Selbst Quallen schlafen

Die Fähigkeit zu schlafen ist überraschend alt: Selbst Quallen zeigen nachts die typischen Merkmale des Schlafs – obwohl sie zu den urtümlichsten Tieren gehören und nicht einmal ein Gehirn besitzen. Doch ein Experiment belegt: Schirmquallen sind nachts weniger aktiv, reagieren in Ruhe nur verzögert auf Außenreize und holen bei Schlafentzug diesen tagsüber nach. Die Nesseltiere weisen damit alle drei Merkmale eines echten Schlafs auf, wie Forscher im Fachmagazin „Current Biology“ berichten.

Schlaf ist für uns lebenswichtig: Diese Ruhepause regeneriert unseren Körper und verschafft unserem Gehirn die Zeit, um Abfälle auszuschwemmen und Nervenverbindungen zu rekalibrieren. Fehlt uns der Schlaf, lernen wir schlechter, werden reizbar und neigen eher zu Stoffwechselkrankheiten und Übergewicht.

Schlaf ohne Gehirn?

Aber wie ist dies bei anderen Tieren? Von Wirbeltieren und auch Fruchtfliegen weiß man, dass sie schlafen. Doch gerade bei einfacheren Lebensformen ohne komplexes Gehirn blieb dies bisher offen. Um dies zu klären, haben Ravi Nath vom California Institute of Technology und seine Kollegen nun erstmals bei einer extrem ursprünglichen und stammesgeschichtlich alten Tiergruppe untersucht: den Nesseltieren (Cnidaria).

Als Testobjekte dienten den Forschern Schirmquallen der Gattung Cassiopeia. Diese Quallen besitzen wie alle Nesseltiere kein Blut, kein Hirn und kein Herz. Statt frei im Meer umherzuschwimmen, sitzen sie bevorzugt mit dem Rücken nach unten auf dem Meeresgrund und pumpen sich nährstoffreiches Wasser in den Schlund.

Die große Frage war nun: Zeigen diese Schirmquallen die drei wesentlichen Merkmale des Schlafs? Typisch dafür ist: Ein schlafendes Lebewesen ist weniger aktiv, es reagiert langsamer und schwächer auf äußerer Reize und es entwickelt ein erhöhtes Schlafbedürfnis, wenn man es am länger am Ruhen hindert.

Verlieren schlafende Cassiopeias den Boden unter sich, driften sie erst dösend im Wasser, bevor sie wieder zum Grund schwimmen. © Caltech

Dösende Quallen im Aquarium

Als die Forscher ihre Schirmquallen rund um die Uhr per Video beobachteten, zeigte sich: Nachts pumpen die Quallen deutlich langsamer als am Tage – nur noch 39 statt 58 Pulse pro Minute. Sie machen demnach offenbar eine Ruhephase mit reduzierter Aktivität durch – das erste Kriterium des Schlafens.

Und noch ein typisches Schlafmerkmal besitzt Cassiopeia: Zieht man ihr während einer solchen Ruhepause den Boden unter dem Körper weg, reagiert sie mit Verzögerung: Die vor sich hindösende Qualle driftet mehrere Sekunden lang regungslos im Wasser, bevor sie „aufwacht“ und aktiv wieder zum Boden zurückschwimmt, wie die Forscher berichten.

Der letzte Test war der Schlafentzug: Während der Nacht störten die Wissenschaftler die Schirmquallen immer wieder mit einem Wasserstoß und hinderten sie so daran, ihre Ruhephase einzuhalten. Am nächsten Tag reagierten die Tiere ähnlich übernächtigt wie wir Menschen nach einer schlaflosen Nacht: Sie waren weniger aktiv und legten auch tagsüber immer wieder Phasen der Ruhe und langsameren Pulse ein. „Erst wenn sie ihren Schlaf nachgeholt haben, normalisiert sich dies wieder“, berichtet Nath.

Nesseltiere stehen nahe der Wurzel der mehrzelligen Tiere - Schlaf muss demnach eine sehr ursprüngliche Eigenschaft sein. © Ekaterina P /iStock.com

Schlaf schon bei frühen Mehrzellern

Für die Forscher ist damit klar: Cassiopeia schläft – und beweist damit, dass auch Nesseltiere schon echten Schlaf kennen. „Dies ist das erste Beispiel für den Schlaf bei einem Tier ohne Gehirn“, betont Naths Kollege Paul Sternberg. Das aber bedeutet, dass der Schlaf stammesgeschichtlich sehr alt ist und noch vor dem Zentralnervensystem entstand. Schon an den Uranfängen der vielzelligen Tiere könnte diese Ruhepause existiert haben.

„Diese Erkenntnis wirft viele weitere Fragen auf: Benötigt man zum Schlafen Neuronen? Können nur Mehrzeller schlafen?“, sagt Sternberg. Um das herauszufinden, plant er als nächstes, noch einfachere Organismen auf ihre Schlaffähigkeit hin zu testen, darunter Schwämme oder sogar Einzeller. (Current Biology, 2017; doi: 0.1016/j.cub.2017.08.014)

(Howard Hughes Medical Institute/ California Institute of Technology, 22.09.2017 – NPO)