Entrainment (Biologie)

Unter Entrainment versteht man in der Chronobiologie die Synchronisation der inneren Uhr mit regelmäßig wiederkehrenden Umgebungsfaktoren, den sogenannten Zeitgebern. Der wichtigste Zeitgeber für circadiane Rhythmen ist der Wechsel von Tag und Nacht. Andere externe Zeitgeber können beispielsweise Ebbe und Flut, Temperatur oder soziale Interaktion sein.

Dabei sind die resultierenden Verhaltensmuster keine direkte Reaktion auf die Umgebungsveränderungen, sie unterscheidet sich also von einfachen Reiz-Antwort-Mustern. Ist das der Fall, spricht man von Masking. Dabei hat der Stimulus zwar einen direkten Effekt auf den Rhythmus, nicht aber auf die innere Uhr. Der Umgebungsfaktor, der die Phase der Circadianen Rhythmen beeinflusst, wird Zeitgeber genannt. Um von Entrainment durch einen Zeitgeber sprechen zu können, müssen vier Kriterien erfüllt sein:

• der Circadiane Rhythmus muss bei Ausschaltung des Zeitgebers frei laufen

• Während der Rhythmus dem Zeitgeber ausgesetzt ist, muss die Periode des freilaufenden Rhythmus gleich der des Zeitgebers (Kontrolle der Periode) sein.

• Es muss eine feste Phasenrelation zwischen Zeitgeber und dem wahrgenommenen Rhythmus entstehen (eventuell Antizipation)

• Beim Wegfallen des Zeitgebers muss der frei laufende Rhythmus eine Phase zeigen, die sich der Phase anschließt, die der Rhythmus hatte, als der Zeitgeber noch anwesend war.

Grafik 1: Schematische Darstellung eines Entrainments mittels eines Aktogramms

Grafik 1 zeigt die Aktivität eines tagaktiven Tieres aufgezeichnet über 20 Tage. Diese Form der Darstellung wird in der Chronobiologie Aktogramm genannt

Auf der x-Achse ist die Tageszeit in Stunden von links (0 Uhr) bis rechts (24 Uhr) aufgetragen, auf der y-Achse die Dauer des Experiments in Tagen von oben nach unten. In diesem Fall beginnt die Beobachtung am ersten Tag um 0 Uhr bei Dunkelheit und endet am zwanzigsten Tag um 24 Uhr.

Das beobachtete Tier wurde die ersten Tage (A) bei einem Licht-Dunkel Zyklus (Licht an 6 Uhr / Licht aus 18 Uhr = LD12/12), die folgenden Tage (B) im Dauerdunkel (DD) und die letzten Tage (C) wieder im LD 12/12 gehalten. Die schwarzen Balken geben die Aktivität des Tieres an.

In Periode A ist das Tier mit dem Zeitgeber Licht synchronisiert, also ‚entrainiert’

In Periode B wird der Zeitgeber Licht entfernt und das Tier im Dauerdunkel gehalten. Ein Freilauf stellt sich ein mit einer circadianen Periode kürzer als 24 Stunden. Das heißt, das Tier beginnt mit seiner Aktivität jeden Tag ein wenig früher (aber nicht beliebig).

In Periode C wird der Zeitgeber Licht wieder zugeschaltet und das Tier ist innerhalb von zwei Tagen wieder ‚entrainiert’ – das heißt synchron mit dem Zeitgeber