Wie wir erleben Fische das „träumende“ Stadium des Schlafes.

Bei Tieren ohne Augenlider sind Fische überraschenderweise in der Lage, ernsthafte Augen zu verschließen.

Wenn Zebrafische ( Danio rerio) dösen ein, sie fangen ihre Zs ähnlich wie Menschen, wie neue Forschungsergebnisse zeigen. Diese gestreiften Schwimmer scheinen sogar das Fischäquivalent des REM-Schlafes zu erleben, das Stadium, in dem Menschen träumen – und etwas, über das bisher nur bei Säugetieren, Vögeln und Reptilien berichtet wurde.

Das tut es nicht. Dies bedeutet nicht unbedingt, dass Fische träumen oder dass ihre Schlafversion mit unserer völlig identisch ist. Trotzdem legt die heute in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Studie nahe, dass mehrstufiges Schlafen bei Wirbeltieren – der Gruppe von Tieren, zu denen Säugetiere, Vögel, Reptilien, Amphibien und Fische gehören – häufig vorkommt und möglicherweise vor mehr als 450 Millionen Jahren aufgetreten ist .

„Dieses Papier wird lange auf sich warten lassen“, sagt Audrey Chen Lew, Neurobiologin an der University of California in Irvine, die nicht an der Studie beteiligt war. „Es ist wirklich eine schöne Arbeit, die … demonstriert Ähnlichkeiten zwischen Fischen und Menschen und anderen Säugetieren, die wir zuvor noch nicht gesehen haben. “

Dass Schlaf bei komplexen Tieren wie Wirbeltieren, die alle über die neuronalen Schaltkreise des Rückenmarks verfügen, mehr oder weniger allgegenwärtig ist, klingt möglicherweise wie ein Kinderspiel. In der Welt der Neurobiologie sind die Dinge jedoch nicht so schwarzweiß.

Ein Problem ist, dass der Schlaf nicht immer leicht zu messen oder zu identifizieren ist. Bei einigen Kreaturen ist es ein leicht zu erkennendes Verhalten: Wenn sie einschlafen, nehmen viele Tiere eine entspannte Haltung ein, stoppen die meisten ihrer Bewegungen und werden sich ihrer Umgebung für einen längeren Zeitraum weniger bewusst (ohne ins Koma zu fallen) oder andere schwer rückgängig zu machende Seinszustände).

Andere Organismen halten sich jedoch nicht an diese Kriterien und veranlassen die Forscher, nach einer zelluläreren Definition des Schlafes zu suchen – etwas, das universell nachweisbar sein könnte unter all denen, die tatsächlich regelmäßig schlafen.

Das ist eigentlich etwas, das Wissenschaftler mehr oder weniger genagelt haben unten bei Säugetieren, Vögeln und Reptilien, die alle ähnliche Muster der elektrischen Aktivität im Gehirn aufweisen, wenn sie auf das Heu treffen. Fische hingegen sind größtenteils rätselhaft geblieben, was zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass viele Schlafforschungsmethoden auf Menschen und andere landgestützte Arten zugeschnitten sind.

Aber obwohl sie durch at getrennt sind Mindestens 400 Millionen Jahre Evolution, Fisch und Mensch sind gar nicht so unterschiedlich. Im gesamten Fischkörper sind bekannte Merkmale der menschlichen Physiologie bis hin zu den in ihre DNA geschriebenen Genen vorhanden. Wenn es um Fisch geht, gibt es die richtige Maschinerie für einen menschenähnlichen Schlaf, sagt der Studienautor Philippe Mourrain, Neurobiologe an der Stanford University. Es ist nur so, dass noch niemand einen Weg gefunden hat, um zu überprüfen, ob es dasselbe tut.

Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Mourrain beschloss daher, eine eigene Methode zu erfinden. In Studien zum menschlichen Schlaf erfassen Sensoren, die an den Körper einer Person angeschlossen sind, deren Gehirnaktivität, Herzfrequenz, Atmung und Muskelbewegungen. Ausgehend von dieser umfassenden Messreihe entwickelten die Forscher einen Ganzkörper-Scan für einen Zebrafisch – eine gestreifte, zentimeterlange Elritze, die sich in den ersten Lebenswochen mit einem transparenten Körper entwickelt.

Diese durchsichtige Haut war der Schlüssel zum Erfolg des Experiments, da die Forscher direkt in die Organe des Fisches blicken konnten, ohne dass Operationen oder andere invasive Verfahren erforderlich waren, sagt der Studienautor Louis Leung, der unter Mourrain forscht Aufsicht. Beim Menschen werden viele Schlafstudienmessungen erfasst, indem elektrische Signale über Elektroden auf der Haut aufgezeichnet werden. Die Transparenz des Fisches ermöglichte es den Forschern jedoch, die gleichen Arten von Daten zu sammeln, indem einfach fluoreszierende Marker in Zellen eingefügt wurden, die dann in Gegenwart elektrischer Signale aufleuchteten und ein bildliches Spiel für Spiel des Verhaltens einzelner Zellen über die Zeit ergaben. P. >

Als das Team die Gehirnwellen einer Schule jugendlicher Zebrafische in Ruhe analysierte, entdeckte es zwei bekannte Muster elektrischer Aktivität. Die erste hatte eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit dem, was beim Menschen als tiefer oder langsamer Schlaf bekannt ist, so genannt, weil sie eine Reihe synchronisierter niederfrequenter Gehirnwellen erzeugt. Bei Menschen ist der Tiefschlaf durch eine geringe Gehirnaktivität gekennzeichnet und soll dem Körper die Möglichkeit geben, sich zu erholen. Es kann auch eine Rolle bei der Speicherkonsolidierung spielen.

Wenn das auch für Fische gilt, macht es laut Mourrain sehr viel Sinn. Selbst bei Tieren, für die das Leben schwimmend verläuft, besteht immer ein Bedarf an R & R. Und auch Fische müssen lernen. Mourrain war jedoch weitaus verblüffter darüber, dass ein weiteres Kennzeichen des menschlichen Schlafes im Zebrafisch widerhallt: der Zustand, in dem Menschen träumen.

Der sogenannte REM-Schlaf (Rapid-Eye-Movement) ist tatsächlich voller Gehirnaktivität. auf Augenhöhe mit Messungen während der Wachstunden. Der große Unterschied besteht natürlich darin, dass der Rest des Körpers nicht wach ist und tatsächlich größtenteils immobilisiert ist (mit Ausnahme der Augen, die beim Menschen hin und her ruckeln).

Viel von Dies scheint auch für Zebrafische zu gelten, mit Ausnahme ihrer Augen, die zusammen mit dem Rest des Körpers ruhig blieben, sagt Mourrain. (Viele andere Tiere halten ihre Augen auch während des REM-Schlafes ruhig.)

Weder Tiefschlaf noch REM-Schlaf waren zwischen Mensch und Fisch völlig identisch, betont Guliz Ozcan, Neurobiologe und Zebrafischexperte am University College London war nicht an der Studie beteiligt. Zum einen war das Zebrafisch-Äquivalent des Langsamschlafes viel langsamer. Trotz dieser Unterschiede, sagt Ozcan, sind die neuronalen „Signaturen“ beider Zustände klar erkennbar – was bedeutet, dass die menschliche Version des Schlafes weit weniger menschlich sein könnte als gedacht.

Mit diesen neuen Erkenntnissen sagt Leung: Zebrafische können nun in die wachsende Liste der Wirbeltiere aufgenommen werden, bei denen der Schlaf auf molekularer Ebene bestimmt wurde. Ohne jedes einzelne existierende Wirbeltier zu testen, ist es schwer zu sagen, ob mehrstufiger Schlaf in dieser Gruppe universell ist, fügt er hinzu. Aber als Vertreter für Fische – die etwa die Hälfte aller bekannten Wirbeltierarten ausmachen – der Zebrafisch und sein verblüffender Schlaf deuten darauf hin, dass bei einem gemeinsamen Vorfahren von Säugetieren, Vögeln, Reptilien und Fischen, der vor mindestens 450 Millionen Jahren lebte, möglicherweise mehrstufiger Schlaf vorhanden war / p>

Amphibien werden wahrscheinlich auch dieses Merkmal teilen, da sie enger mit uns verwandt sind als Fische, sagt Mourrain. Der nächste Schritt, fügt er hinzu, wird sein, zu sehen, ob sich dieselben Signaturen noch weiter ausdehnen zurück in der evolutionären Zeit

Solche tief verwurzelten Implikationen machen dieses Papier zu einem „a Totaler Durchbruch “, sagt Eva Naumann, eine Neurobiologin an der Duke University, die nicht an der Studie beteiligt war.„ Ich kann es nicht übertreiben: War das fehlende Puzzleteil … Ich habe auf eine Studie wie diese gewartet Komm raus, seit ich auf diesem Gebiet arbeite. “

Das große Ganze hier malt Menschen jedoch nicht als primitiv. Vielmehr sollten diese Ergebnisse „den Zebrafisch als Modellsystem zur Untersuchung neuronaler Phänomene wie Schlaf erheben“, fügt Naumann hinzu.

Die Ergebnisse der Studie zeigten auch, dass Zebrafische reagieren, wenn ihnen der Schlaf entzogen oder sie mit Schlaftabletten behandelt werden Ähnlich wie Menschen, sowohl verhaltensmäßig als auch physiologisch, deutet dies darauf hin, dass sie auch beim Screening von Medikamenten zur Behandlung von unregelmäßigem oder gestörtem Schlaf nützlich sein könnten, sagt Ozcan.

Es gibt jedoch immer noch den Elefanten im Raum: Trotz seiner Verbreitung , Schlaf und all seine Stadien rätseln weiterhin Forscher, die versuchen, ihren wahren Zweck herauszufinden. Aber was auch immer das Dösen tut, wenn es sich wirklich vor so langer Zeit entwickelt hat und in so vielen Arten steckt „, deutet dies auf etwas wirklich hin wichtig “, sagt Leung.

Ob Zebrafische während ihrer Version von REM träumen, ist noch offen. Wenn Träumen ein Produkt des Lernens und Auswendiglernen ist, ist es sicherlich möglich, sagt Mourrain.

Schließlich kommen die meisten Durchbrüche von den unerwartetsten Orten, sagt er. Einschließlich derer, von denen Menschen (oder vielleicht auch von anderen Arten) noch nie geträumt haben.