Evolution: Schlaflosigkeit bei Fischen wirft Licht auf Schlaf

Eine neue Studie hat gezeigt, dass Zebrafische tagsüber nicht mehr schlafen, wenn ihnen nachts Schlaf entzogen wurde. Die Arbeit legt nahe, dass der Fisch besser in der Lage ist Lichtreize zu nutzen, um wach zu bleiben, als Säugetiere, was darauf hindeutet, dass die Evolution verschiedene Systeme der Schlafregulation bei verschiedenen Gruppen von Tieren hervorgebracht hat.

Jedes Tier schläft, doch manche tun es auf eine Weise, die Menschen kaum als Schlafen bezeichnen würden. Kühe stehen stocksteif auf ihren vier Beinen; Delphine machen getrennte Nickerchen mit jeder Hemisphäre ihres Gehirns, so dass sie weiter schwimmen können. Selbst Fruchtfliegen tun in ihrem kurzen Leben hin und wieder ein Auge zu.

Dass ein Zebrafisch schläft, erkennt man daran, dass sein Schwanz herabhängt - er hängt bewegungslos am Boden des Aquariums - und es eines stärkeren Elektroschocks - ein milder elektrischer Strom reicht aus - bedarf, um ihn zum Schwimmen zu bringen, als wenn er wach ist, sagt Emmanuel Mignot von der Stanford University in Palo Alto, Kalifornien.

Mignot und seine Kollegen halten Zebrafische wach, um zu untersuchen, wie sich Schlaf - oder Schlafmangel - auf diese häufig studierten Tiere auswirkt. Niemand versteht wirklich, warum Menschen schlafen; wie Schlaf entstanden ist, ist ein ebensolches Mysterium, sagt Mignot. "Schlaf ist in Hinblick darauf, warum er entstanden ist, eines der grundlegenden verbliebenden Mysterien." Zum besseren Verständnis studiert er den Schlaf von Tieren, von Hunden bis zu Zebrafischen. "Dadurch können wir besser verstehen, wie wir im Laufe der Evolution geschlafen haben, und dann können wir die Gründe für Schlaf verstehen", sagt er.

Der Schlafschuld ausweichen

Das Team fand heraus, dass Zebrafische, die über Nacht wachgehalten wurden, Schlaf nachholen, wenn die Lichter gelöscht werden. Bleiben die Lichter jedoch an, schlafen sie am folgenden Tag nicht mehr, so wie Säugetiere es tun würden.

Um herauszufinden, was dieses Verhalten verursacht, untersuchten Mignot und seine Kollegen, was passiert, wenn eine Mutation bei Zebrafischen den einzigen Rezeptor für das Neuropeptid Hypocretin (auch Orexin bezeichnet) ausschaltet.

Bei Säugetieren verursacht ein Mangel an Hypocretin Narkolepsie, ein Syndrom, das sowohl mit erdrückender Müdigkeit am Tag und Schlaflosigkeit bei Nacht einher geht, wie auch Katalepsie verursacht. Bei Fischen scheint es jedoch nur zu nächtlicher Schlaflosigkeit zu führen.

Mognot ist der Ansicht, dass Licht und das Hormon Melatonin, das durch Lichteinfluss verstärkt ausgeschüttet wird, Schlaf bei Fischen so sehr unterdrücken, dass die "Schlafschuld" aus der Nacht zuvor aufgehoben wird. Im Gegensatz zu Säugetieren brauchen sie ihr Hypocretinsystem nur, um den Nachtschlaf zu regulieren. Physiologische Studien stützen diese Theorie. Einige Vögel verhalten sich genauso, fügt Mignot hinzu, was darauf hinweist, dass Licht und Melatonin-gesteuerte Regulation bei Tag sich auf den Zweig der Nicht-Säuger erstrecken.

"Ich glaube, dass das System von Melatonin und Licht an einer Art Scheideweg angelangt war. An einem bestimmten Punkt wurde es weniger effektiv und Tiere entwickelten andere Wege, Wachsamkeit zu fördern", sagt Mignot.

Die Ergebnisse widersprechen einer früheren Arbeit, die ergab, dass Hypocretin die Wachsamkeit bei Zebrafischen Tag und Nacht fördert - allerdings bei jungen Fischen und bei erwachsenen. "Weitere Analysen der Hypocretinrezeptor-Mutation sind nötig, um diese Diskrepanzen aufzulösen", sagt Alexander Schier von der Harvard University in Cambridge, Massachusetts, einer der Autoren der früheren Studie.

Schläfrige Hunde

Mignot hat die Neurochemie des Schlafs bei Menschen, Nagern und einer Reihe narkoleptischer Hunde über Jahre aufgezeichnet.

Er sagt, er würde ähnliche Arbeiten auch gern für weitere Vertreter des Königreichs der Tiere sehen, um schließlich so etwas wie einen evolutionären Stammbaum des Schlafs erstellen zu können. Für den Moment wird er bei Zebrafischen bleiben, fügt er hinzu, er würde dasselbe System jedoch gern bei einem Tier wie zum Beispiel dem Schnabeltier untersuchen - aus der ältesten und Reptilien-ähnlichen Familie von Säugetieren.

Die narkoleptischen Hunde sind übrigens kein Forschungsfeld mehr - die Hunde sind in Rente gegangen. "Wir haben noch einen letzten Hund, und der wurde gerade adoptiert", sagt Mignot. "Er gehört jetzt mir."

(1) Yokogawa, T. et al. PLoS Biol. 5, e277 (2007). (2) Prober, D. A., Rihel, J., Onah, A. A., Sung, R.-J. & Schier, A. F. J. Neuroscience. 26, 13400-13410 (2006).

Dieser Artikel wurde erstmals am 16.10.2007 bei news@nature.com veröffentlicht. doi: 10.1038/news.2007.167. Übersetzung: Sonja Hinte. © 2007, Macmillan Publishers Ltd

Emma Marris