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Wie Drachen schlafen

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Auch die Streifenköpfige Bartagame (Pogona vitticeps) hat verschiedenen Schlafphasen (Foto: Stephan Junek/ MPI für Hirnforschung)
Wenn Menschen und andere Säugetiere schlafen, wechseln sich Tiefschlaf- und Traumphasen ab. Auch Vögel zeigen ähnliche Schlafphasen, nicht aber die Reptilien – so dachte man zumindest bis jetzt. Doch nun haben deutsche Forscher auch bei einer Echse klare Hinweise auf schnelle Wechsel zwischen Tiefschlaf und dem sogenannten REM-Schlaf entdeckt. Das könnte darauf hindeuten, dass dieses Schlafmuster viel älter ist als gedacht. Schon beim gemeinsamen Vorfahre der Reptilien und Säugetiere könnte es existiert haben.

Während einer Nacht durchleben wir Menschen mehrere Schlafphasen – sie lassen sich anhand unserer Hirnströme leicht voneinander unterschieden. So fallen wir nach dem Einschlafen meist schnell in den Tiefschlaf. Dieser sogenannte slow-wave-sleep (SWS) manifestiert sich durch besonders langsame, gleichmäßige Wellen im Elektroenzephalogramm (EEG). In dieser Phase nehmen wir Reize von außen kaum mehr wahr und auch das Gehirn ruht weitgehend. Anders dagegen in der Phase des REM-Schlafs, dessen Bezeichnung von den typischen schnellen Bewegungen unserer Augen unter den geschlossenen Lidern abgeleitet ist (Rapid Eye Movement). In dieser Phase sind unsere Muskeln zwar wie gelähmt, doch unsere Gedanken sind dafür umso aktiver, denn jetzt träumen wir. Typischerweise wechseln sich diese beiden Haupt-Schlafphasen bei uns Menschen vier bis fünfmal pro Nacht ab. Aber auch andere Säugetiere sowie Vögel haben solche REM- und Tiefschlafphasen, wie Studien zeigen. Bei anderen Tiergruppen ließen sie sich jedoch bisher nicht nachweisen.

Doch genau das wirft Fragen auf, wie Mark Shein-Idelson und seine Kollegen vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main erklären. „Säugetiere und Vögel gehören zu zwei verschiedenen Ästen des Stammbaums, die sich vor mehr als 300 Millionen Jahren voneinander trennten“, so die Forscher. Nach dieser Teilung entwickelten sich im Ast der Vögel zunächst die Reptilien, dann aus einigen von ihnen die Vorfahren der Vögel. Weil jedoch bei den Reptilien diese Schlafphasen nicht nachweisbar waren, nahm man bisher an, dass Vögel und Säugetiere ihre Art zu schlafen unabhängig voneinander entwickelt haben müssen – möglicherweise in Anpassung an ihre Warmblütigkeit. Shein-Idelson und seine Kollegen haben die Frage der Schlafmuster und ihrer Evolution nun noch einmal aufgerollt und erneut bei einem Reptil nach den Schlafphasen-Wechseln gefahndet. Ihre Studie führten sie an den in Australien beheimateten Streifenköpfigen Bartagamen (Pogona vitticeps) durch. „Weil diese Echsen zur ersten Unterklasse gehören, die vom Sauropsiden-Stammbaum abzweigt und damit am weitesten von den Vögeln entfernt stehen, sind sie für diese Zwecke ideal“, erklären die Wissenschaftler. Für ihre Studie leiteten sie die Hirnströme von fünf schlafenden Echsen mit Hilfe ins Gehirn implantierter Elektroden ab.

Zwei schnell wechselnde Phasen

Die Auswertung ergab: Auch bei den nächtlichen Hirnströmen der Echsen gibt es zwei deutlich verschiedene Wellenmuster. Perioden langsamer Aktivität wechseln sich dabei mit Perioden einer breiteren, eher dem wachen Zustand ähnlichen Aktivität ab, wie die Forscher berichten. Beobachtungen der schlafenden Echsen zeigen zudem, dass ihre Augen in der Phase der langsamen Hirnströme meist stillstanden oder sich nur langsam bewegten. In den aktiveren Schlafphasen dagegen zuckten ihre Augen unter den Lidern schnell hin- und her. „Damit stimmen die beiden Schlafzustände der Echsen sehr gut mit den klassischen Tiefschlaf- und REM-Phasen der Säugetiere überein“, konstatieren Shein-Idelson und seine Kollegen. „Die Echsenversion ähnelt jedoch eher einer vereinfachten, reduzierten Version des reicheren Säugetierrepertoires.“ So schwingt der Schlaf der Echsen im Laufe der Nacht nicht nur ein paar Mal, sondern gleich 350 Mal zwischen beiden Zuständen hin und her. Jeder Zyklus dauert dabei nur rund 80 Sekunden, wie die Wissenschaftler ermittelten. Zudem scheinen die elektrischen Impulse während dieser Schlafphasen bei den Reptilien nicht von der Hirnrinde auszugehen, wie bei uns, sondern von einem tiefer liegenden Teil des Vorderhirns.

Nach Ansicht der Forscher wirft der Nachweis von REM- und Tiefschlaf bei den Echsen ein ganz neues Licht auf die Evolution des Schlafs. „Dies macht es unwahrscheinlicher, dass sich diese Schlafmuster bei Säugern und Vögeln durch konvergente Evolution gebildet haben“, so Shein-Idelson und seine Kollegen. „Stattdessen deutet es darauf hin, dass sich die elektrochemischen Signaturen des Schlafs in einem gemeinsamen Vorfahren entwickelt haben.“ Dieser gemeinsame Vorfahre muss demnach schon vor der Trennung der Säugetier- und Reptilienvorfahren mehr als 300 Millionen Jahren gelebt haben. Der Schlaf, wie wir ihn kennen, könnte damit sehr viel älter sein als lange angenommen.

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Quelle:

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar
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