Artikel zur Langlebigkeit

Was war zuerst da: Schlaf oder Gehirn?

Eine Untersuchung der im Wasser lebenden Wirbellosen Hydra ergab, dass die Organismen Anzeichen von Schlaf zeigen, obwohl sie kein Gehirn oder Zentralnervensystem haben.
  • Eine Untersuchung der im Wasser lebenden Wirbellosen Hydra ergab, dass die Organismen Anzeichen von Schlaf zeigen, obwohl sie weder über ein Gehirn noch über ein Zentralnervensystem verfügen.

  • Die Forschung legt nahe, dass Tiere das Bedürfnis nach Schlaf entwickelten, bevor sie Gehirne entwickelten. 

  • Darüber hinaus konnten mehrere Chemikalien ähnlich wie beim Menschen Schläfrigkeit hervorrufen, da die Einwirkung von Melatonin und GABA auf Hydras die Schlafaktivität und -häufigkeit erhöhte. 

Dieser Artikel wurde in den Kyushu University News veröffentlicht:

Wenn Sie zu lange wach bleiben, kann es extrem schwierig werden, klar zu denken. Zum Glück genügen oft schon ein paar Augenblicke Schlaf, um unser Gehirn wieder auf Hochtouren zu bringen. Aber wann und warum begannen Tiere, Schlaf zu benötigen? Und ist ein Gehirn überhaupt eine Voraussetzung?

In einer Studie, die helfen könnte, den evolutionären Ursprung des Schlafs bei Tieren zu verstehen, hat ein internationales Forscherteam gezeigt, dass winzige, im Wasser lebende Hydras trotz fehlendem Zentralnervensystem nicht nur Anzeichen eines schlafähnlichen Zustands zeigen, sondern auch auf Moleküle reagieren bei weiter entwickelten Tieren mit dem Schlaf verbunden.

„Wir haben jetzt starke Beweise dafür, dass Tiere das Bedürfnis nach Schlaf erworben haben müssen, bevor sie ein Gehirn bekommen“, sagt Taichi Q. Itoh, Assistenzprofessor an der Fakultät für Künste und Wissenschaften der Kyushu-Universität und Leiter der Studie, über die berichtet wurde Wissenschaftliche Fortschritte.

Während kürzlich auch bei Quallen, einem Verwandten der Hydras und einem Mitglied des Stammes Cnidaria, Schlafverhalten festgestellt wurde, ergab die neue Studie von Forschern der Kyushu-Universität in Japan und des Ulsan National Institute of Science and Technology in Korea, dass mehrere Chemikalien Schläfrigkeit und Schlaf hervorrufen auch beim Menschen hatte es ähnliche Auswirkungen auf die Art Hydra vulgaris.

„Basierend auf unseren Erkenntnissen und früheren Berichten über Quallen können wir sagen, dass die Schlafentwicklung unabhängig von der Gehirnentwicklung ist“, erklärt Itoh.

„Es bleiben noch viele Fragen offen, wie der Schlaf bei Tieren entstanden ist, aber Hydras stellen ein einfach zu handhabendes Lebewesen dar, um die detaillierten Mechanismen, die den Schlaf bei hirnlosen Tieren hervorrufen, weiter zu untersuchen und möglicherweise eines Tages bei der Beantwortung dieser Fragen zu helfen.“

Hydras sind nur wenige Zentimeter lang und verfügen über ein diffuses Nervennetz, ihnen fehlt jedoch die mit einem Gehirn verbundene Zentralisierung.

Während der Schlaf häufig anhand der Messung von Gehirnwellen überwacht wird, ist dies für kleine, hirnlose Tiere keine Option.

Alternativ verwendeten die Forscher ein Videosystem zur Bewegungsverfolgung, um festzustellen, wann sich Hydras in einem schlafähnlichen Zustand befanden, der durch eingeschränkte Bewegung gekennzeichnet war – der durch einen Lichtblitz unterbrochen werden konnte.

Anstatt sich alle 24 Stunden wie ein zirkadianer Rhythmus zu wiederholen, fanden die Forscher heraus, dass die Hydras einen vierstündigen Zyklus aus aktiven und schlafähnlichen Zuständen aufweisen.

Noch wichtiger ist, dass die Forscher viele Ähnlichkeiten im Zusammenhang mit der Schlafregulation auf molekularer und genetischer Ebene entdeckten, unabhängig vom Besitz eines Gehirns.

Die Einwirkung von Melatonin auf die Hydras, einem häufig verwendeten Schlafmittel, erhöhte die Schlafmenge und -häufigkeit moderat, während der hemmende Neurotransmitter GABA, ein weiterer chemischer Stoff, der bei vielen Tieren mit der Schlafaktivität in Zusammenhang steht, die Schlafaktivität stark steigerte.

Andererseits förderte Dopamin, das bei vielen Tieren Erregung hervorruft, tatsächlich den Schlaf in den Hydras.

„Während einige Schlafmechanismen offenbar erhalten geblieben sind, haben andere möglicherweise während der Evolution des Gehirns ihre Funktion geändert“, schlägt Itoh vor.

Darüber hinaus könnten die Forscher Vibrationen und Temperaturänderungen nutzen, um den Schlaf der Hydras zu stören und Anzeichen von Schlafmangel hervorzurufen, wodurch die Hydras am folgenden Tag länger schlafen und sogar die Zellproliferation unterdrückt wird.

Bei einer genaueren Untersuchung stellten die Forscher fest, dass Schlafentzug zu Veränderungen in der Expression von 212 Genen führte, darunter eines, das mit PRKG zusammenhängt, einem Protein, das an der Schlafregulation bei einer Vielzahl von Tieren, darunter Mäusen, Fruchtfliegen und Nematoden, beteiligt ist.

Die Störung anderer Fruchtfliegengene, die offenbar einen gemeinsamen evolutionären Ursprung mit den schlafbezogenen Genen in Hydras haben, veränderte die Schlafdauer bei Fruchtfliegen. Eine weitere Untersuchung solcher Gene könnte dabei helfen, derzeit unbekannte schlafbezogene Gene bei Tieren mit Gehirnen zu identifizieren.

„Alles in allem liefern diese Experimente starke Beweise dafür, dass Tiere vor der evolutionären Entwicklung des Zentralnervensystems schlafbezogene Mechanismen erworben haben und dass viele dieser Mechanismen im Laufe der Gehirnentwicklung erhalten blieben“, sagt Itoh.

Diese Studie wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte im Oktober 2020. 



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