Warum müssen Lebewesen eigentlich schlafen?

Soweit man in der Evolution zurückschauen kann, hat jedes Tier, das ein Gehirn hat, ein Schlafbedürfnis, doch weiß auch die Wissenschaft nicht genau, warum alle Tiere, angefangen von Quallen über Würmer, Fruchtfliegen, Ratten und Menschen, überhaupt schlafen. Der Schlaf ist das einzige Verhalten, dessen Funktion noch ziemlich mysteriös ist, denn kein Tier einschließlich dem Menschen, kommt aber ohne ihn aus. Experten sagen jedoch, wenn der Schlaf nicht eine absolut überlebensnotwendige Funktion hätte, wäre der Schlaf der größte Fehler der Evolution, denn er bringt für das Lebewesen erhebliche Risiken und Kosten, da beim Schlaf das Individuum wehrlos ist, wenn es sich von der Umwelt abkoppelt. Hinzu kommt, dass es während des Schlafs auch unproduktiv ist.

Jüngst entdeckte man bei Fruchtfliegen mittels Optogenetik, welche Zellen im Gehirn Schlaf auslösen, und was sie dazu veranlasst. Dazu schleusten man den Code von auf Licht reagierenden Eiweißstoffen in die Zellen, und schickte anschließend einen Lichtstrahl in das Fliegengehirn, um diese Nervenzellen gezielt zu aktivieren und ihre neuronalen Schaltkreise zu kontrollieren. Wenn man diese Gehirnzellen künstlich einschaltet, kann man die Fliegen in Schlaf versetzen, wobei es aber auch neuronale Gegenspieler gibt, die Aufwachzellen, die über Synapsen mit den Schlafzellen verbunden sind und deren Aktivität hemmen, wenn es ans Wachwerden geht.

Schlafzellen werden dadurch aktiviert, dass beim Stoffwechsel im Wachzustand und speziell beim Verbrennen von Nahrung durch die Mitochondrien reaktiver Sauerstoff entsteht, also freie Sauerstoffradikale. Diese schädigen in hoher Dosis das Erbgut und können Krebs verursachen, genau so wie Herz-Kreislauferkrankungen, Morbus Parkinson und Alzheimer. Chronischer Schlafmangel bei Menschen und Tieren verkürzt das Leben. Wenn man Lebewesen ständig im Wachsein hält, führt das zum vorzeitigen Tod, wobei die selbe Nebenwirkung übrigens auch übermäßige Kalorienzufuhr hat, sodass die einzige Intervention, die man kennt, um das Leben zu verlängern und den Alterungsprozess zu verzögern, das Fasten ist, das Lebewesen also länger am Leben hält wie das Schlafen. Übrigens: Auch wenn ein gestresster Mensch Kopfschmerzen bekommt, entstehen in den Zellen aggressive Sauerstoffradikale, die signalisieren, dass etwas nicht in Ordnung ist.

Der gemeinsame Nenner scheinen also Sauerstoffradikale zu sein, da ein Transportkanal für elektrisch geladene Teilchen in Nervenzellen (Ionenkanal) quasi einen Sensor eingebaut hat, und auf bestimmte Reaktionsprodukte der Sauerstoffradikale reagiert. Er wird aktiv und die Ladungsverteilungen in den Nervenzellen ändern sich dadurch, sodass in der Folge ein elektrischer Reiz entsteht, der die Fliegen in den Schlaf schickt. Die Sauerstoffradikale lösen demnach über jenen Kanal das Einschlafen der Tiere aus, wobei im Schlaf gefährlichen Sauerstoffradikale quasi entschärft werden. Allerdings weiß man nicht genau, ob das aktiv passiert, indem die Radikale gezielt abgebaut werden, oder ob im Ruhezustand nur ihre Produktion gedrosselt wird. Es ist allerdings offensichtlich, dass dieser gefährliche Sauerstoff ein fundamentaler Grund für das Schlafbedürfnis wohl aller Tiere einschließlich der Menschen ist.

Solche Einschlafzellen gibt es auch im menschlichen Gehirn, die viele Gemeinsamkeiten mit den Einschlafzellen der Fliegen haben, denn sie sind im Schlaf elektrisch aktiv so wie bei den Fliegen und bei beiden Organismen Angriffspunkt für Anästhetika. Dass der Mechanismus bei Säugern nicht anders als bei Fliegen verläuft, lässt sich dadurch zeigen, dass man Schlaf auslösen kann, wenn man oxidierende Substanzen in das Gehirn von Ratten nahe dieser Zellen einbringt. Offenbar ist Schlaf nichts anderes, als ein Verteidigungsmechanismus gegen diese Sauerstoffradikale.

Literatur

Opto­ge­ne­tik-Pio­nier Mie­sen­böck: Wer ein Gehirn hat, braucht Schlaf.
WWW: https://science.apa.at/power-search/11809868286727712814 (21-09-21)