SchlafforschungDer Oktopus hat wie der Mensch zwei Schlafphasen, vielleicht träumt er sogar
Bei uns Menschen ist der sogenannte REM-Schlaf die Phase, wo die Post im Gehirn abgeht und sich die Augen schnell bewegen. Oktopusse haben ähnliche aktive Phasen im Schlaf. Und das führt zu großen evolutionären Fragen.
Wie viel Zufall steckt in der Evolution? Und wie viel ist vorherbestimmt und muss eben so sein, wie es ist? Oder anders gefragt: Würde sich die Evolution an einem bestimmten Punkt immer wieder gleich entscheiden? Es sind tatsächlich Fragen wie diese, die sich nach einer Studie zum Schlafverhalten von Oktopussen stellen.
Der letzte gemeinsame Vorfahre von Mensch und Oktopus (der zu den Kraken und damit auch zu den Tintenfischen gehört) lebte vor etwa 550 Millionen Jahren. Und die Wissenschaft ist sich ziemlich einig, dass dieser Vorfahre weder ein großes Gehirn, noch unterschiedliche Schlafphasen hatte. Beides hat sich dann aber in zwei völlig verschiedenen Evolutionssträngen entwickelt, einmal bei uns Menschen und einmal bei Oktopussen. Ein großes, komplexes Gehirn und verschiedene Schlafstadien könnten einander also bedingen, sagt Studienleiter Sam Reiter. Aber die Betonung liegt auf "könnten", weitere Forschung dazu sei nötig.
Octopus laqueus: Schläft am Tag und wechselt die Hautfarben bei Aktivität
Durchgeführt wurde die Studie von Sam Reiter und Kollegen am Okinawa Institute of Science and Technology in Japan. Die tierischen Probanden gehörten der Art Octopus laqueus an, was mehrere Vorteile mit sich brachte. Sie sind recht klein, ihre Gehirne kompakt, was die bildgebenden Verfahren vereinfachte. Sie haben einen starken Kontrast zwischen den Hautfarben, zwischen denen sie bei Aktivität hin und her wechseln. Und, ganz praktisch für die Forschungsgruppe, der Octopus laqueus ist nachtaktiv, schläft tagsüber auch bei Licht und kann dann also zu ganz normalen menschlichen Bürozeiten ausgiebig erforscht werden.
Zunächst überprüften die Wissenschaftler, ob die Tiere wirklich schliefen. Sie testeten, wie die Kraken auf einen körperlichen Reiz reagierten, und stellten fest, dass sie sowohl in der ruhigen, als auch in der aktiven Schlafphase eine stärkere Stimulation benötigten, bevor sie reagierten, als wenn sie wach waren.
Oktopus hat offenbar zwei Schlafphasen: Träumen und Lernen?
Wie sich herausstellte, hat der Oktopus zwei sehr verschiedene Schlafphasen, eine aktive und eine ruhige. Das Verhalten des Oktopus während der aktiven Schlafphase ist geprägt von schnellen und fluktuierenden Hautmusteränderungen, Körperzuckungen und schnellen Augenbewegungen - ganz ähnlich den Rapid-Eye-Movement- (REM-) Phasen im menschlichen Schlaf, in denen Träume auftreten.
Ob auch ein Oktopus träumt, wissen die Forscher noch nicht, aber die Gehirnaktivität während der aktiven Schlafphase ähnelt in den verschiedenen Bereichen stark derjenigen im Wachzustand. Das könnte also auf Träumen hindeuten.
Oktopus zeigte beim ruhigen Schlaf charakteristische Gehirnwellen
Während der ruhigen Schlafphase hingegen ist das Gehirn des Oktopus vergleichsweise ruhig. Die Wissenschaftler machten charakteristische Gehirnwellen aus, die bestimmten Wellenformen, die während des Nicht-REM-Schlafs in den Gehirnen von Säugetieren auftreten, sehr ähnlich sind. Obwohl die genaue Funktion dieser Wellen selbst beim Menschen unklar ist, glauben die Wissenschaftler, dass sie beim Festigen von Erinnerungen helfen.
Mit Hilfe eines hochmodernen Mikroskops stellten die Forscher fest, dass diese Wellen in Regionen des Krakengehirns auftreten, die mit Lernen und Gedächtnis in Verbindung gebracht werden, was darauf hindeutet, dass diese Wellen möglicherweise eine ähnliche Funktion wie beim Menschen haben.
Wiederkehrende Hautmuster während Wachzustand und aktiver Schlafphase
Die während der aktiven Schlafphase gezeigten Hautmuster des Oktopus werden direkt durch neuronale Aktivität gesteuert, was den Forschern einen einzigartigen Einblick in die Aktivität des Gehirns im "Offline"-Zustand bot. Zur Analyse der schnellen Hautmusteränderungen haben die Forscher Videos von drei Oktopussen aufgenommen und diese mithilfe eines neuronalen Netzwerks in 512-dimensionale Vektoren umgewandelt.
Es zeigte sich, dass die Verläufe in der aktiven Schlafphase durch vielfältige und komplexe Pfade in diesem Hautmusterspektrum charakterisiert sind. Interessanterweise zeigten die Oktopusse während des Wachzustands Hautmuster, die in das Spektrum der aktiven Schlafphase passten. Eine detaillierte Untersuchung zeigte sogar eine präzise Übereinstimmung in der Musterstruktur zwischen Wach- und Schlafzustand.
Theorie: Oktopusse "üben" im Schlaf die Flucht und das Jagen
Aber träumen Oktopusse nun oder nicht? Die Forscher wissen es nicht. Die Ähnlichkeiten zwischen aktivem Schlaf- und Wachzustand könnten durch eine Vielzahl von Gründen erklärt werden. Eine Theorie ist, dass Kraken ihre Hautmuster im Schlaf "üben", um ihr Tarnverhalten im Wachzustand zu verbessern, oder einfach nur die Pigmentzellen erhalten.
Eine weitere faszinierende Idee ist aber eben, dass die Kraken ihre Erfahrungen im Wachzustand, wie beispielsweise das Jagen oder das Verstecken vor einem Raubtier, noch einmal durchleben und daraus lernen und das mit der jeweiligen Erfahrung verbundene Hautmuster reaktivieren. Mit anderen Worten, so könnte die Oktopus-Art des Träumens aussehen.
"Während der Mensch erst nach dem Aufwachen verbal berichten kann, was er geträumt hat, dient das Hautmuster der Kraken vielleicht schon während des Schlafs zum visuellen Ablesen der Gehirnaktivität", so Reiter. Er fügt aber hinzu: "Wir wissen derzeit nicht, welche dieser Erklärungen, wenn überhaupt, richtig sein könnte. Wir sind sehr daran interessiert, das weiter zu untersuchen."
Profitiert die menschliche Schlafforschung von den Ergebnissen?
Die Untersuchungen eröffnen viele spannende neue Forschungsfelder. Dazu gehört, mehr über den Zweck der wiederkehrenden Muster während des Schlafs herauszufinden und zu untersuchen, ob es sogar die Möglichkeit gibt, diese Muster zu manipulieren.
Es könnte sich auch lohnen, die Mechanismen des Wechsels zwischen ruhiger und aktiver Schlafphase und die Rolle des Schlafs bei der Verarbeitung von Informationen zu erforschen. Letztendlich könnte das Studium des Oktopus-Schlafes sogar zu einem besseren Verständnis des menschlichen Schlafes führen und uns Einblicke in die Evolution und Funktion unserer eigenen Träume geben.
Links/Studien
Die Studie "Wake-like skin patterning and neural activity during octopus sleep" ist im Journal Nature erschienen.
(rr)