Warum schlafen wir?

Neue Forschungen zeigen, dass das Bedürfnis zu schlafen so alt ist, dass es dem Gehirn vorauseilte. Schlaf muss für alle Tiere sehr wichtig sein, denn er rechtfertigt das Abschalten des Bewusstseins, die Abschottung von der Außenwelt, die Verringerung des Reizs durch die Sinnessysteme und das Risiko des Todes durch Raubtiere. Warum sollte ein vernünftiges Lebewesen so etwas tun? Doch über Millionen von Jahren der Evolution hinweg waren die Mechanismen des Schlafs bei Wirbeltieren, Gliederfüßern und Fadenwürmern unverändert erhalten. Eine aktuelle Studie untersuchte, wie weit zurück in der Zeit der erste Schlaf auftrat.

Hydra, Quallen, Seeanemonen

Die Wissenschaftler untersuchten ein Tier aus dem Stamm der Nesseltiere (Cnidaria), zu denen Hydra, Quallen, Seeanemonen und Korallen gehören. Diesen Tieren fehlt ein zentralisiertes Nervensystem; sie funktionieren hauptsächlich als eine dicke Schicht von Zellen, die in ein Netzwerk von Nerven eingebettet sind, das die meisten Teile ihres Körpers durchzieht. Frühere Forschungen hatten gezeigt, dass Tiere der Nesseltiergattung eine tägliche periodische Ruhephase durchlaufen, die die 24-Stunden-Aktivität-Ruh-Rhythmen aufweist, die wir bei jedem Organismus erwarten würden, der sich auf einem Planeten entwickelt hat, der sich alle 24 Stunden in Abhängigkeit von einer Sonne dreht. Überraschenderweise ist der Hydra-Schlaf nicht an eine innere Uhr gebunden. Offensichtlich haben sich die inneren Uhren später entwickelt.

Die aktuelle Studie verwendete Hydra Vulgaris als Nesseltiermodell für den Schlaf. Hydra besteht aus nur zwei Zellschichten, die wie eine hohle Röhre geformt sind. Die erwachsenen Tiere heften sich mit ihrem offenen Ende nach außen an eine Felsoberfläche. Hydra sind Fleischfresser und fressen kleine Metazoen und sogar Insekten. Sie fangen ihre Nahrung durch Lähmung und Tötung mit Hilfe von Nematozysten, die Giftstoffe, wie z.B. Phospholipase A2 (ähnlich wie bei Schlangen), in ihre Beute abgeben. Phospholipase A2 löst im Wesentlichen die Zellwände der Beute auf und lässt den fleischigen Kern übrig.

Die aktuelle Studie entdeckte zahlreiche Ähnlichkeiten zwischen der Neurochemie der Hydra und den menschlichen Schlafmechanismen. Zum Beispiel erhöhte die Zugabe von Melatonin in die Flüssigkeit, die die Hydra umgibt, dosisabhängig ihre tägliche Schlafmenge und die Anzahl der Schlafphasen. Melatonin ist ein Hormon, das unser Gehirn als Reaktion auf die Dunkelheit produziert und das bei der zeitlichen Steuerung unserer zirkadianen Rhythmen, wie dem Einsetzen des Schlafes, hilft. Aus diesem Grund ist Melatonin sehr hilfreich bei der Bekämpfung von Jet-Lags. Offenbar ging die Reaktion auf Melatonin der Evolution der inneren Uhren voraus.

Hydra Neurotransmitter GABA

Eine der interessantesten Entdeckungen war, dass die Hydra auf den Neurotransmitter GABA genau so reagierte wie das menschliche Gehirn. Die Stimulierung von GABA-Rezeptoren förderte den Schlaf. GABA ist einer der beiden häufigsten Neurotransmitter im menschlichen Gehirn. Offenbar ist seine Bedeutung als neuronaler Hemmstoff über fünfhundert Millionen Jahre Evolution hinweg konserviert worden. Der GABA-Rezeptor ist auch das Ziel von anderen Medikamenten, die Menschen verwenden, um ihnen beim Schlafen zu helfen, einschließlich Alkohol, Barbiturate und Benzodiazepine. Dies wirft eine weitere wichtige Frage auf: Kann die Hydra sich betrinken?

Die Autoren fanden diesen Effekt überraschend, weil Dopamin den Menschen normalerweise wacher macht und den Schlaf durch seine Fähigkeit, Noradrenalin zu hemmen, unterdrückt. Dieser Befund bestätigt, dass diese uralten Kreaturen in ihren Neuronen Enzyme verwenden, die denen im menschlichen Gehirn ähnlich sind. Die Autoren spekulierten, dass der schlafregulierende Signalweg während der evolutionären Entwicklung des Gehirns von schlaffördernd auf wachfördernd umgeschaltet haben könnte. Die Studie entdeckte auch einige Gene in der Hydra, die Vorläufergene sind, die den Schlaf in allen Tieren regulieren.

Zukünftige Studien mit Tieren mit noch einfacherem Nervensystem, wie dem Spulwurm (mit 302 Neuronen) oder dem Tardigraden (mit etwa 200 Neuronen), könnten letztendlich den Ursprung des Schlafes aufklären. Vielleicht entdecken wir eines Tages, dass die Hydra, die sich damit rühmen kann, etwa 6000 Neuronen zu haben, auch träumen kann.