Schlafforschung

Herumgeisternde Elefanten

Ob Säugetier, Vogel oder Fisch – schlafen müssen alle. Doch die artspezifischen Schlafgewohnheiten sind sehr verschieden. Irene Tobler vom Institut für Pharmakologie und Toxikologie der UZH erklärte in ihrem Vortrag im Rahmen der Veranstaltungsreihe «Wissen-schaf(f)t Wissen», warum Delphine nur mit einer Gehirnhälfte tief schlafen und wie Küchenschaben ihren Schlaf regulieren.

Alice Werner4 Kommentare

«Haben Sie sich schon einmal überlegt, ob Küchenschaben schlafen?» Irene Tobler, Biologin und Schlafforscherin am Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Universität Zürich, erwischt ihre Zuhörer kalt: Der Schlaf von Ungeziefer, Regenwürmern und Bakterien war den meisten bislang – nun ja – egal. Dabei ist die Frage, ob wirklich alle Lebewesen, auch «tierische Minimaleinheiten», in träumerische Bewusstlosigkeit versinken, spannendes Neuland. Wissenschaftler, die das Schlafverhalten von wirbellosen Tieren, Einzellern, aber auch Amphibien, Vögeln und Meeressäugern erforschen, müssen kriminalistischen Spürsinn beweisen – und viel Geduld mitbringen.

Denn Versuchstieren im Labor – Ratten, Hamstern, Meerschweinchen – kann man Elektroden am Schädel befestigen und so nach jenen Veränderungen im EEG suchen, die beim Menschen Schlafphasen charakterisieren. Aber wie untersucht man den Schlaf von Schnecken, Amoeben, Fröschen, Störchen und Seebären?

Elefanten sind Kurzschläfer

«Da hilft oft nur ausdauerndes, präzises Beobachten», sagt Irene Tobler. Oder beobachten lassen – mit Hilfe von Infrarotkameras. Zur systematischen Überwachung und Registrierung des Schlafverhaltens von Elefanten hat die Wissenschaftlerin die Elefantenboxen im Zirkus Knie mit Wärmebildkameras ausgestattet. Ihre Erkenntnisse: Kaum ist die Vorstellung um 21:00 Uhr vorbei, schnarchen auch schon die Ersten. «Diese Kolosse so liegen zu sehen – das war schon ein eindrucksvoller Anblick.»

Elefanten bei der Siesta: Ihr Ruhebedarf ist auf mehrere Nickerchen pro 24-Stunden verteilt. (Bild: Tilan / Pixelio)

Doch der erste Eindruck täuscht: Zirkuselefanten sind Kurzschläfer. Mehr als vier Stunden pro Nacht kommen sie nicht zur Ruhe, und selbst dann schlafen sie nicht durch: Elefanten geistern nachts herum, fressen und trinken und legen ihren Rüssel auch ganz gern einmal auf den Rücken eines dickhäutigen Kollegen. Besonders hartnäckig sind die Jungtiere: «Sie mögen es gar nicht, wenn ihre Mütter schlafen.» Zu welch perfiden Taktiken die Jungen fähig sind, beweisen Toblers Filmaufnahmen aus dem Zoo: Da wird das Muttertier getriezt, getreten und mit dem Rüssel gewatscht, bis an Schlaf nicht mehr zu denken ist.

Elefanten sind, wie die meisten Säugetiere, polyphasische Schläfer: Deren Ruhebedarf ist auf mehrere Nickerchen pro 24-Stunden verteilt. Eventuelle Defizite können also tagsüber mit einer Siesta am Mittag und Nachmittag ausgeglichen werden. Wie fliessend der Übergang vom Wachzustand in den Schlaf bei vielen Tieren verläuft, verdeutlicht der «stehende Schlaf», der von Vierbeinern wie Elefanten, Giraffen, Pferden und Schafen bekannt ist.

EEG-Kurvenbilder von dösenden Kühen zeigen sowohl Gehirnstromwellen mit hohen Frequenzen, wie sie gewöhnlich im Wachen auftreten, als auch langsamere Wellen, die für Tiefschlafphasen, den sogenannten Non-REM-Schlaf (rapid eye movement) typisch sind. Wen wundert`s da, dass Kühe selbst in tiefem Schlummer gemächlich und mit offenen Augen wiederkäuen können.

Schlafen und gleichzeitig wachen

Bei Delphinen, erzählt Irene Tobler, findet dieses besondere Schlafverhalten eine noch erstaunlichere Ausprägung. EEG-Studien zeigen: Während einer Tiefschlafepisode weist nur eine Hirnhälfte der Meeressäuger ein Schlaf-EEG auf – die andere befindet sich eindeutig im Wachzustand. «Gleichzeitiger Tiefschlaf beider Hirnhemisphären ist bei Delphinen praktisch nie zu beobachten.»

Die Bedeutung dieser Arbeitsteilung, warum der Schlaf bei diesen Tieren nicht das gesamte Gehirn erfasst, sondern sich nur in Teilen abspielt, ist für die Wissenschaft ein ungelöstes Rätsel. Forscher vermuten, dass die spezielle Atmung der beliebten Säugetiere für den Halbseitenschlaf verantwortlich sein könnte. Da bei Delphinen das Ein- und Ausatmen bewusst gesteuert wird, und nicht wie beim Menschen reflexartig abläuft, muss eine Gehirnhälfte regelmässig Impulse zum Luftholen aussenden.

Schlafen und Wachen gleichzeitig – das gelingt wohl mehr Tierarten als bislang angenommen. Allen voran stehen Zugvögel in Verdacht, besondere Könner dieser Kunst zu sein: Während ein Hirnteil ausruhen darf, steuert der andere Bewegung und Orientierung beim Fliegen. Aber auch bei anderen Vogelgruppen beobachten Biologen auffälliges Ruheverhalten. Enten zum Beispiel öffnen während des Schlafens ab und zu ein Auge – möglicherweise, um nach Gefahren Ausschau zu halten. Das andere Auge bleibt währenddessen geschlossen, die damit verbundene Gehirnhälfte schläft tief.

Schlafforscherin Irene Tobler: «Delphine sind die einzigen Säugetiere, die keinen REM-Schlaf aufweisen.» (Bild: Alice Werner)

Tiere schlafen unterschiedlich

«Sie sehen», sagt Irene Tobler und man glaubt ihr aufs Wort, «der Schlaf von Tieren ist ein sehr komplexes Forschungsfeld. Allein die artspezifischen Schlafgewohnheiten sind so verschieden!» Ein Pferd gönnt sich im Schnitt nur drei Stunden Schlaf pro Nacht, während Fledermaus, Opossum und Igel mit bis zu zwanzig Stunden Schlummer ausgesprochene Langschläfer sind. Seehunde wiederum schlafen mit der Nase an der Wasseroberfläche und bewegen sich dabei paddelnd um die eigene Achse. Sie können sich zum Schlafen aber auch unter die Wasseroberfläche sinken lassen – von Zeit zu Zeit müssen sie dann allerdings ihren Schlaf unterbrechen und zum Atmen auftauchen. Raubtiere gehen tags wie nachts auf Beutezug, schlafen also immer dann, wenn es passt – und träumen dann wohl auch ausgiebig.

Rätsel des REM-Schlafs

Obwohl man mittlerweile weiss, dass Träume auch im Non-REM-Schlaf vorkommen, ist in Zusammenhang mit dem Traumschlaf in der Regel der REM-Schlaf gemeint. Bei diesem liegt der Körper wie gelähmt da, die Augen unter den geschlossenen Lidern sind dabei aber in rascher Bewegung. REM-Schlaf, so Tobler, findet sich bei mindestens einer Art jeder Säugetierordnung.

Doch lange Traumschlafphasen könne sich eigentlich nur leisten, wer vor Fressfeinden sicher ist. Dementsprechend wenig REM-Schlaf zeigen Pflanzenfresser und typische Beutetiere wie Giraffen und Gazellen; Raubkatzen und räuberische Nagetiere versinken dagegen in ausgiebigen Traumschlaf. Und die Küchenschabe?

Schlaf als regulierter Vorgang

Irene Tobler lacht: «Schade, dass man sie nicht über allfällige Träume befragen kann.» Doch eins könne sie mit Sicherheit sagen: Selbst diese Schädlingsart würde auf künstliche Störungen ihrer Pausenzeit tagsüber intelligent reagieren, und den Ruheentzug durch verminderte Bewegungsaktivität während der eigentlichen nächtlichen Aktivitätsphase wettmachen. Mechanismen zur Schlafregulierung, zur Kompensation verlorener Ruhezeiten, finden sich offensichtlich auch bei einfachen Lebewesen. In diesem Punkt – nun ja – ist die Küchenschabe dem Menschen ähnlicher, als vielen vielleicht lieb ist.

Alice Werner ist Redaktorin UZH News.

4 Leserkommentare

Irene Tobler schrieb am Antwort, Teil 3: Schlafprofil intrauterin Einige chronische intrauterine Registrierungen von Hirnwellen, Augenbewegungen und Nackenmuskulatur wurden beim Schaffötus zw. dem 112–114 Schwangerschaftstag (Geburt nach 145 Tagen) durchgeführt (z.B. Szeto HH, Hinman DJ., Sleep. 1985, 8: 347-55). Ein organisiertes Muster trat zw. dem 115–120 Tag auf. Zu diesem Zeitpunkt glichen die physiologischen Muster der Vigilanzstadien „quiet sleep“ und REM Schlaf bereits denen der adulten Tieren, wobei der REM Schlaf mehr als 50% und „wach“ weniger als 11% der Zeit einnahmen. Eine Schwierigkeit bei der Stadienbestimmung war der direkte Übergang von Wach- zu REM-Schlaf, der bei Erwachsenen nur über „quiet sleep“ (auch nonREM Schlaf genannt) erfolgt. Im Laufe der Entwicklung nahm der Anteil REM Schlaf ab, während der nonREM Schlaf und Wachepisoden zunahmen. Eine Übersichtarbeit zum Thema wurde 2003 publiziert (Mirmiran M., Maas YG., Ariagno RL., Sleep Med Rev. 7:321-34. Development of fetal and neonatal sleep and circadian rhythms).
Irene Tobler schrieb am Antwort, Teil 2: Schlafprofil intrauterin Eine frühe Studie hat bei Meerschweinchenföten polygraphische Langzeitregistrierungen ab 40. Schwangerschaftstag bis zum Geburtstermin durchgeführt (Astic L., Sastre J.P. und Brandon AM., Revues Electroencéphalographie et Neurophysiologie Clinique. 1973, 3: 54-64). Die pränatale Entwicklung der Schlafzustände war analog derjenigen von früh geborenen Ratten und Katzen: Der „Paradoxe Schlaf“ (beim adulten Tier auch „REM Schlaf“ genannt), der seit dem 40. Tag beobachtet wurde, erscheint vor dem langsamen Schlaf, der nicht vor dem 52./53. Tag abgegrenzt werden konnte. Davor bestand ein Überwiegen des „Paradoxen (aktiven) Schlafs“ an der Gesamtregistrierdauer (von 73–97%, je nach Alter).
Irene Tobler schrieb am Antwort, Teil 1: Schlafprofil intrauterin Die pränatalen polygraphischen Daten können nicht mit Kriterien, die bei der Definition der Schlafstadien beim adulten Tier Anwendung finden, ausgewertet werden. Eine Schwierigkeit ist die Abgrenzung von „Wach“ und „aktivem Schlaf“ (später REM Schlaf), da bei Tierföten sehr viele Bewegungen auftreten. Eine frühe Studie hat bei Meerschweinchenföten polygraphische Langzeitregistrierungen ab 40. Schwangerschaftstag bis zum Geburtstermin durchgeführt (Astic L., Sastre J.P. und Brandon AM., Revues Electroencéphalographie et Neurophysiologie Clinique. 1973, 3: 54-64). Die pränatale Entwicklung der Schlafzustände war analog derjenigen von früh geborenen Ratten und Katzen: Der „Paradoxe Schlaf“ (beim adulten Tier auch „REM Schlaf“ genannt), der seit dem 40. Tag beobachtet wurde, erscheint vor dem langsamen Schlaf, der nicht vor dem 52./53. Tag abgegrenzt werden konnte. Davor bestand ein Überwiegen des „Paradoxen (aktiven) Schlafs“ an der Gesamtregistrierdauer (von 73–97%, je nach Alter).
Robert Lüchinger schrieb am Frage: Schlafprofil intrauterin Sehr geehrte Frau Dr. Tobler ! Vorerst ganz herzlichen Dank für Ihren geistreichen, sprühenden Vortrag! Frage: Gibt es bei Tieren intrauterine Schlafprofile? Jovanovic, Schlaflabor Würzburg, publizierte ca. 1970 ein Profil von menschl. Frühgeburten (ohne Sedierung). Dabei fand er eine längere Schlafzeit und einen proportional höheren REM-Anteil als bei Termingeborenen, bzw bei Kleinkindern. Würde man seine Schlafprofile "rückwärts" gegen den Schwangerschaftsbeginn extrapolieren ( was mathematisch aber nicht korrekt wäre), so wäre in der Früh-SS der REM-Anteil 100%, d.h. das Non-REM- und das Wachbewusstsein wären ontogenetisch sekundär. Interessant, aber spekulativ. Beim Menschen lassen sich intrauterin die Schlafstadien nur unscharf beobachten (Augenbewegungen, Muskeltonus, Herzaktivität). Gibt es direkte intraut. Ableitungen bei Tier-Föten? Herzlichen Dank für Ihre Antwort! Dr. Robert Lüchinger, Ehem. Chefarzt Frauenklinik Spital Affoltern.

Kommentar schreiben

Die Redaktion behält sich vor, Kommentare nicht zu publizieren. Unberücksichtigt bleiben insbesondere anonyme, ehrverletzende, rassistische, sexistische, unsachliche oder themenfremde Kommentare sowie Beiträge mit Werbeinhalten.

Anzahl verbleibender Zeichen: 1000