Weder Quallen noch Seeanemonen haben Gehirne. Laut einer in Nature Communications veröffentlichten Studie schlafen diese Tiere trotzdem – und sind dem Menschen darin überraschend ähnlich. Das untermauert bisherige Erklärungsansätze dazu, warum es den Schlaf überhaupt gibt: Einerseits kann er zumindest teilweise die DNA in einzelnen Nervenzellen schützen und andererseits trägt er dazu bei, Schäden zu reparieren, die im Wachzustand von Tieren entstehen.

»Neuronen sind sehr wertvoll«, sagt Lior Appelbaum. Er ist Mitautor der Studie und Molekularneurowissenschaftler an der Bar-Ilan-Universität in Ramat Gan, Israel. »Sie teilen sich nicht, also muss man sie intakt halten.«

Frühere Arbeiten haben schon gezeigt, dass Quallen in einen schlafähnlichen Zustand eintreten können. Diese Studie ist allerdings die erste, die dieses Phänomen auch bei Seeanemonen beobachtet und die die Schlafmuster beider Lebewesen im Detail beschreibt. »Jedes Mal, wenn jemand die Liste der schlafenden Tierarten erweitert, ist das ein sehr wichtiger Schritt für unser Fachgebiet«, sagt Chiara Cirelli, Schlafforscherin an der University of Wisconsin-Madison.

Erholsame Ruhe

Schlaf ist für Tiere ein riskanter Zustand: Sie sind Raubtieren und Umweltgefahren ausgeliefert und haben weniger Zeit für die Nahrungssuche, Paarung oder die Pflege ihres Nachwuchses. Da die Evolution allen bisher untersuchten Tieren mit Nervensystemen Schlaf verschrieben hat, muss er eine grundlegende biologische Funktion haben – darin sind sich Forschende weitgehend einig.

Die Theorie, dass der Schlaf bereits vor der Evolution des zentralen Nervensystems entstanden sein könnte, gewann 2017 an Boden, als Ravi Nath, jetzt Postdoktorand in den Neurowissenschaften an der Stanford University in Kalifornien, und sein Team einen schlafähnlichen Zustand bei Quallen nachwiesen. »Es gibt gute Beweise dafür, dass Schlaf im Zusammenhang mit Neuronen entstanden ist«, sagt er. »Es gibt wahrscheinlich einen Kernzweck des Schlafes und zusätzlich hat jede Spezies ihn an ihre eigenen Bedürfnisse angepasst.«

Die jüngste Studie baut auf diesen Erkenntnissen auf, indem sie Schlaf genauer definiert und untersucht, welche Auswirkungen er auf zellulärer Ebene bei denjenigen Tieren haben könnte, die zwar Neuronen, aber kein Gehirn haben. Sowohl im Labor als auch in einem natürlichen Lebensraum in Key Largo, Florida, fanden Appelbaum und sein Team heraus, dass Cassiopea andromeda (eine auf dem Kopf stehende Qualle) wie der Mensch etwa acht Stunden pro Tag schläft. Die meiste Zeit davon fällt ebenfalls wie beim Menschen in die Nacht. Aber die Qualle hält auch einen kurzen Mittagsschlaf. Das Team untersuchte im Labor außerdem die Seeanemone Nematostella vectensis und dokumentierte zum ersten Mal ihren Schlaf. Auch sie schlief etwa ein Drittel des Tages, allerdings konzentrierte sich ihre Ruhezeit auf die Morgendämmerung.

Man nimmt an, dass Neuronen erstmals vor Hunderten von Millionen Jahren in basalen Metazoen entstanden sind – also in frühen Tieren, die modernen Quallen und Seeanemonen ähneln und die zwar diffuse Netze miteinander verbundener Neuronen, aber keine zentrale »Kommandozentrale« besitzen. In Experimenten mit beiden Arten stellte Appelbaums Team immer wieder fest, dass die DNA-Schäden in den Neuronen im Wachzustand zunahmen und während des Schlafs abnahmen. Un dwenn das Team DNA-Schäden gezielt mit ultravioletter Strahlung verursachte, reagierten die Tiere mit mehr Schlaf. Die Forschenden schlossen daraus, dass bei wachen Tieren mehr DNA-Schäden entstehen als repariert werden können, während der Schlaf ein spezielles Zeitfenster für eine effiziente Wartung der Zellen bietet.

Mehr zu erforschen

Cirelli hält die Studie für gründlich, weist aber auf eine Einschränkung hin: Es fehlte eine Kontrollgruppe von Tieren, die nach der Schädigung der DNA wach gehalten werden. Obwohl ihre eigene Forschung zeigt, dass Schlaf die DNA-Reparatur beschleunigt, vermutet sie, dass eine ähnliche Reparatur auch dann stattfinden könnte, wenn die Tiere wach sind, aber nicht aktiv Neues lernen. Ihre Arbeit deutet auch darauf hin, dass es andere starke evolutionäre Triebkräfte für den Schlaf gibt – beispielsweise die Notwendigkeit, bestimmte Neuronen voneinander zu lösen, die sich tagsüber zu stark miteinander verbunden haben. Das solle Energie sparen, die Lernfähigkeit der Tiere wiederherstellen und bei der Festigung von Erinnerungen helfen, sagt Cirelli.

Die Antwort auf die Frage, wie und warum sich der Schlaf entwickelt hat, könnte auch Zusammenhänge zwischen Schlafverlust und neurodegenerativen Erkrankungen aufdecken oder Phänomene wie den lokalen Schlaf erklären. Hierbei schalten sich kleine Regionen des menschlichen Gehirns im Wachzustand kurzzeitig ab. »Beim Menschen unterstützt der Schlaf das Lernen und das Gedächtnis«, sagt Applebaum, »aber vielleicht kann er auch dabei helfen, bestimmte Neuronen zu erhalten.« Sein Team plant nun, solche Unklarheiten bei Tieren zu untersuchen, die kein Nervensystem haben – darunter etwa Schwämme – , und bei Zebrafischen, deren Gehirne wichtige Merkmale mit menschlichen Gehirnen teilen.