700 Millionen Jahre Melatonin – eines der ältesten biologisch aktiven Moleküle

Wenn die Sonne untergeht und die Dämmerung einsetzt, wird in deinem Gehirn Melatonin freigesetzt. Dies geschieht über Signale von den Augen an die Zirbeldrüse. Die Dämmerung geht in die dunkle Nacht über, deine Körpertemperatur sinkt und dein Körper und Gehirn werden immer schläfriger. Erst wenn es morgens wieder hell wird, stoppt die Produktion von Melatonin und das Gehirn geht aus dem Schlafmodus.

Um Melatonin zu bilden benötigen wir das Enzym Timezyme. Diese Substanz entstand wahrscheinlich in dem Moment der Evolution als wirbellose Tiere zu Wirbeltieren wurden. Daher wissen wir dass Melatonin vor etwa 500 bis 700 Millionen Jahren bei unseren frühesten Vorfahren kleinen Organismen im Meer entstanden ist.

Erst kürzlich haben Wissenschaftler des European Molecular Biology Laboratory in Deutschland ein weiteres Stück dieses Puzzles entschlüsselt und den Ursprung von Melatonin auf der evolutionären Zeitachse sogar noch weiter zurückverlegt. Sie untersuchten die Aktivität bestimmter Gene, die an der Produktion von Melatonin und anderen schlafbezogenen Molekülen beteiligt sind. Dabei stellte sich heraus, dass der einfache Meereswurm Platynereis dumerilii dieselben melatoninregulierenden und lichtempfindlichen Zellen besitzt wie der Mensch. Auch bei diesem Wurm wird Melatonin nur am Abend gebildet. Aufgrund der Ähnlichkeit zwischen dem Gen-Netzwerk von Mensch und Wurm gehen die Forscher davon aus, dass diese Gene von einem gemeinsamen wirbellosen Vorfahren stammen. Dies ist eine völlig neue und überraschende Theorie, die wahrscheinlich auf die erste Form von Schlaf zurückgeht.

Melatonin ist die innere Uhr und der Kalender

Weil Melatonin (ähnlich wie DHA) so früh in der Evolution vorhanden war, ist es auf die tiefstmögliche Weise in unser Leben eingebunden und deshalb eine sehr wichtige körpereigene Substanz.

Alles begann mit einem Molekül, das ursprünglich als Abfallstoff der Augenzellen entstand. Mit der Zeit entwickelte es sich zu einem Signal der Nacht, weil es sich nachts in den Zellen anreicherte. Als die Lebensformen komplexer wurden, stieg auch der Bedarf an Melatonin. Aus diesem Bedarf heraus entstand die Zirbeldrüse, eine von den Augen getrennte Struktur, die Serotonin und andere für die Melatoninproduktion notwendige Stoffe vom empfindlichen Augengewebe fernhält.

Schritt für Schritt wird mehr Klarheit über den evolutionären Ursprung der Hauptfunktionen in unserem Gehirn gewonnen. Faszinierend ist, dass viele dieser fundamentalen Entdeckungen durch die Untersuchung von Lebensformen aus dem Meer gemacht werden. Das ist nicht verwunderlich, da das Leben in den Ozeanen seit Anbeginn die Erde dominierte.

Melatonin ist somit eines der ältesten biologisch aktiven Moleküle auf der Erde und tief mit der Funktion unseres Körpers verwoben. Nicht nur Tiere, auch Bakterien und Pflanzen nutzen dieses geheimnisvolle Neurohormon.

Als „Hormon der Nacht“ schwankt die Melatoninkonzentration nicht nur in einem 24-Stunden-Zyklus, sondern auch abhängig von Mond- und Jahreszeiten. Melatonin ist also nicht nur eine Uhr für den Körper, sondern auch ein Kalender.

So weiß der Körper beispielsweise anhand der Melatoninkonzentration, wann Winter ist. Weil es früher dunkel wird, findet länger Melatoninproduktion statt. Der Körper nimmt dieses Signal wahr, was das Thermoregulations-Setpoint beeinflusst, sodass man besser gegen Kälte gewappnet ist. Das ist im Winter natürlich sehr nützlich!

Melatonin – N-acetyl-5-methoxytryptamin

Melatonin hat viele Funktionen im Körper, die nicht nur hormonell sind. Neben seiner Rolle als Zeitgeber und Hauptregler des Schlafs steuert es beispielsweise die Ausschüttung zahlreicher anderer Hormone, stimuliert die Autophagie (die natürliche Zellerneuerung) und ist ein einzigartiges und sehr starkes Antioxidans.

Zunächst wirkte Melatonin nur lokal in der unmittelbaren Zellumgebung. Später mit dem Entstehen des nächtlichen Melatoninpeaks gelangte es auch in die Blutbahn was als endokrin bekannt ist. Ab diesem Zeitpunkt konnten auch andere Gewebe von Melatonin profitieren.

Melatonin – N-acetyl-5-methoxytryptamin wird aus der essenziellen Aminosäure Tryptophan und schließlich Serotonin über einen mehrstufigen chemischen Prozess synthetisiert. Die Produktion findet hauptsächlich, aber nicht ausschließlich, in der Zirbeldrüse statt. Auch in der Netzhaut, im Gehirn, im Magen-Darm-Trakt, in Hoden, Eierstöcken und in der Haut wird Melatonin gebildet. 

Zirbeldrüse

Die Zirbeldrüse (Epiphyse) fungiert als Verbindung zwischen dem Nervensystem und dem limbischen System des Gehirns. In der westlichen Welt war bis 1958 wenig über die Zirbeldrüse bekannt, bis Aaron Bunsen Lerner behauptete, dass diese Drüse Melatonin produziert. In der östlichen Medizin hingegen hatte die Zirbeldrüse seit Jahrtausenden den Ruf, das „dritte Auge“ zu sein.

Warum Schlaf noch immer ein Rätsel ist 

Aus wissenschaftlicher Sicht könnten weitere Studien zu den oben genannten Hypothesen grundlegende Informationen über die Rolle des Schlafs liefern, ein Phänomen, das auch heute noch ein Rätsel ist. Schlaf lässt sich offenbar nicht allein biologisch erklären, da die komplexen Prozesse eher in einer Quantenwelt stattfinden, in der andere Regeln gelten als in der biochemischen Welt. Eine Erklärung wird eher aus der Biophysik erwartet, da man dort stärker mit Phänomenen wie Magnetismus, Elektrizität und anderen physikalischen Gesetzen in Kombination mit Biologie vertraut ist. 

Neue Erkenntnisse über den Schlaf deuten tatsächlich in diese Richtung. Der große Unterschied zwischen Gehirnaktivität im Wachzustand und im Schlaf scheint das Maß an Kommunikation zwischen den Gehirnregionen zu sein. Daraus ergibt sich die Hypothese, dass die Funktion des Schlafs nicht durch die Aktivität einzelner Gehirnregionen bestimmt wird, sondern durch die Interaktion zwischen diesen Regionen und deren Entwicklung in Raum und Zeit.

Wir sollten Schlaf daher eher als spezifische Konfiguration des neuronalen Netzwerks betrachten. Eine interessante Ergänzung zu dieser Theorie ist die Entdeckung, dass während des Schlafs die elektrischen Signale, die Nervenzellen zur Kommunikation nutzen, in die entgegengesetzte Richtung verlaufen. Dadurch wird unwichtige Information gelöscht und die Zellen werden empfänglicher für neue Lernerfahrungen. Dies bildet die Grundlage für die Entstehung neuer Erinnerungen.

Nicht nur die Signalrichtung, sondern auch die zelluläre Struktur der Nervenzellen verändert sich im Schlaf. Das Gehirn besitzt mit dem glymphatischen System eine einzigartige Methode, schädliche Abfallstoffe zu entfernen. Besonders interessant: Nervenzellen schrumpfen während des Schlafs um etwa 60%, sodass Abfallstoffe leichter abtransportiert werden können. Schlaf verändert also auch die Zellstruktur des Gehirns und versetzt es in einen völlig anderen Zustand.

Künstliches vs. natürliches Licht

Eine völlig andere Konfiguration des Gehirns umgekehrte elektrische Signale und veränderte Zellstrukturen das klingt für uns ziemlich „quantenartig“. In der heutigen Welt in der künstliches Licht die dunkle Nacht verdrängt darf man nicht vergessen dass die Grundlage für eine gute körperliche Funktion tief in unseren natürlichen Biorhythmen verankert ist. Um deinen Biorhythmus zu fördern solltest du tagsüber nach draußen gehen und das Tageslicht genießen und abends möglichst blaues Licht vermeiden. Also schalte den Fernseher aus lege dein Handy weg und zünde lieber ein Kaminfeuer oder Kerzen an. So setzt die Melatoninproduktion rechtzeitig ein du schläfst erholsam und dein Körper und Geist regenerieren optimal.