Eines der großen, ungelösten Rätsel in der Wissenschaft ist genau, warum Menschen und andere Tiere schlafen. Es gibt viele Hypothesen: Es wird angenommen, dass Schlaf wichtig ist, damit sich unsere Organe selbst reparieren können, und dass er für die Entwicklung von Erinnerungen von entscheidender Bedeutung ist. Es ist jedoch unklar, warum diese dringend benötigte Wartung erst dann stattfindet, wenn wir bewusstlos werden und uns somit für Raubtiere anfällig fühlen. Eine Möglichkeit, das Rätsel um den Schlaf zu lösen, besteht darin, seine Ursprünge zu untersuchen. Eine neue Studie in der Zeitschrift Nature über Zebrafische zeigt, dass sich das Schlafmuster bei Menschen und vielen anderen Tieren vor mindestens 450 Millionen Jahren entwickelt hat.
Die Forscher bauten ein spezielles Fluoreszenz-Lichtblatt-Mikroskop, mit dem der gesamte kleine Fisch in einzelne Zellen zerlegt werden konnte. Sie haben auch Fische gentechnisch verändert, damit ihre Muskeln und Neuronen in Gegenwart von Kalzium aufleuchten, das freigesetzt wird, wenn diese Zellen aktiv sind. Anschließend immobilisierten sie schlafende zwei Wochen alte Zebrafische, die transparent sind, in einer Agarlösung. Sie waren auch in der Lage, die Herzfrequenz, die Augenbewegung, den Muskeltonus und andere Daten mit einem von ihnen entwickelten fluoreszenzbasierten Schlafuntersuchungsgerät zu erfassen.
Sie stellten fest, dass die Fische menschenähnliche Schlafzyklen durchliefen, einschließlich Perioden, die das Team als "Langsamer Burst-Schlaf" und "Ausbreitungswellenschlaf" bezeichnete. Während sie keine zufällige Augenbewegung (REM) zeigten, die bei Säugetieren allgegenwärtig ist, blickten ihre Augen rollte zurück in die Steckdosen. Ihre Gehirn- und Muskelsignaturen sowie die Hormone, die den Schlaf regulieren, ähnelten denen bei Säugetieren. „Sie verlieren den Muskeltonus, ihr Herzschlag sinkt, sie reagieren nicht auf Reize - der einzige wirkliche Unterschied ist ein Mangel an schnellen Augenbewegungen während des REM-Schlafs“, heißt es in einer Pressemitteilung des leitenden Autors Philippe Mourrain von der Stanford University.
Die Studie legt nahe, dass die Grundlagen des Schlafes entstanden sind, bevor Säugetiere und Fische von einem in den Ozeanen lebenden gemeinsamen Vorfahren vor 450 Millionen Jahren, etwa 150 Millionen Jahre früher als bisher angenommen, abgewichen sind. "Diese Signaturen [des Schlafes] haben wirklich wichtige Funktionen - auch wenn wir nicht wissen, was sie sind -, die Hunderte von Millionen Jahren Evolution überstanden haben", sagt der Erstautor der Studie, Louis Leung, ein Schlafforscher in Stanford, gegenüber Tina Hesman Saey bei Science News .
"Wir hatten wirklich nicht damit gerechnet, so viele Ähnlichkeiten mit dem Schlaf von Menschen und Säugetieren zu finden", sagt Mourrain Kashmira Gander auf der Newsweek . "Bei einem lebenden Wirbeltier war die komplexe Choreografie der Gehirn- und Muskelaktivität während der Schlaf-Wach-Übergänge und des Schlafs umwerfend."
Der Befund bedeutet, dass die Forscher die kleinen Fische, die in den wissenschaftlichen Labors bereits ein Grundnahrungsmittel sind, möglicherweise verwenden können, um Schlafstörungen zu untersuchen und Schlafmittel zu testen. Derzeit stützen sich viele Studien auf Mäuse, die nachtaktiv sind, um den Schlaf zu untersuchen. Leung sagt in der Pressemitteilung, dass der Fisch ein besserer Stellvertreter für den Menschen sein könnte. "Da die neuronalen Signaturen des Fisches im Wesentlichen mit unseren Signaturen identisch sind, können wir Informationen über sie verwenden, um neue Hinweise für Arzneimittelstudien zu generieren", sagt er. "Da Zebrafische wie Menschen tagaktiv sind, ist es vielleicht biologisch genauer, den Fischschlaf in einigen Aspekten mit dem des Menschen zu vergleichen."
Während die neue Technologie zur Darstellung des schlafenden Fisches allgemein gelobt wird, geht Jenny Howard von National Geographic davon aus, dass nicht jeder denkt, dass die Schlafzyklen des Fisches mit denen von Säugetieren vergleichbar sind. Zum einen weist der Schlafwissenschaftler Jerry Siegel von der University of California in Los Angeles darauf hin, dass die Forscher sehr junge Fische betrachteten und dass das Schlafverhalten bei Jugendlichen und Erwachsenen im Tierreich fast universell unterschiedlich ist.
"Man kann nicht einfach sagen, dass Schlaf Schlaf ist", sagt er und weist darauf hin, dass die Schlafmuster bei Säugetieren unglaublich unterschiedlich sind, wobei einige Arten drei Stunden am Tag das Auge verschließen und andere 20 Stunden lang davonschwimmen. Einige Tiere haben REM-Zyklen, andere nicht.
Mourrain ist jedoch optimistischer in Bezug auf den Einsatz des kleinen Schwimmers in der Schlafforschung, auch wenn die nächtlichen Routinen des Zebrafisches nicht exakt mit denen des Menschen übereinstimmen. "Die Leute vergessen, dass sich Wirbeltiere in ihrer Körperorganisation und ihren Organen sehr ähnlich sind", sagt er gegenüber Newsweek 's Gander. "Wir teilen nicht nur ein Rückgrat, das unser Rückenmark schützt, der Rest des Gehirns und die Neurochemie, die die Kommunikation der Neuronen ermöglicht, sind äußerst konserviert."
Er weist darauf hin, dass die Fische bereits in vielen medizinischen Forschungen, einschließlich Herz-Kreislauf- und Krebsforschung, verwendet werden, und glaubt, dass diese Studie zeigt, dass sie auch in Schlaf- und neurowissenschaftlichen Studien verwendet werden könnten.
