Säugetiere tun es, die meisten Vögel und selbst Reptilien: Sie alle zeigen Schlafphasen, die den unseren relativ ähnlich sind. Im Tiefschlaf, auch “Slow Wave Sleep” genannt, sind Herz und Atmung langsam und regelmäßig, die Muskeln fast vollständig entspannt. Die Hirnaktivität zeigt große, langsame und synchrone Wellen. Im Wechsel mit diesem Tiefschlaf gibt es eine zweite, charakteristische Schlafphase, den REM-Schlaf oder Traumschlaf. Er ist bei uns Menschen durch schnelle Augenbewegungen gekennzeichnet, außerdem durch schnellere, von Aktivititätsschüben unterbrochene Hirnwellen. In dieser Schlafphase träumen wir. Die Körpermuskulatur ist während dieser Zeit maximal entspannt, wir sind nahezu gelähmt. Trotz dieser körperlichen Ruhe sind jedoch der Stoffwechsel und Kreislauf aktiver als im Tiefschlaf.
Müde Zebrafische
Studien belegen, dass dieser charakteristische Wechsel von Tiefschlaf und REM-Schlaf bei den meisten Gruppen der Landwirbeltiere vorkommt. Er scheint daher ein ursprüngliches Merkmal zu sein, das bis auf die ersten Reptilien zurückgeht. Doch wie sieht es mit noch älteren Tiergruppen aus? “Bisher ist unklar, ob dieses Phänomen auch bei nichtamniotischen Wirbeltieren wie den Fischen und Amphibien existiert”, erklären Louis Leung von der Stanford University und seine Kollegen. Zwar haben Beobachtungen schon vor 100 Jahren gezeigt, dass auch Fische in einen schlafartigen Zustand der Ruhe zu verfallen scheinen. Wie dieser Schlaf aber neurologisch beschaffen ist und ob er mit unserem Schlaf vergleichbar ist, war unbekannt. “Es ist schwer, eine neuronale Schlafsignatur bei Fischen zu finden, weil sie keinen klassischen Neocortex besitzen, an dem ein Elektroenzephalogramm (EEG) typischerweise abgeleitet wird”, so die Forscher.
Doch Leung und sein Team haben nun einen Weg gefunden, einen genaueren Einblick in den Schlaf von Fischen zu bekommen. Dafür wurden zarte, fast durchsichtige Zebrafischlarven zunächst unter Schlafentzug gesetzt, indem man sie durch Bewegen ihres Wasserbehälters kontinuierlich zu schwimmenden Ausgleichsbewegungen zwang. Dann setzten die Forscher die müden Fische in ein etwas zähflüssigeres Medium. Dort verfielen die Fischlarven relativ schnell in ihren Schlafzustand und wurden dabei durch das angedickte Wasser stabilisiert und ruhig gehalten. Nun konnten die Forscher mithilfe eines Spezialmikroskops und Fluoreszenzmarkern die Muskel- und Gehirnaktivität der Fische und ihren Herzschlag beobachten.
Erst Tiefschlaf, dann “Traumschlaf”
Es zeigte sich: Nach dem Schlafentzug fielen die Fischlarven zunächst in einen Schlaf, der unserem Tiefschlaf stark ähnelte. “Die Fische zeigten Schübe von hochgradig synchronen Aktivitätsmustern, unterbrochen von Perioden der Stille”, berichten Leung und sein Team. Gleichzeitig sank die Herzschlagrate während dieses sogenannten “Slow Burst Sleep” (SBS) von 200 auf nur noch 120 Schläge pro Minute und auch die Muskelspannung nahm ab. “Diese Merkmale zeigen Übereinstimmungen mit denen des Slow Wave Sleeps bei Säugetieren, Vögeln und Reptilien”, sagen die Forscher. An diese Tiefschlafphase schloss sich bei den Fischen jedoch noch eine zweite, deutlich abweichende Schlafphase an. “Die Muskeln zeigten nun einen rapiden, totalen Verlust der Muskelspannung. Zudem wechselte die spontane Augenbewegung zu einem langsamen Rollen, bis sie schließlich ganz aufhörte”, berichten Leung und sein Team. Der Herzschlag der Fische verlangsamte sich in dieser Phase auf nur noch 90 Schläge pro Minute und er wurde deutlich unregelmäßiger. Und auch im Gehirn wechselte das Aktivitätsmuster: Statt der langsamen, synchronen Wellenschübe breiteten sich nun ungeordnetere Hirnstromwellen über fast das gesamte Fischgehirn aus.
