Auch Quallen schlafen

Bereits in der frühesten Phase der Evolution der Tiere hat sich ein Schlaf-Wachrhythmus entwickelt – noch bevor die Lebewesen über ein zentrales Nervensystem verfügten
Schlafende Cassiopea-Quallen auf dem Boden eines Wasserbassins
Schlafende Cassiopea-Quallen auf dem Boden eines Wasserbassins
© Caltech
Pasadena (USA) - Nicht nur Wirbeltiere, auch Insekten und Würmer brauchen Schlaf. Offenbar ist dieses Bedürfnis ein Merkmal aller Tiere mit einem Nervensystem, berichten amerikanische Biologen. Sie beobachteten bei Quallen, einer der ältesten tierischen Lebensformen, Ruhephasen im Tagesverlauf, die typische Anzeichen von Schlaf aufweisen. Ein Gehirn ist demnach nicht erforderlich, um ein Tier regelmäßig in den Schlafzustand zu versetzen, schreiben die Forscher im Fachblatt „Current Biology“. Diese Fähigkeit hat sich also während der Evolution der Tiere bereits sehr früh entwickelt und bis zu den Säugetieren erhalten – und muss sich daher als sehr vorteilhaft erwiesen haben. Doch worin dieser Vorteil eigentlich besteht, ist noch immer nicht geklärt.

„Unsere Ergebnisse führen zu einer Reihe weiterer Fragen: Ist Schlaf ein Merkmal von Neuronen? Und etwas weiter hergeholt: Schlafen auch Pflanzen?“, sagt Ravi Nath vom California Institute of Technology in Pasadena. Er und seine Kollegen beobachteten das Verhalten von Schirmquallen der Gattung Cassiopea. Eine bestimmte Eigenart macht diese Mangrovenquallen zu besonders geeigneten Untersuchungsobjekten: Sie schwimmen nur selten, sondern liegen meist „kopfüber“ – also mit nach oben gerichteten Tentakeln – auf dem Meeresboden. Etwa einmal pro Sekunde erzeugen sie mit pulsierenden Bewegungen ihres schirmförmigen Körpers einen Wasserstrom, aus dem sie Nahrung herausfiltern. Diese rhythmischen Körperbewegungen lassen sich durch spezielle Filmkameras registrieren und analysieren. Damit konnten die Biologen das erste Kriterium von Schlaf bei den Quallen nachweisen. Denn im Verlauf von 24 Stunden traten die Tiere nachts in eine Ruhephase ein, in der sich die pulsierende Aktivität ihres Körpers von einer Frequenz von 58 auf 39 pro Minute verringerte.

Das zweite typische Kennzeichen von Schlaf besteht in einer verzögerten Reaktion auf äußere Reize. Dies überprüften die Forscher, indem sie jeweils eine Qualle in ein wassergefülltes Plastikrohr brachten, dessen siebartige Bodenplatte zunächst zwei Zentimeter unterhalb der Wasseroberfläche eines größeren Bassins lag. Nachdem sich die Qualle auf die Bodenplatte abgesetzt hatte, wurde das Rohr schnell 16 Zentimeter abgesenkt. Dem Tier wurde dadurch quasi der Boden unter den Füßen weggezogen, so dass es frei im Wasser schwebte. Auf diesen Reiz reagieren die Quallen, indem sie sich aktiv nach unten bewegen, bis sie wieder den Boden erreichen. Tagsüber benötigten sie dazu 8,6 Sekunden, nachts dauerte es dagegen 12 Sekunden, da sie zunächst „aufwachen“ mussten. Schließlich testeten die Biologen, ob es eine Reaktion auf Schlafentzug gibt. Dazu störten sie die Nachtruhe der Tiere, indem sie alle 20 Minuten einen Wasserstrahl zehn Sekunden lang auf deren Körper richteten, was die pulsierende Bewegung kurzzeitig verstärkte. Nach einer solchen Nacht verringerte sich die Aktivität der Qualle zu Beginn des nächsten Tages um bis zu 17 Prozent. Sie versuchte wohl, den verlorenen Schlaf nachzuholen.

Mit diesen Ergebnissen sei ein Schlafzustand bei Cassiopea-Quallen nachgewiesen, sagt Teammitglied Michael Abrams aus dem Labor von Lea Goentoro. Welche Gene an der Regulation des Schlaf- und Wachzustands beteiligt sind, ist noch nicht bekannt. Wie zusätzliche Experimente ergaben, reagieren die Tiere auf das Schlafhormon Melatonin mit verringerter Aktivität. Bei Säugetieren und Menschen wird die Produktion dieses Hormons durch eine innere Uhr kontrolliert, die wahrscheinlich auch bei Quallen den Schlaf-Wach-Rhythmus regelt. Das spräche dafür, so Abrams, dass die Schlafmechanismen bei allen Tieren, einschließlich des Menschen, sehr ähnlich sein könnten.

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