Wie die Seeanemone kennen auch Quallen trotz fehlenden Gehirns Phasen tiefen Ruhezustands, die alle Kriterien des Schlafs erfüllen. Diese Entdeckung liefert wertvolle Informationen über diesen Zustand, der fast ein Drittel unserer Existenz einnimmt.
Die in
Nature Communications veröffentlichte Arbeit stellt den zeitlichen Ablauf der Evolution des Schlafs in Frage. Im Gegensatz zu bisherigen Annahmen deuten sie darauf hin, dass das Auftreten von Schlaf letztlich weit vor der Entwicklung eines zentralisierten Nervensystems liegt. Durch die Beobachtung dieser Tiere spürten die Forscher den Ursprüngen eines universellen Verhaltens nach. Dafür analysierten sie Aktivitäts- und Ruhezyklen, indem sie Infrarotlicht verwendeten oder kontrollierte Störungen anwendeten.
Der Schlaf bei diesen Wirbellosen konnte somit definiert werden, indem anhaltende und reversible Abnahmen der Bewegungsaktivität, die Reizschwelle sowie ein überraschendes Phänomen nach Schlafentzug analysiert wurden. So fanden sie heraus, dass die Qualle
Cassiopea andromeda und die Seeanemone
Nematostella vectensis etwa acht Stunden pro Tag dieser Ruhe widmen.
Schlaf, eine zelluläre Notwendigkeit noch vor einer hirnbasierten
Die Regulierung dieses Zyklus zeigt unterschiedliche Mechanismen, die auf evolutionäre Konvergenz hindeuten. Bei der Seeanemone scheint eine innere circadiane Uhr den Wechsel zwischen Wachsein und Schlaf zu steuern. Die Qualle, die in Symbiose mit photosynthetischen Algen lebt, reagiert hingegen stärker auf den direkten Wechsel von Licht. Dieser Unterschied zeigt, dass unterschiedliche Wege zum gleichen funktionellen Zustand führen können. Die Verabreichung von Melatonin, einem Schlüsselhormon für den Schlaf bei Wirbeltieren, führt auch bei diesen Tieren zur Schläfrigkeit.
Der überzeugendste Nachweis liegt in der Reaktion auf Schlafentzug. Wenn die Forscher den Schlaf der Quallen stören, indem sie das Wasser im Aquarium bewegen, zeigen diese am nächsten Tag eine um die Hälfte verlängerte Ruhephase. Dieses Bedürfnis weist darauf hin, dass der Schlaf eine nicht verhandelbare physiologische Funktion erfüllt, die für das Überleben wesentlich ist.
Die Reparatur der DNA, ursprüngliche Funktion der Ruhe
Die Bedeutung dieser Erhaltung wird auf zellulärer Ebene deutlich. Neuronen sind aufgrund ihrer intensiven elektrischen Aktivität und ihres hohen Stoffwechsels während des Wachseins besonders anfällig für DNA-Schäden. Um diese Brüche im Nervennetz der Tiere sichtbar zu machen, verwendeten die Forscher einen fluoreszierenden Marker. Die Ergebnisse sind eindeutig: Genomische Schäden häufen sich während der Aktivitätsphasen an und nehmen nach einer Schlafperiode signifikant ab.
Um den Kausalzusammenhang zu testen, löste das Team direkt DNA-Schäden aus. Die Exposition von Quallen gegenüber ultravioletter Strahlung oder die Behandlung von Seeanemonen mit einem chemischen Mutagen führte konsequent zu einer Verlängerung des Schlafs. Umgekehrt reduzierte die Förderung der Ruhe durch Melatonin das Ausmaß der Schäden. Dieser Dialog stellt eine direkte Beziehung zwischen der Integrität des neuronalen Genoms und der Notwendigkeit zu schlafen her.
Diese Entdeckung rückt den Schlaf in eine grundlegende evolutionäre Perspektive. Bevor er dem Gedächtnis oder der Kognition diente, könnte er sich als eine Phase obligatorischer zellulärer Wartung für die ersten Tiere mit Neuronen entwickelt haben. Sein scheinbares Risiko (die Unbeweglichkeit und damit die Verletzlichkeit) würde somit durch einen lebenswichtigen Vorteil aufgewogen: die Bewahrung des genetischen Kapitals von Nervenzellen, die sich größtenteils nicht erneuern. Diese grundlegende Funktion wäre im Laufe der Zeit erhalten geblieben, von der Tiefsee bis zu unserer eigenen Spezies.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Nature Communications