produzieren. Seine Sporenproduktion ist zeitlich so abgestimmt, dass zur jeweiligen Tageszeit eine optimale Verteilung der Sporen durch den Wind gewährleistet ist.

Wie wir bereits im vergangenen Kapitel gesehen haben, scheint dieses hervorragende Timing zunächst vom Licht abhängig zu sein. Doch erst durch Erforschen der genetischen Komponenten konnten Wissenschaftler wie ich tatsächlich herausfinden, wie innere Uhren genau funktionieren. Wir stellten fest, dass zirkadiane Rhythmen zwar vom Licht beeinflusst werden, das Timing aber durch die Gene bestimmt wird.

Die Genetik unserer inneren Uhr

Der menschliche Körper besteht aus Millionen von Zellen, die alle – je nach ihrer Position im Körper – spezielle Aufgaben haben: Es gibt Zellen, die jeden Körperteil vom Zeh bis zum Gehirn bilden. Dennoch besitzt jede dieser Millionen von spezialisierten Zellen das gleiche Genom, das alle Erbinformationen enthält, die wir von unseren Eltern bekommen haben. Diese Information ist in unserer DNA verschlüsselt. Die einzelnen Segmente, die diese genetische Information enthalten, werden Gene genannt. Einige Gene drücken sich in sichtbaren Eigenschaften aus und bestimmen beispielsweise die Augenfarbe. Andere wiederum steuern biologische Eigenschaften wie die Blutgruppe, das Risiko für bestimmte Krankheiten sowie Tausende von biochemischen Prozessen, einschließlich unserer inneren Uhr.

Diese Prozesse werden durch verschiedene Arten von Proteinen ausgeführt. Einige Proteine sind Enzyme, die wie Werkzeuge arbeiten (Bohrer, Hammer, Meißel usw.). In jeder Zelle führen Enzyme viele verschiedene Aufgaben durch, beispielsweise die Produktion von Cholesterin und das Aufspalten von Fett. Andere Proteine dienen dem Aufbau, sie sind die Bausteine der Zellen, ähnlich wie einzelne Teile Ihres Zuhauses (Wände, Türen usw.). Einige kleine Proteine sind in Wahrheit Hormone (obwohl nicht alle Hormone kleine Proteine sind) – also chemische Botenstoffe, die die Funktionsweise der Organe steuern. Manche Proteine leben lange, andere nur für kurze Zeit.

Die Gesundheit unserer Organe und das Risiko für bestimmte Krankheiten hängt davon ab, welche Gene wir besitzen und wie sie exprimiert, also ausgedrückt sind, sprich: ob ein bestimmtes Gen ein- oder ausgeschaltet ist und ob es sich um ein normales Gen oder eine Mutation handelt. Sicher ist Ihnen schon aufgefallen, dass manche Menschen essen können, was sie wollen, während andere darüber klagen, dass bestimmte Lebensmittel wie Milchprodukte ihnen Verdauungsprobleme bereiten und Blähungen oder Verstopfung auslösen. Menschen, die unter solchen Problemen leiden, haben eine Mutation in dem Gen, das dafür verantwortlich ist, die in Milch enthaltenen Nährstoffe aufzuspalten und zu verarbeiten.

Durch den Vergleich von mutierten Genen mit normalen lernen wir viel darüber, wie Gene funktionieren sollen und welche Folgen eine Mutation hat. In meinem Fachgebiet lernten Forscher, unsere innere Uhr zu verstehen, indem sie nach mutierten Organismen suchten, deren Uhren entweder zu schnell oder zu langsam liefen. Im Jahr 1971 hielten am California Institute of Technology der Genetiker und Fruchtfliegenspezialist Professor Seymour Benzer und sein Doktorand Ron Konopka Tausende von Fruchtfliegen bei konstanter Dunkelheit. Junge Fliegen sind zumeist in der Morgen- und Abenddämmerung aktiv, nehmen tagsüber eine Auszeit und schlafen in der Nacht. Die Fruchtfliegen behielten diesen rund 24 Stunden umfassenden Rhythmus auch bei ständiger Dunkelheit bei. Benzer und Konopka entwickelten einige geniale Methoden, um festzustellen, wann Baby-Fruchtfliegen einschliefen und aufwachten, und das bei kompletter Dunkelheit. Nachdem sie Tausende von Fruchtfliegen beobachtet hatten, fanden sie drei Arten von Mutanten: Fliegen, die früher oder später einschliefen und solche, die gar keinem Muster folgten.¹ Sie stellten auch fest, dass die Nachkommen dieser Fruchtfliegen die anormalen inneren Rhythmen erbten oder beibehielten: Das war die genetische Komponente. Die gleiche Mutation verlagerte auch die Zeit, wann die Fruchtfliegen schlüpften, was den Rückschluss zuließ, dass Fruchtfliegen nur über eine einzige innere Uhr verfügen. Benzer und Konopka nannten das entsprechende Gen Periodengen, oder abgekürzt Per-Gen.

Wissenschaftliche Forschung lässt sich mit dem Lösen eines Kriminalfalls vergleichen. Aus den vorhandenen Hinweisen lässt sich das Profil eines Täters erstellen, aber es kann Monate oder gar Jahre dauern, bis man den Verdächtigen findet und ihm das Verbrechen nachweisen kann. In diesem Fall bedurfte es eines Zeitraums von 13 Jahren und der Arbeit zweier unabhängig voneinander operierender Forscherteams, um herauszufinden, wie das Per-Gen bei Fruchtfliegen tatsächlich aussieht. Und es gingen weitere Jahre ins Land, bis wir wussten, wie dieses Gen eine innere Uhr aufbaut.

Heute wissen wir, dass das Per-Gen in jeder Zelle Befehle gibt, ein Protein zu bilden, das sich langsam aufbaut und nach 24 Stunden zerfällt. Dies gilt für jedes Lebewesen: Es gibt drei Gene, die die innere Uhr von Schwimmschlamm steuern und mehr als ein Dutzend bei Menschen und Tieren. Und so funktioniert es: Nehmen wir einmal an, ein Protein sei ein in Ihrem Eisschrank produzierter Eiswürfel. Das Per-Gen ist die Eismaschine im Kühlschrank und kontrolliert die genaue Menge an Eiswürfeln, die hergestellt wird. Der Kühlschrank produziert immer nur einen Eiswürfel, lässt ihn in einen Behälter fallen und produziert dann den nächsten. Nach einer gewissen Zeit ist der Behälter schwer genug. Die Maschine schaltet sich ab und produziert kein weiteres Eis mehr. Auf die gleiche Weise schaltet sich das Per-Gen ab, sobald genügend Per-Protein hergestellt wurde.

Jeden Tag nehmen wir alle Eiswürfel aus dem Behälter und machen Smoothies für die ganze Familie. Dann stellen wir den Behälter wieder in den Kühlschrank und die Eismaschine beginnt erneut, Eiswürfel zu produzieren, bis der Behälter voll ist. Und da das „Per-Gen“ der Maschine sich nicht verändert, stellt sie jeden Tag die gleiche Menge an Eiswürfeln her. Die Zeit, die die Maschine für die Eiswürfel benötigt und wir für das Leeren des Behälters, ist immer gleich. Diesen Zeitraum kann man als einen Zyklus ansehen. Wenn dieser Zyklus einen Zeitraum von etwa 24 Stunden umfasst, wird er als zirkadiane Uhr betrachtet.

Wenn nun jeder Eiszubereiter jederzeit perfekt arbeiten würde, hätten wir alle jeden Tag identische Rhythmen. Das Problem liegt darin, dass die Art und Weise, wie Sie mit Ihrem Eisbereiter umgehen, seine Funktionsweise verändert. Wenn Sie jeden Tag nur wenige Eiswürfel entnehmen, nimmt der Prozess der Herstellung eines ganzen Behälters voller Eiswürfel einen geringeren Zeitraum in Anspruch. Wenn Sie den Behälter am Abend, während der Eisbereiter noch dabei ist, frische Eiswürfel herzustellen, erneut leeren, um einige Cocktails zu machen, bleiben der Maschine nicht mehr genügend Stunden, um den Eisbehälter bis zum Morgen wieder komplett zu füllen. Auf vergleichbare Weise unterbrechen Sie Ihre zirkadianen Rhythmen, wenn Sie bei hellem Licht wach bleiben oder bis mittags schlafen.

Ein weiteres Problem stellt sich ein, wenn Sie von Anfang an eine Maschine haben, die schlecht funktioniert, etwa in Form einer Mutation. Wenn das „Per-Gen“ der Eismaschine eine Mutation aufweist, stellt sie das Eis eventuell zu schnell oder zu langsam her. Es könnte auch sein, dass der Sensor, der der Maschine signalisiert, die Eisherstellung zu unterbrechen, defekt ist, sodass sie die Eisproduktion einstellt, obwohl der Behälter erst halb voll ist oder wenn er schon überquillt. Die Fehlfunktion der Maschine beeinflusst, wie lange sie benötigt, um eine Ladung Eiswürfel zu produzieren und den Behälter komplett zu füllen.

Jedes Organ hat eine eigene Uhr

Die Wissenschaft ging zunächst davon aus, dass es nur eine Uhr gab, die den gesamten Körper steuerte und im Gehirn saß – bis das Experiment eines Medizinstudenten diese Annahme über den Haufen warf. Jeff Plautz, der während der Promotion nur einige Jahrgänge über mir war, nahm Fruchtfliegen und fusionierte ihre Per-Gene mit einer im Dunklen leuchtenden Fluoreszenzmarkierung. Mit Zugang zu ausreichend Nahrung und Wasser leuchteten diese Fliegen grün und dimmten das Licht in einem 24-Stunden-Zyklus, auch wenn sie in einem komplett dunklen Raum gehalten wurden. Eines Tages räumte Plautz in seinem Labor auf. Er zerkleinerte einige lebende Fruchtfliegen und verwendete die einzelnen Teile – Flügel, Fühler, Beine, Hinterkörper usw. – für ein weiteres Experiment. Er hatte gehört, dass die Organe selbst nach dem Zerteilen einer Fliege noch einige Tage leben würden. Er flog für eine Woche nach Las Vegas in den Urlaub und als er zurück in sein abgedunkeltes Labor kam, stellte er fest, dass Fühler, Beine, Flügel und Hinterkörper, die komplett vom Kopf der Fliege getrennt worden waren, immer noch in einem perfekten Rhythmus glühten, genau wie eine vollständige Fliege es getan hatte. Die Organe mussten nicht mit dem Körper verbunden sein, um synchron in einem 24-Stunden-Rhythmus zu leuchten und sich abzudunkeln. Dieses Experiment belegte, dass jedes Organ eines Tieres seine eigene Uhr hat und dass diese Uhren nicht vom Gehirn gesteuert werden müssen, um zu funktionieren. Die Entdeckung von Plautz wurde von der Zeitschrift Science zu einer der zehn wichtigsten des Jahres 1997 gewählt.

Nehmen wir einmal an, der menschliche Körper sei ein Haus und jedes seiner Organe ein anderer Raum mit einer eigenen Uhr. Die Uhr im Schlafzimmer sagt Ihnen, wann Sie schlafen gehen und aufwachen sollen. Die Uhr in Ihrem Arbeitszimmer meldet, wann es Zeit ist zum Arbeiten, die Uhr in der Küche, wann Sie essen sollten, und die Uhr im Badezimmer, wann Sie …, nun, Sie wissen schon. Ich denke, Sie haben das Prinzip verstanden. Wir wissen heute, dass die Uhr in unserem Darm bestimmt, wann wir Hormone für Hunger oder Sattheit produzieren, Verdauungssaft zur Nahrungsverwertung bilden, Nahrung aufnehmen und das Darm-Mikrobiom anstoßen, um seinen Job zu erledigen und Abfallprodukte aus dem Dickdarm zu befördern. Die Uhr in der Bauchspeicheldrüse bestimmt, wann mehr Insulin produziert werden soll und wann die Produktion heruntergefahren wird. Auch die Uhren in den Muskeln, der Leber und dem Fettgewebe, das wir ansammeln, machen ihre Arbeit und sorgen für eine Feinabstimmung der Funktion des jeweiligen Organs.

Ich bin bei meinen Forschungen noch einen Schritt über die Uhrengene hinausgegangen und habe mich gefragt: Wie regulieren die Uhren den Schlafmesser im Gehirn im Vergleich zu beispielsweise der Steuerung des Stoffwechsels in der Leber? Während andere Forscher sich darauf konzentrierten, auf welche Weise sich Dutzende Uhrengene zu unterschiedlichen Tages- und Nachtzeiten im Gehirn oder der Leber an- und ausschalten, wollte ich den Bogen mit meinem Team weiter spannen und testen, welche der über 20 000 Gene in unserem Genom sich zu verschiedenen Zeiten in unterschiedlichen Organen ein- und ausschalten. Im Jahr 2002² starteten wir eine Studie und nutzten dafür die moderne Gentechnologie. Dank dieser Forschung, die immer noch läuft und die wir ständig verfeinern, entdeckten wir, dass sich in jedem Organ Tausende von Genen auf synchronisierte Weise zu verschiedenen Zeiten ein- und ausschalten.

Jedes Gen in unserem Genom hat einen zirkadianen Zyklus, wobei die einzelnen Gene unterschiedliche Zyklen haben und teilweise nur ein Organ betreffen. Das bedeutet, dass es in unserem Genom für jedes Gewebe einen verborgenen Zeitcode gibt. Obwohl jede einzelne Zelle unseres Körpers das gesamte Erbgut enthält, haben wir im Jahr 2002 bei unseren Untersuchungen herausgefunden, dass bis zu 20 Prozent der Gene zu verschiedenen Zeiten ein- oder ausgeschaltet werden können. Der Körper kann schließlich nicht alle biologischen Funktionen gleichzeitig ausführen. Noch interessanter ist, dass die 20 Prozent Gene, die für eine bestimmte Zeit im Gehirn ausgeschaltet werden, nicht die gleichen sind, die in der Leber, dem Herzen oder den Muskeln ausgeschaltet werden. Genaue Kenntnisse über die Aktivität der Gene und ihren Zeitcode machen deutlich, wie der zirkadiane Rhythmus die Zellfunktion optimiert.

Schauen wir uns also einmal an, welche Zellaktivitäten in zyklischer Weise erfolgen:

•Die Nährstoff- oder Energie-Bahnen – die Hunger- und Sättigungsbahnen der Zelle – sind zirkadian. Genau wie unser gesamter Körper hungrig ist, wenn die sofort verfügbare Energie zur Neige geht, und gesättigt, nachdem wir gegessen haben (und er nachts nicht allzu hungrig ist), verfügt auch jede Zelle in jedem Organ über einen Mechanismus, der am Tag die Tür öffnet und Nährstoffe einfließen lässt. Wenn genügend Energie aufgenommen wurde, schließt die Zelle die Tür, um eine Übersättigung zu vermeiden.

•Der Energiestoffwechsel ist zirkadian. Er beeinflusst die Zellfunktion und die Verstoffwechselung aller wichtigen Nährstoffe. Die Nutzung und Einlagerung von Kohlenhydraten, Fett oder Protein ist kein ständig ablaufender Prozess. Wenn Zucker aus dem Blut aufgenommen und zur späteren Verwendung in Fett oder Glykogen umgewandelt wird, wird gleichzeitig die Fettabbau-Funktion des Körpers stillgelegt. Erst wenn der Zucker verbraucht ist, wird der Fettabbau fortgesetzt.

•Die Wartungsmechanismen der Zelle sind zirkadian. Jede chemische Reaktion, speziell bei der Energieerzeugung der Zelle, erzeugt Abfälle in Form von reaktiven Sauerstoffspezies (auch Sauerstoffradikale genannt). Das ist vergleichbar mit Küchenfett oder Öldünsten, die aus einer heißen Pfanne aufsteigen. In der Küche reagieren wir, indem wir die Dunstabzugshaube einschalten und eine Schürze anziehen. In ganz ähnlicher Weise besitzen auch unsere Zellen einen Mechanismus, der zu bestimmten Zeiten aufräumt und sauber macht. Das schließt auch eine Entgiftung mit ein.

•Zellreparatur und Zellteilung verlaufen zirkadian. Unser Körper wird jeden Tag repariert und verjüngt. Genau wie die Rohrleitungen in unserem Haus veralten und nach einer Weile undicht werden, besitzen wir Hunderte von Kilometern an Blutgefäßen, die auf Dichtigkeit geprüft und repariert werden müssen. Auch unsere Darmschleimhaut und unsere Haut müssen täglich repariert werden, um zu verhindern, dass Bakterien, Chemikalien und Schadstoffe in unseren Körper eindringen. In jedem Organ sterben viele Zellen und müssen ersetzt werden. Das betrifft auch unsere Blutkörperchen. Diese Reparaturarbeiten in Form der Bildung von Ersatzzellen passieren nicht irgendwann, sondern zu einer speziellen Tageszeit, nämlich nachts, wenn wir schlafen.

•Die Zellkommunikation ist zirkadian. Unsere Organe müssen miteinander kommunizieren und dies geschieht in einem bestimmten Rhythmus. Wenn wir beispielsweise satt sind, wird im Fettgewebe des Körpers das Hormon Leptin produziert, das Signale ans Gehirn sendet und uns davon abhält, noch mehr zu essen. Während des Essens regen Hormone aus dem Darm die Bauchspeicheldrüse an, Insulin zu produzieren, sodass die Glukose aus der Nahrung von Leber und Muskeln aufgenommen werden kann. Dieser Austausch ist zu bestimmten Tageszeiten stärker, zu anderen schwächer.

•Die Zellsekretion ist zirkadian. Jede Zelle produziert etwas Wertvolles für Nachbarzellen oder den gesamten Körper. Folglich produziert jedes Organ etwas, das in den Blutkreislauf transportiert wird oder an ein Nachbarorgan. Die Produktion und Abgabe dieser Moleküle ist zirkadian. So stellt die Leber beispielsweise verschiedene Arten von Molekülen her, die zur Bildung von Blutgerinnseln erforderlich sind. Da die Blutgerinnungsfaktoren zirkadian sind, können wir bei sorgfältigem Messen der Blutungs- oder Verkrustungszeit einen zirkadianen Rhythmus feststellen. So kann man beispielsweise optimale Zeiten für Operationen festlegen und die Heilung beschleunigen. Unsere Schleimhäute in Nase, Darm und Lunge produzieren Schmierstoffe und diese Produktion folgt ebenfalls einem bestimmten inneren Rhythmus.

•Nahezu jeder Wirkort eines Medikaments unterliegt zirkadianen Rhythmen. Das ist eine der wichtigsten Erkenntnisse zirkadianer Forschung, speziell für Menschen, die unter chronischen Krankheiten oder Krebs leiden. Wie wir wissen, schalten sich Tausende von Genen in einem Organ zu bestimmten Zeiten ein und aus. Nehmen wir einmal an, wir könnten das Gen ansteuern, das ein Protein zur Cholesterinproduktion in der Leber herstellt. Dieses Protein folgt einem täglichen Rhythmus, indem es mehr Cholesterin am Morgen produziert und weniger am Abend. Wollten wir die Cholesterinproduktion in der Leber senken, wäre es dann nicht am besten, wenn unser Medikament das cholesterinproduzierende Protein genau dann blockieren würde, wenn es am aktivsten ist?

SCN: Der Taktgeber

Auch wenn schon länger klar war, dass Zellen untereinander kommunizieren, fragten wir uns doch, ob unsere inneren Uhren zusätzlich von Organ zu Organ miteinander in Kontakt standen. Forscher fanden einen kleinen Zellhaufen, der als Hauptuhr beziehungsweise Taktgeber dient, genau wie die Atomuhren die Taktgeber für alle anderen Uhren in der Welt sind. Diese Zellen, die gemeinsam als suprachiasmatischer Nucleus oder kurz SCN bezeichnet werden, sitzen am Hypothalamus, dem Zentrum der Hirnbasis, wo sich die Steuerzentren für Hunger, Sättigung, Schlaf, Stressreaktion, Flüssigkeitshaushalt und so weiter befinden. Die 20 000 Zellen, aus denen der SCN besteht, sind unmittelbar verbunden mit der Hypophyse, die Wachstumshormone produziert; mit den Nebennieren, die Stresshormone abgeben; mit der Schilddrüse, die Schilddrüsenhormone abgibt und mit den Keimzellen, die Fortpflanzungshormone produzieren. Der SCN ist außerdem indirekt mit der Zirbeldrüse verbunden, die das Schlafhormon Melatonin herstellt.³

Die Funktion des SCN ist so entscheidend für den täglichen Rhythmus, das bei seiner chirurgischen Entfernung, wie dies im Rahmen eines Experiments an Nagetieren durchgeführt wurde, die Tiere all ihre Rhythmen verlieren. Tatsächlich verlieren Patienten im Endstadium der Alzheimer-Krankheit, sofern der SCN ebenfalls degeneriert, jedes Zeitgefühl. Die Zeiten am Tag oder bei Nacht, wenn sie zu Bett gehen, Hunger verspüren oder Stuhlgang haben, sind völlig beliebig.

Der SCN ist die Verbindung zwischen Licht und Zeitabläufen, da er aus der Außenwelt Informationen über Licht bezieht und diese an den Rest des Körpers weitergibt. Die Melanopsin-Zellen der Netzhaut stehen in direkter Verbindung zum SCN, weshalb unsere Hauptuhr sehr empfindlich auf blaues Licht reagiert. Wenn der SCN durch blaues Licht wieder in den Takt gebracht wird, wirkt sich dies auch auf alle anderen Uhren im Hypothalamus aus: Hypophyse, Nebennieren, Zirbeldrüse usw. Die anderen Uhren im Körper, beispielsweise die Uhren von Leber und Darm, erschaffen ihre zirkadianen Rhythmen aus einer Kombination der Informationen des SCN und der Nahrung, die wir zu uns nehmen. Der Taktgeber im SCN ist verbunden mit dem Hungerzentrum im Gehirn, sodass genau genommen der SCN dem Gehirn mitteilt, wann wir hungrig sind und wann nicht. Auf diese Weise bestimmt der SCN, wann wir essen sollen, was indirekt dann wieder die Uhren von Leber, Darm, Herz und so weiter stellt.

Es gibt einen zirkadianen Rhythmus für das Trinken von Wasser, der unserer Leber und unseren Muskeln hilft, viele Aufgaben zu erledigen. Leberzellen schwellen an, wenn Sie Nahrung zu sich nehmen, um ihr eigenes Protein herzustellen (die Leber produziert das meiste Bluteiweiß). Die Zellen können nur anschwellen, indem sie Wasser aufnehmen. Aus diesem Grund hilft eine ausreichende Wasserzufuhr unseren Organen dabei, die notwendigen chemischen Reaktionen durchzuführen, um Energie bereitzustellen und die Vitalfunktionen am Laufen zu halten.

Das System ist flexibel genug, um sich innerhalb weniger Tage umzustellen, wenn Nahrung zu einer ungewohnten Zeit aufgenommen wird. Der Darm stellt sich neu ein und produziert dann wieder Verdauungssaft kurz bevor die Nahrung ankommt, und die Leberuhr bereitet sich darauf vor, die Nährstoffe zu verarbeiten, die vom Darm aufgenommen werden. Nach etwa einer Woche sind einige der Uhren im Gehirn betroffen. Sie werden neu gestellt und passen sich an die neuen Essenszeiten an. Auf diese Weise wird deutlich, in welcher Weise das Licht und unsere Essensgewohnheiten Auswirkungen auf viele dieser inneren Uhren haben.

Die drei Grundrhythmen

Die Uhren in den verschiedenen Organen arbeiten wie ein Orchester zusammen, um drei Grundrhythmen zu erzeugen, die die Grundlage für unsere Gesundheit darstellen – Schlaf, Essen und Bewegung. Diese Rhythmen sind miteinander verwoben und, was noch wichtiger ist, wir können sie steuern. Wenn alle einwandfrei funktionieren, sind wir vollkommen gesund. Doch wenn nur ein Rhythmus aus dem Takt gerät, sind die anderen beiden irgendwann auch betroffen und wir geraten gesundheitlich in eine Abwärtsspirale.

Die Rhythmen Ihres Körpers sind wie eine belebte Straßenkreuzung, die von Ampeln reguliert wird. Jede Aktivität, von der Arbeit des Gehirns bis hin zur Nahrungsverarbeitung, funktioniert genau wie ein Verkehrsstrom. Jede Funktion kommt aus einer bestimmten Richtung, aber am Ende läuft alles an einem Ort zusammen. Wenn wir kein richtiges Leitsystem haben, geraten wir aus dem Rhythmus. Da nicht alle Körperfunktionen gleichzeitig stattfinden können, stehen wir entweder endlos lange vor einer roten Ampel oder unsere Rhythmen geraten miteinander in Konflikt wie Autos, die auf der Kreuzung ineinander krachen. Wenn wir nicht auf die Ampeln achten oder gegen den optimalen Rhythmus anarbeiten, entsteht ein Durcheinander, unter dem am Ende unsere Gesundheit leidet.

Rhythmus Nr. 1: Schlaf – Die Wahrheit über Lerchen und Eulen

Viele Menschen glauben, dass sie ausgesprochen früh oder spät zu Bett gehen und entsprechend früh oder spät aufwachen. Sie schreiben diese Schlafgewohnheiten genetischen Ursachen zu und beschreiben sich dann entweder als Nachteulen, die lange aufbleiben können, oder als Lerchen, also Morgenmenschen, die früh wach werden.

In Wahrheit ist es so, dass die Frage, ob wir Morgenmenschen oder Nachteulen sind, sich mit dem Alter ändern kann. Kleinkinder werden in der Regel früh wach, weil sie schon früh am Abend einschlafen. Wenn Sie versuchen, Ihr Kind bis 21 oder 22 Uhr wach zu halten, dann stören Sie damit seinen natürlichen Einschlafrhythmus. Das Verschieben des natürlichen Schlafmusters von Kindern ist zu einem schwerwiegenden Gesundheitsproblem geworden und wirkt sich auf die Hirnentwicklung aus. Selbst Fälle von Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörungen (ADHS) und Autismus-Spektrum-Störungen (ASD) bei Erwachsenen werden mittlerweile mit spätem Zubettgehen, zu wenig Schlaf und dem hauptsächlichen Aufenthalt in geschlossenen Räumen in Verbindung gebracht.⁴ Natürlich bleiben Kinder manchmal abends länger wach, weil es nur normal ist, dass Eltern Zeit mit ihren Kindern verbringen wollen. Das ist vor allem in China und Indien ein großes Problem, wo die Eltern aufgrund langer Arbeitswege abends oft erst spät zu Hause sind.

Auch Teenager gehen meist spät zu Bett und schlafen dann bis in den Morgen hinein. Die meisten Schüler im Highschool-Alter bleiben problemlos bis nach Mitternacht wach, bekommen dann aber nicht ausreichend Schlaf, wenn sie vor sieben Uhr morgens aufstehen müssen, um zur Schule zu gehen.

Wenn wir älter werden, in den Jahren zwischen 30 und 50, werden wir ganz von selbst wieder zu Frühaufstehern. Das bedeutet, dass es uns leichter fällt, abends einzuschlafen und wir wahrscheinlich morgens von selbst zu Tagesanbruch wach werden. Im Anschluss an die Pubertät besteht die Tendenz, dass Frauen früher wach werden als Männer. Dieser Unterschied löst sich im mittleren Alter auf, wenn die Produktion der Geschlechtshormone nachlässt – auch ein Signal dafür, auf welche Weise der Geschlechtshormonpegel Schlafmuster beeinflusst.⁵

Wir sind darauf programmiert, als Babys mindestens neun Stunden zu schlafen und für den Rest unseres Lebens ein Schlafmuster von sieben Stunden beizubehalten, aber unser gesamtes Uhrensystem lässt mit der Zeit ein wenig nach und wird weniger effektiv. Mit zunehmendem Alter lässt der innere Trieb nach ununterbrochenen Schlaf- oder Wachphasen nach. Wir werden durch Geräusche oder Licht schneller geweckt und haben Probleme, wieder einzuschlafen. Genau dann wird das Pflegen einer inneren Uhr durch bessere Gewohnheiten zu einem kritischen Faktor.

Während viele Menschen davon ausgehen, dass Veränderungen ihres Schlafzyklus von den Genen beeinflusst werden, ist die Wahrscheinlichkeit einer solchen Genmutation sehr gering. Nur äußerst wenige Menschen weisen eine Genmutation auf, die ihre innere Uhr so massiv verstellt, dass sie Probleme haben, sie über neue Gewohnheiten umzustellen. Das Untersuchen dieser Menschen hat uns allerdings wichtige Einblicke in den menschlichen zirkadianen Zyklus gegeben.

Eine Frau namens Betty hatte ein Schlafproblem, und es war so gravierend, dass sie nach einer Lösung suchte. Zwar bekam Betty die viel zitierten sieben Stunden Schlaf am Tag, aber zu Zeiten, die nicht der Norm entsprachen. Jeden Abend ging sie um 19 Uhr ins Bett und wachte gegen 2 Uhr nachts auf. Ihr Schlafverhalten war ein großes Problem für sie, denn es grenzte die Zeit ein, in der sie ein normales Sozialleben führen konnte. Betty suchte viele Schlafspezialisten auf, die sie alle untersuchten und ihr dann bestätigten, dass sie kerngesund sei, da sie ja ihre sieben Stunden Schlaf bekomme. Doch obwohl sie sich wirklich große Mühe gab, gelang es ihr nicht, ihr Schlafmuster zu ändern.

Der letzte Arzt, an den sie sich wendete, war Christopher Jones von der University of Utah, der zunächst auch glaubte, dass Bettys Schlafroutine kein Problem darstelle, bis sie ihm berichtete, dass mehrere ihrer Familienmitglieder genau das gleiche Muster aufwiesen. Jones kam sofort auf die Idee, dass es sich hier um eine genetische Mutation innerhalb der Familie handeln könnte. Er erzählte dem Molekularbiologen Louis Ptacek und seiner Frau Ying-Hui Fu, ebenfalls Molekularbiologin, Bettys Geschichte und beide nahmen sich des Falls an. In den nächsten Jahren fanden Ptacek und Fu eine einzige Veränderung an Bettys Per-Gen – dem gleichen Gen, das bei den Fruchtfliegenexperimenten von Seymour Benzer und Ron Konopka verändert worden war. Zum ersten Mal konnte die Mutation eines einzigen Gens bei einem Menschen eindeutig mit einer Veränderung des Schlaf-Wach-Rhythmus oder zirkadianen Rhythmus in Verbindung gebracht werden.⁶

Diese einzige und äußerst selten vorkommende Mutation bewirkte, dass Bettys Uhr schneller lief als normal und dies auch nicht zu ändern war. Am Morgen beginnt unsere Gehirnuhr ab dem ersten Sonnenlicht die Stunden zu zählen, die wir wach sind. Meist stößt sie uns nach 12 Wachstunden an, uns langsam aufs Schlafengehen vorzubereiten. Nachdem wir dann 16 Stunden am Stück wach waren, wollen die meisten von uns schlafen. Aber Bettys Uhr lief schneller. Für ihr Gehirn entsprachen 12 Stunden Wachsein bereits 14 Stunden und wenn sie 14 Stunden wach war, glaubte ihr Gehirn, es seien 16 Stunden. Deshalb war es für sie nahezu unmöglich, wach zu bleiben.

Einige Jahre später entdeckte Fu eine Familie, die eine andere Mutation des Gens Dec2 aufwies, die potenziell zu einem reduzierten Schlafbedürfnis führte. Menschen mit dieser Mutation wachen bereits nach fünf Stunden Schlaf erholt auf und sind in ihrer Leistungsfähigkeit in keinerlei Hinsicht eingeschränkt.⁷

Doch selbst wenn Sie mit solchen Genproblemen zu kämpfen haben, können gesunde Gewohnheiten die schädlichen Auswirkungen aufheben. Obwohl es Betty schwerfiel, bis spät am Abend wach zu bleiben und Freunde zu treffen, nutzen andere Betroffene diese Verschiebung aus, indem sie eher mit der Arbeit beginnen und so früher nach Hause gehen können. Doch die meisten Menschen, vor allem Langschläfer, haben nicht mit Gendefekten zu kämpfen, sondern eher mit Gewohnheiten, die ihrem Zirkadian-Code zuwiderlaufen.

Ich kam einmal mit einem erfolgreichen Geschäftsmann ins Gespräch, der mir erzählte, wie schwer es ihm fiel, nachts einzuschlafen und mehrere Stunden am Stück zu schlafen. Er war davon überzeugt, „schlechte Schlafgene“ zu besitzen. Aber nachdem ich mich mit ihm für einige Minuten über seine täglichen Gewohnheiten und Essenszeiten unterhalten hatte, wurde mir klar, dass sein Schlafproblem durch die drei Tassen starken Kaffee verursacht wurde, die er jeden Tag zwischen dem späten Nachmittag und seiner Bettgehzeit trank. Sobald er damit aufhörte, nachmittags Kaffee zu trinken, begann er um 22 Uhr einzuschlafen und ganze sieben Stunden durchzuschlafen.

Ein weiteres Beispiel dafür, dass schlechte Gewohnheiten der Grund sind, dass wir uns für Morgenmenschen oder Nachteulen halten, liefert das Experiment von Ken Wright Jr. an der University of Colorado in Boulder. Er leitete einen Campingausflug für Menschen, die sich selbst dem gemäßigten Spektrum der Nachteulen zuordneten: Sie gingen spät zu Bett und wurden morgens spät wach. Vor dem Ausflug überwachten alle Teilnehmer ihre Schlafmuster und nahmen Speichelproben, um herauszufinden, zu welchem Zeitpunkt ihr Körper die größte Menge des Schlafhormons Melatonin produzierte. Wright fand heraus, dass bei vielen der Nachteulen die Melatoninproduktion verspätet einsetzte. Ihr Schlafhormonspiegel stieg nicht vor 22 Uhr an und erreichte seinen Höhepunkt erst nach Mitternacht.

Nachdem die Gruppe zwei Tage in der Wildnis gecampt hatte, wurden erneut Speicheltests gemacht. Zur Überraschung aller hatte sich bei den Nachteulen der Melatoninrhythmus normalisiert, der nun – im Vergleich zur Zeit vor dem Ausflug – entsprechend früher am Abend einsetzte. Die Teilnehmer konnten jetzt vor 22 Uhr schlafen gehen. Ihr Melatoninspiegel stieg bereits gegen 19 oder 20 Uhr an, anstatt erst zwei bis drei Stunden später, und sie konnten nicht mehr so lange wach bleiben.⁸ Die Veränderung hing nicht mit unbequemen Schlafgelegenheiten zusammen, sondern mit dem Fehlen von hellem Licht am Abend und dem Auslassen anderer schlechten Angewohnheiten, etwa dem Arbeiten bis in die Nacht hinein und Koffein am späten Abend. Durch das Fehlen von hellem Licht bei Nacht konnten diese Menschen wieder ihren normalen zirkadianen Rhythmus aufnehmen.

Dieses Experiment ist einer der Gründe, warum ich glaube, dass wir unsere Gesundheit selbst in der Hand haben. Gewohnheiten zu korrigieren, ist der Schlüssel zur Verbesserung unseres Zirkadian-Codes. Ich habe den Effekt am eigenen Leib erlebt. Als ich mit einigen Kollegen im Masai-Mara-Nationalpark in Kenia zeltete – ohne elektrisches Licht und umgeben von wilden Tieren –, hatten wir keine Veranlassung, bis spät in die Nacht wach zu bleiben. So gut wie dort hatte ich schon seit Jahren nicht mehr geschlafen und ich wachte mehrere Tage lang rund eine halbe Stunde vor Sonnenaufgang erfrischt auf. Als ich nach San Diego zurückkehrte, stellte sich mein altes Schlafmuster wieder ein – ich ging spät nachts ins Bett und versuchte, eine Stunde nach Sonnenaufgang wach zu werden. Als ich mit meinen Kollegen darüber sprach, zeigten sie mir die vielen Unterschiede zwischen dem Leben in San Diego und dem im Masai-Mara-Nationalpark auf: In Kenia war ich am Tag jeder Menge Licht ausgesetzt, während es nachts fehlte. Auch war es stiller, die Temperaturen sanken bei Nacht und ich hatte früher zu Abend gegessen. All diese Faktoren hatten zu besserem Schlaf beigetragen.

Rhythmus Nr. 2: Essenszeiten und ihre Auswirkungen auf die innere Uhr

Wenn die wichtigste Aufgabe des zirkadianen Systems darin besteht, die Energieaufnahme zu optimieren und das Überleben zu sichern, was passiert dann mit ihm, wenn Nahrung zur falschen Zeit zur Verfügung steht? Was geschieht beispielsweise, wenn Nagetiere nur am Tag Nahrung erhalten, wenn sie eigentlich schlafen und fasten sollen? Ignoriert der SCN-Taktgeber die Nahrung? Das hätte – gelinde gesagt – ungünstige Auswirkungen auf die Gesundheit, denn wenn die Tiere das Futterangebot ignorieren, sterben sie. Wenn Mäuse lernen, dass Futter nur am Tag zur Verfügung steht, beginnen sie eine Stunde vor Ankunft der Nahrung aufzuwachen, um nach Futter zu suchen. Man könnte also sagen, sie entwickeln einen Mechanismus zur Vorhersage von Futter. Nachdem sie gefressen haben, schlafen sie allerdings wieder (wie sie dies für gewöhnlich tagsüber tun) und sind erst nachts wieder aktiv. Ihre SCN-Uhr, die ihren täglichen Schlaf-Wach-Rhythmus kontrolliert, funktioniert also weiterhin einwandfrei, abgesehen von einer kurzen Phase am Tag, wenn sie aufwachen, um zu fressen.

Wenn Mäuse tagsüber fressen, was von der Natur ja so nicht vorgesehen ist, was geschieht dann mit der Nahrung? Wird sie verdaut und in der Leber verarbeitet, wo die Leberuhr den Stoffwechsel steuert? Bis zu diesem Zeitpunkt hatten wir geglaubt, dass die Leber zwar eine Uhr hat, deren Funktion aber zumindest teilweise vom Gehirn gesteuert wird, das ein Signal an die Leber sendet. Gleichzeitig waren wir skeptisch, denn es würde eine Menge Energieaufwand und Mühe für die Leber bedeuten, so sehr vom Gehirn abhängig zu sein. Und es gab ein weiteres Paradoxon: Wenn ein Tier jeden Tag zur falschen Zeit Nahrung aufnimmt und seine Leberuhr auf eine Verstoffwechselung in der Nacht programmiert ist, wäre die Leber nicht in der Lage, am Tag aufgenommene Nahrung zu verarbeiten.

Wir führten also 2009 ein einfaches Experiment durch. Wir nahmen einige nachtaktive Tiere, in diesem Fall Mäuse, und fütterten sie nur am Tag. Dann sahen wir uns ihre Leberfunktion an und stellten fest, dass sich nahezu jedes Leber-Gen, das sich innerhalb von 24 Stunden ein- und ausschaltet, komplett an der Nahrungsaufnahme orientierte und Zeitpunkt und Licht keine Rolle spielten.⁹ Es war also das Futter, das die Leberuhr steuerte, nicht das Gehirn.

Die Untersuchungsergebnisse änderten unsere Sicht auf den zirkadianen Rhythmus und seine Beziehung zu Licht und Nahrung. Anstatt zu glauben, dass die Organe des Körpers alle Informationen über den richtigen Zeitpunkt aus der Außenwelt über die Blaulicht-Sensoren im Auge bezogen, wussten wir nun, dass der Körper auch auf andere Hinweise reagierte. Genauso wie das erste Morgenlicht unsere Gehirnuhr stellt, stellt der ersten Bissen am Tag unsere Organuhren. Tatsächlich kann die Nahrungsinformation ein so starkes Signal sein, dass sie das Hauptsignal der SCN-Uhr überschreibt.

Denken Sie einmal an Ihr Frühstück am Morgen. Ist Ihnen schon einmal aufgefallen, dass Sie morgens immer zur gleichen Zeit hungrig werden, ganz gleich, wie viel sie am Abend zuvor gegessen haben? Das hängt damit zusammen, dass Ihre Gehirnuhr oder die Uhr in Ihrem Hungerzentrum dem Körper sagt, wann er hungrig sein sollte. Gleichzeitig sprechen Gehirn und Darm miteinander und die Uhr im Darm instruiert das Gehirn, sich auf ein Frühstück vorzubereiten. Die Bauchspeicheldrüse ist bereit, Insulin abzugeben, die Muskeln sind bereit für die Aufnahme von Glukose, und die Leber ist bereit, Glykogen zu speichern sowie Fett herzustellen und einzulagern.

Wenn Sie in der Regel um acht Uhr morgens frühstücken, dann haben Sie quasi eine Verabredung mit Magen, Leber, Muskeln, Bauchspeicheldrüse und so weiter – und alle werden bereit sein, das Frühstück um 8 Uhr zu verarbeiten. Dieser erste Bissen ist auch eine der Verbindungen Ihrer Uhr zur Außenwelt: Das Frühstück wird zum Signal, das die innere Uhr mit der Zeit in der Außenwelt synchronisiert. Solange Sie mehr oder weniger um acht Uhr frühstücken, laufen Ihre innere Uhr und die Außenwelt synchron.

Aber nehmen wir einmal an, sie stehen eines Tages früher auf, weil sie auf einen frühen Flug von Hamburg nach Istanbul gebucht sind, und ihre Routine wird unterbrochen. Anstatt um acht Uhr zu frühstücken, „müssen“ Sie dies schon um sechs Uhr tun. Schließlich hat man Ihnen beigebracht, dass das Frühstück die wichtigste Mahlzeit des Tages ist und man es keinesfalls ausfallen lassen sollte. Wie Sie so vor Ihrer Müslischale sitzen, werden Sie wahrscheinlich feststellen, dass Sie gar nicht wirklich hungrig sind, und zwar deshalb, weil Ihr Gehirn kein Signal an den Magen gesendet hat, die Verdauungssäfte für Ihr Essen vorzubereiten. Ihre Leber und die restlichen Organe sind ebenfalls noch nicht so weit.

Aber egal: Sie wissen es besser und essen trotzdem etwas. Mit dem ersten Bissen schaltet Ihr Magen in den Notfallmodus und verarbeitet die Nahrung. Der Körper muss alles stehen und liegen lassen, was er sonst um diese Uhrzeit erledigt und seine Aufmerksamkeit der ankommenden Nahrung zuwenden. Oder er ignoriert sie und sie bleibt einige Stunden lang unverdaut liegen. In der Regel aber entscheidet sich der Körper für die erste Option. Er hält alle Aktivitäten an, die er normalerweise vor dem Frühstück abarbeitet, beispielsweise das Entleeren des Darms und das Verbrennen gespeicherter Energie. Wenn also ein frühes Frühstück erscheint, muss der Körper die Entleerung stoppen und den Fettverbrennungsschalter umlegen, damit er nun die frische Nahrung, die Sie gerade essen, als Energiequelle nutzt.

Aber das ist noch nicht alles. Die Uhren in Ihrem Magen, der Leber, den Muskeln, der Bauchspeicheldrüse und so weiter nehmen das unerwartete Frühstück ebenfalls zur Kenntnis und kommen durcheinander. Diese Uhr glauben dann vielleicht, sie gingen falsch und es wäre schon acht Uhr. Um die „verlorene Zeit“ aufzuholen, werden die Uhren in diesen Organen nun versuchen, schneller zu gehen. Aber Ihre zirkadiane Uhr hat viele Zahnräder und es ist nicht so einfach, den Lauf all dieser Uhren in unterschiedlichen Organen zu beschleunigen und wieder in Einklang zu bringen. Ihre Selbstregulierungskapazität ist meist auf rund eine Stunde pro Tag begrenzt.

Wenn Sie am nächsten Tag zum Frühstück gehen, ist es zwar acht Uhr morgens in Istanbul, aber Ihr Körper glaubt immer noch, es sei sechs Uhr morgens in Hamburg, und Ihr Magen ist noch nicht für die Nahrungsaufnahme bereit. Er schaltet wieder in den Notfallmodus und versucht, die Nahrung zu verarbeiten. Und er versucht auch erneut, die Uhren vorzustellen.

Ungefähr ab dem vierten Tag haben sie einen komplett neuen zirkadianen Rhythmus aufgebaut, der an die neuen Umstände angepasst ist. Aber wissen Sie was? Ihr Kurzurlaub ist leider schon wieder zu Ende und Sie fliegen nach Hause. Wenn Sie nun am nächsten Morgen um acht Uhr in Hamburg an Ihrem Frühstückstisch sitzen, denkt Ihr Körper, es sei zehn Uhr. Die Organe waren auf eine Frühstückszeit von sechs Uhr vorbereitet, aber da kam keine Nahrung. Also begannen sie die nächsten Punkte auf ihrer Liste abzuarbeiten. Und wieder müssen Magen, Leber, Muskeln, Bauchspeicheldrüse und so weiter alles stehen und liegen lassen und ihre Aufmerksamkeit der Verarbeitung Ihres Frühstücks widmen. Dieses Mal entscheiden sie sich fürs Multitasking. Und erneut versuchen die Uhren, sich anzupassen, indem sie in den folgenden Tagen langsamer laufen.

Dieses Beispiel macht deutlich, wie beliebige Frühstückszeiten Ihre Organe verwirren und ihre Funktionsweise beeinträchtigen. Mithilfe der zirkadianen Uhr ist jedes Organ darauf programmiert, für einige wenige Stunden Nahrung zu verarbeiten, beginnend beim Frühstück. Wenn Sie um acht Uhr frühstücken, dann arbeitet das System etwa acht bis zehn Stunden optimal. Jedes Mal, wenn wir etwas essen, nimmt der gesamte Vorgang von Verdauung, Aufnahme und Verstoffwechselung einige Stunden in Anspruch. Selbst ein kleiner Bissen benötigt rund eine oder zwei Stunden, um verarbeitet zu werden. Nach etwa zehn Stunden setzen der Darm und die anderen Stoffwechselorgane zwar die Verarbeitung der Nahrung fort, aber die Effizienz lässt nach, da sie nicht darauf programmiert sind, rund um die Uhr zu arbeiten. Die Uhren in den verschiedenen Organen sind nicht so effizient. Die Produktion von Verdauungssaft und Darmhormonen verlangsamt sich, ebenso wie die Verdauung, und Sie haben das Gefühl, unter Verdauungsbeschwerden oder Sodbrennen zu leiden.

Leider gilt das, was wir hier am Modell des zeitverschobenen Frühstücks demonstriert haben, auch für ein spätes Abendessen. In diesem Fall ist die Störung sogar noch gravierender. Ein Essen, das um 18 Uhr eingenommen wird, benötigt bereits einige Stunden, um verarbeitet zu werden. Wird dasselbe Essen jedoch um 20 Uhr eingenommen, dauert die Verarbeitung wesentlich länger, da wir uns nun außerhalb des optimalen 10-Stunden-Fensters befinden. Diese „Zusatzarbeit“ führt dazu, dass der nächste Punkt auf der To-do-Liste des Körpers verschoben wird oder sogar ganz unter den Tisch fällt.

Vielleicht denken Sie jetzt: „Na und? Ich schlafe trotzdem gut!“ Aber der Haken dabei ist folgender: Unsere Zellen können nicht zur gleichen Zeit Körperfett herstellen und abbauen. Jedes Mal, wenn wir essen, wird das Fettproduktionsprogramm angeschaltet. Die Zellen in Leber und Muskeln produzieren Fett und lagern es ein. Das Fettverbrennungsprogramm wird erst dann langsam gestartet, wenn die Organe feststellen, dass keine Nahrung mehr kommt, und das ist erst einige Zeit nach Ihrer letzten Mahlzeit des Tages. Und es dauert wiederum mehrere Stunden, bis der Körper eine ordentliche Portion des gespeicherten Fetts wieder abgebaut hat.

Nehmen wir einmal an, Sie haben um 20 Uhr zu Abend gegessen und waren eine halbe Stunde später fertig. Weil Ihre innere Uhr die ganze Zeit tickt, ist Ihr Fettherstellungsprozess bereits verlangsamt und um 22:30 Uhr bekommen Sie noch Lust auf einen kleinen Snack. Ein Stück Obst, ein Müsliriegel, ein paar Nüsse – was Sie essen, ist ganz egal. Sobald diese Nahrung in Ihrem Magen ankommt, muss die Magenuhr, die schon das „Küche für heute geschlossen“-Schild herausgehängt hatte, sich wieder an die Arbeit machen, um diesen Snack zu verarbeiten. Am Morgen wäre Ihr Snack innerhalb einer Stunde oder weniger verarbeitet, aber nun war Ihr Magen nicht darauf vorbereitet und die Verarbeitung dauert mehrere Stunden. Ihr Fettherstellungsprozess dauert bis nach Mitternacht an und der Fettverbrennungsprozess kann erst gegen Morgen beginnen. Doch sobald Sie dann Ihr Frühstück zu sich nehmen, wird der Schalter schon wieder umgelegt und auf Fettproduktion gestellt.

Und vielleicht denken Sie nun wieder: „Wo liegt das Problem? Reden wir hier nicht nur von ein paar Gramm zusätzlichem Fett nach einem spätabendlichen Snack? Stellt sich der Verdauungsrhythmus nicht am nächsten Tag sowieso wieder von selbst ein?“ Tatsächlich ist es wesentlich schlimmer, als Sie denken. Es ist für den Körper schon schwierig genug, Hormone, Gene und Uhren bei jemandem zu kontrollieren, der eine relativ geregelte Essensroutine hat. Doch wenn die Nahrungsaufnahme zu willkürlichen Zeiten und über Tag und Nacht verteilt erfolgt, bleibt der Fettherstellungsprozess die ganze Zeit aktiv. Gleichzeitig überflutet die Glukose, die aus verdauten Kohlenhydraten stammt, unser Blut und die Leber kann sie nicht mehr effektiv aufnehmen. Hält dies einige Tage an, steigt der Blutzuckerspiegel kontinuierlich und erreicht die gefährliche Zone von Prädiabetes oder Diabetes.

Wenn Sie sich also fragen, warum Diäten bei Ihnen einfach nicht anschlagen, dann könnten Ihre Essenszeiten etwas damit zu tun haben. Selbst wenn Sie Sport getrieben, Kalorien gezählt, Fette, Süßigkeiten und Kohlenhydrate vermieden und hohe Mengen an Eiweiß zu sich genommen haben, ist die Wahrscheinlichkeit dennoch hoch, dass Sie Ihre inneren Uhren nicht beachtet haben. Wenn Sie spätabends noch etwas essen oder immer zu vollkommen unterschiedlichen Zeiten frühstücken, bringen Sie Ihren Körper ständig aus dem Takt. Aber keine Sorge, dieses Problem lässt sich relativ leicht lösen: Legen Sie sich feste Essensgewohnheiten zu und bleiben Sie dabei. Timing ist alles.

Rhythmus Nr. 3: Bewegung und die Auswirkungen auf unsere innere Uhr

Wenn wir nicht essen oder schlafen, sollten wir uns bewegen. Unser Stoffwechsel und unser Körperbau haben sich tatsächlich so entwickelt, dass wir während des Wachzustands von morgens bis abends körperliche Arbeit verrichten können. Dabei sollten wir möglichst die meisten unserer Muskeln nutzen, die zusammen rund 50 Prozent unseres Körpergewichts ausmachen. Viele unserer Muskelgruppen stehen unter autonomer Regulation und arbeiten, ohne dass es uns überhaupt bewusst ist. Dazu zählen die Herzmuskeln und die glatte Muskulatur unseres Verdauungstrakts. Doch selbst diese Muskeln haben einen zirkadianen Rhythmus – sie arbeiten am Tag effizienter als bei Nacht.

Unsere Darmmuskeln ziehen sich automatisch abschnittsweise zusammen, um das zu erzeugen, was wir Darmbewegung oder Peristaltik nennen. Auf diese Weise wird verdaute Nahrung vom Magen durch den Darm bewegt. Die Darmbewegung nimmt im Laufe des Tages zu und verläuft bei Nacht nur sehr langsam. Weil der Darm in der Nacht weniger aktiv ist, bewegt sich die Nahrung, wenn wir spätabends noch etwas essen, nur langsam vorwärts und es kann zu einer Verstopfung kommen.

Lunge und Herz sind ebenfalls Muskeln, die einem zirkadianen Rhythmus unterliegen – am Tag schlägt das Herz schneller und wir atmen tiefer als dies nachts der Fall ist. Die höhere Herzschlagfrequenz und tiefere Atmung helfen dabei, tagsüber Sauerstoff und Nährstoffe im Körper zu transportieren, unter anderem zu den Muskeln, und uns auf körperliche Aktivitäten vorzubereiten. Nachts benötigen unsere Muskeln nicht die gleiche Menge an Nährstoffen und Sauerstoff wie am Tag. Das ist wahrscheinlich einer der Gründe, warum Puls und Atmung sich dann verlangsamen. Das hilft dem Körper herunterzufahren, damit wir gut schlafen können.

Die meisten Muskeln werden aktiviert, wenn wir uns körperlich betätigen. Den Körper zu bewegen, hat immense Vorteile für unsere Gesundheit, und einige Aktivitäten beeinflussen auch unsere innere Uhr. Einige der ersten Experimente, die die Auswirkungen von körperlicher Betätigung auf den zirkadianen Rhythmus untersuchten, wurden an Mäusen durchgeführt, die freien Zugang zu einem Laufrad hatten. Solange sie, wann immer sie wollten, in das Laufrad springen konnten, liefen sie freiwillig jede Nacht. Die Forscher fanden heraus, dass die laufenden Mäuse eine äußerst stabile innere Uhr besaßen: Sie schliefen besser und das zu Zeiten, in denen man es erwartete, und sie waren weniger schläfrig zu den Zeiten, wenn sie wach sein sollten.¹⁰ Beim Messen der Auswirkungen von körperlicher Betätigung auf den Schlaf schienen Futter und Durst keine große Rolle zu spielen.

Diese frühen Beobachtungen waren der Ausgangspunkt für mehrere Untersuchungen am Menschen, an denen verschiedene Altersgruppen – vom Teenager bis zum älteren Erwachsenen – teilnahmen. Alle Studien kamen zu demselben Ergebnis: Körperliche Betätigung verbessert den Schlaf. Bei Teenagern verbesserte starke körperliche Aktivität nicht nur das Maß, wie schnell sie einschliefen oder wie gut sie schliefen, sondern es verbesserte auch ihre Stimmung am Tag, steigerte die Konzentrationsfähigkeit und minderte Ängste und depressive Symptome.¹¹ Bei älteren Erwachsenen (im Alter zwischen 50 und 75 Jahren) verbesserten körperliche Bewegung oder auch schon regelmäßige Dehnübungen den Schlafeintritt und die Qualität und Dauer des Schlafes und es senkte die Abhängigkeit von Schlafmitteln. Ältere Erwachsene, die sich moderat körperlich bewegten, fühlten sich auch am Tag weniger schläfrig.12,13,14 Wenn sich unsere Schlafroutine verbessert, verbessert sich auch unser zirkadianer Rhythmus.

Was zählt als körperliche Betätigung?

Jede Art von Bewegung, bei der Energie verbraucht wird, wird als körperliche Betätigung im Alltag verstanden. Körperliche Fitness ist die Fähigkeit, sich körperlich zu betätigen. Eine Sportart zu betreiben, ist eine Form der körperlichen Aktivität, bei der man zumeist Ehrgeiz entwickelt und die Denken und Planen erfordert. Sportliche Übungen zu machen, ist eine weitere geplante und strukturierte Möglichkeit der Bewegung, die durch Häufigkeit, Dauer und Intensität definiert wird. Auch Gartenarbeit, das Bewegen schwerer Gegenstände, Spaziergänge und Haushaltstätigkeiten zählen als körperliche Bewegung. In Kapitel 7 finden Sie eine Tabelle, die alle möglichen Arten von körperlichen Aktivitäten aufführt und sie in Relation zueinander setzt.

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