Eine neue Studie liefert wichtige Erkenntnisse über die Evolution des Schlafs und darüber, wie wir ein Gehirn entwickeln könnten, das keinen Schlaf benötigt. Oben ein blinder mexikanischer Höhlenfisch (Astyanax mexicanus) und unten ein Oberflächenfisch.
Nahezu alle untersuchten Tiere müssen schlafen, aber es ist wenig darüber bekannt, warum einige Tiere die meiste Zeit des Tages schlafen, während andere sehr wenig schlafen. Die augenlosen, winzigen, blinden mexikanischen Höhlenfische (Astyanax mexicanus), die in völliger und permanenter Dunkelheit an einem kleinen Ort im Nordosten Mexikos leben, haben eine Schlaflosigkeit entwickelt und dösen weit weniger als ihre in Flüssen lebenden Verwandten. Diese Fische werden seit fast 100 Jahren wegen ihrer faszinierenden Eigenschaften erforscht, doch ist wenig darüber bekannt, wie sich ihr Verhalten entwickelt hat. Aufgrund ihres Schlafmangels sind sie ein hervorragendes Modell für die Untersuchung menschlicher Schlafstörungen wie Schlaflosigkeit.
Eine neue, in eLife veröffentlichte Studie von Neurowissenschaftlern des Charles E. Schmidt College of Science an der Florida Atlantic University gibt neue Einblicke in die Evolution des Schlafs.
Für die Studie fanden die Forscher heraus, dass das Neuropeptid Hypocretin, das früher mit menschlicher Narkolepsie in Verbindung gebracht wurde, im Gehirn von Höhlenfischen in höheren Mengen exprimiert wird. Während der Verlust von Hypocretin in menschlichen und tierischen Modellen nachweislich zu Narkolepsie führt, haben sich Höhlenfische so entwickelt, dass sie höhere Hypocretin-Spiegel aufweisen, was zu Schlaflosigkeit führt.
„Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Unterschiede in der Hypocretin-Produktion Unterschiede im Schlaf zwischen Tierarten oder sogar zwischen einzelnen Menschen erklären können“, sagte Dr. Alex Keene, Seniorautor und außerordentlicher Professor im Fachbereich Biologische Wissenschaften, Mitglied der Jupiter Life Science Initiative und Mitglied des FAU Brain Institute. „
Das Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Keene wollte die Mechanismen des Schlafverlusts bei A. mexicanus aufdecken, um mehr über den Schlaf zu erfahren. mexicanus zu erforschen, um mehr darüber herauszufinden, wie ein Mangel an Hypocretin-Signalen mit verändertem Schlaf und Narkolepsie, einer chronischen Schlafstörung, die zu überwältigender Tagesmüdigkeit führt, bei verschiedenen Wirbeltieren zusammenhängt.
Um dies zu erreichen, führten Keene und sein Team eine vergleichende Studie zwischen den Gehirnzellen von A. mexicanus und Höhlenfischen durch. Ihre Ergebnisse zeigen, dass die Anzahl der Hypocretin-Zellen bei Höhlenfischen deutlich höher ist als bei ihren oberflächenbewohnenden Verwandten.
Hypocretin, das früher mit Narkolepsie beim Menschen in Verbindung gebracht wurde, wird im Gehirn von Höhlenfischen (A. mexicanus) in höherem Maße exprimiert. Gehirne von Oberflächenfischen (links) und Höhlenfischen (rechts) mit dem wachmachenden Hypocretin-Protein in grüner Farbe (unten).
Als Nächstes zeigten sie, dass eine genetische oder pharmakologische Hemmung der Hypocretin-Signalübertragung den Schlaf bei Höhlenfischen erhöhte, während sie bei Oberflächenfischen nur sehr geringe Auswirkungen hatte.
„Eine zentrale Frage ist, warum Hypocretin bei Höhlenfischen anders funktioniert“, so Keene. „
Koautoren der Studie sind Erik Duboue, Ph.D., Assistenzprofessor für Biowissenschaften am Harriet L. Wilkes Honors College der FAU, und David Prober, Ph.D, Professor für Biologie am California Institute of Technology.
„Hypocretin Underlies the Evolution of Sleep Loss in the Mexican cavefish“, ist online frei zugänglich unter https://elifesciences.org/articles/32637.
Diese Studie wird durch den Preis 25762 der National Science Foundation an Keene unterstützt.
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