Alles schläft im Tierreich

Zügelpinguine haben ihre Schlafprobleme auf eine für uns Menschen eher befremdliche Weise gelöst. Wie die Forschenden herausfanden, ist das kurzfristige Einnicken bei den Vögeln zumindest während der Brutzeit Standardprogramm.

Für tiefere Einblicke in den Pinguinschlaf hat das Team die Tiere nicht nur gefilmt, sondern 14 von ihnen auch mit speziellen Datenloggern ausgestattet – eine Pionierarbeit auf dem Gebiet. Die Geräte erfassten unter anderem die Gehirnaktivität der Pinguine in Form eines Elektroenzephalogramms, kurz EEG. Bei dessen Auswertung zeigten die arktischen Probanden typische Schlafmuster – aber in einem extrem kurzen Rhythmus, unterbrochen von ebenfalls nur kurzen Wachphasen. Den Analysen zufolge schlafen die Vögel mehr als 10.000-mal am Tag für durchschnittlich vier Sekunden ein. Insgesamt kommen sie damit auf über elf Stunden Schlaf. Viele Mikroportionen ergeben addiert eben doch eine ganz gehörige Menge.

Das Phänomen Schlaf mag im Tierreich omnipräsent sein, seine Ausprägung ist indes keinesfalls gleichmäßig. Wie so oft, setzt die Natur auch hier auf Vielfalt. „Die Schlafmenge ist höchst flexibel“, meint Niels Rattenborg. Je nach ökologischem Kontext und ihrer jeweiligen Lebensphase zeigen Tiere dramatische Unterschiede im Schlafverhalten, betont der Wissenschaftler. Die Umstände bestimmen Dauer und Rhythmus. Der einzelne Organismus steht dabei stets in einem Spannungsfeld zwischen verschiedenen Notwendigkeiten. Er braucht, wie auch immer geartet, Schlaf, aber gleichzeitig jede Menge Zeit für die Nahrungsversorgung und die Reproduktion. Und dann lauern noch viele Gefahren. Ein schwieriges Abwägen.

Gefiederte Schläfer

Für die Bewältigung eines solchen Spagats haben nicht nur die Zügelpinguine erstaunliche Fähigkeiten entwickelt, auch andere Vogelarten werfen in der Forschung viele Fragen auf. Ein Extremfall ist zum Beispiel der Graubrust-Strandläufer, berichtet Niels Rattenborg. Die auf den zoologischen Namen Calidris melanotos getauften Watvögel brüten jeden Sommer in der nordamerikanischen und ostasiatischen Arktis. Die Männchen versuchen, während der warmen Monate so viele Artgenossinnen wie möglich zu begatten, weshalb so einige dieser gefiederten Casanovas für die Dauer der Fortpflanzungssaison praktisch gar nicht zum Schlafen kommen. Das stellt die Regenerationshypothesen natürlich infrage, meint Rattenborg. Er fand gemeinsam mit seinem Team außerdem heraus, dass beispielsweise große Fregattvögel (Fregata minor) sogar im Flug dösen können – wahlweise mit beiden oder nur einer Gehirnhälfte.

Auch weitere Vögel wie die hierzulande häufig vorkommende Stockente, Anas platyrhynchos, nutzen zur Aufrechterhaltung ihrer Wachsamkeit einen besonderen Kniff der Evolution: Sie schlafen oft abwechselnd mit jeweils nur einer Hirnseite. Die andere Hälfte bleibt munter, das damit verbundene Auge beobachtet die Umgebung aufmerksam weiter. So können die Enten heranpirschende Prädatoren im Ernstfall rechtzeitig erkennen.

Schlafplatz Ozean

Während auch Wale, Delfine und Seelöwen auf diesen sogenannten unihemisphärischen Schlaf setzen, beherrschen Nördliche See-Elefanten (Mirounga angustirostris) den Trick nicht. Dennoch müssen sie sich draußen im Ozean vor denselben Gefahren in Acht nehmen wie die anderen Meeressäuger. Und auch sie lösen Herausforderungen wie diese auf verblüffend elegante Weise.

Jessica Kendall-Bar ist der Schlafstrategie der im Ostpazifik heimischen Riesenrobben mithilfe modernster Technologie auf die Schliche gekommen. Die an der University of California in San Diego tätige Biologin entwickelte eine meerwasser- und druckbeständige Tauchmütze für See-Elefanten, komplett mit Datenloggern und Sensoren zur Messung der Hirnströme ausgestattet. Acht wild lebende Exemplare von Mirounga angustirostris wurden mit solchen Kopfbedeckungen ausgestattet. Die Tiere zogen ins offene Meer, um dort Fische und Tintenfische zu jagen und blieben dabei mehrere Tage auf hoher See. Im Sommer und Herbst gehen See-Elefanten monatelang gar nicht an Land, berichtet Kendall-Bar. Manche schwimmen dann sogar bis nach Hawaii.

Durch eine präzise Analyse der über die Robbenkappen gesammelten Daten gelang es Kendall-Bar und ihren Kolleginnen, das Ruheverhalten ihrer Probanden zu rekonstruieren. Demnach schlafen See-Elefanten draußen im Meer hauptsächlich unter Wasser – und das ziemlich tief. Der Hintergrund: Orcas und Weiße Haie durchkreuzen vor allem die höheren Wasserschichten. Solchen gefährlichen Räubern wollen selbst die großen Robben unbedingt aus dem Weg gehen, erklärt die Forscherin. „Deshalb schlafen sie in Küstennähe nie an der Oberfläche.“ Stattdessen schwimmen die See-Elefanten bis zum Meeresgrund und legen sich dort zur Ruhe. Ist der Boden allerdings außer Reichweite, sprich in mehr als etwa 200 Meter Tiefe, schlafen die Tiere im Freiwasser. Auch dafür tauchen sie zunächst aktiv auf über 150 Meter ab, um anschließend für etwa zehn Minuten einzunicken. Ihr Körper sinkt dabei in einer „Schlafspirale“ weiter nach unten in die lichtlose Tiefsee – kalt und dunkel, aber immerhin sicher.

Der Rückzug ins ozeanische Refugium hat jedoch auch Nachteile, wie Jessica Kendall-Bar erläutert. Die See-Elefanten können sich immer nur kurz erholen und müssen gleichzeitig viel Zeit aufwenden, um ihre bis zu 680 Kilo schweren Leiber mit genügend Nahrung zu versorgen. Dementsprechend schlafen sie während ihrer Seereisen im Schnitt nur zwei Stunden täglich.

Wache Dickhäuter

Interessanterweise reichen die Robben damit an den bisherigen Rekordhalter in Sachen Kurzschlaf heran: den Afrikanischen Elefanten, Loxodonta africana. Vor gut zehn Jahren gelang es südafrikanischen Wissenschaftlern, die Aktivitätsmuster zweier Weibchen über 35 Tage hinweg in freier Wildbahn zu verfolgen. Dazu hatten sie den Tieren Bewegungssensoren in den Rüssel implantiert. Hält dieses wichtige Organ für mehr als fünf Minuten still, dürfte die Besitzerin schlafen, so die Überlegung.

Die untersuchten Elefantinnen, beide Anführerinnen ihrer jeweiligen Herden, schienen kaum die Augen zuzumachen. Den Bewegungsdaten nach schliefen die Tiere meistens etwa eine Stunde am Stück, dazu kamen ein paar kürzere Nickerchen. Alles zusammengezählt nur zwei Stunden pro Nacht.

Und manchmal kamen die Matriarchinnen gar nicht zur Ruhe. Dann marschierten sie mit ihren Gruppen bis zu 36 Kilometer weit – in einer einzigen Nacht. Vermutlich war der Grund dafür, dass die Tiere von Wilderern, Löwenrudeln oder brunftigen Elefantenbullen gestört worden waren und Reißaus genommen hatten, wie Projektleiter Paul Manger von der University of the Witwatersrand in Johannesburg erläutert. Die große Überraschung indes war, dass die Elefantinnen den verpassten Schlaf auch nach solchen Touren nicht nachholten. Von Müdigkeit anscheinend keine Spur.

Die Fähigkeit, grundsätzlich mit wenig Erholung auszukommen, wird auch bei anderen Großsäugern beobachtet, und wie bei den See-Elefanten könnte das am Nahrungsbedarf liegen, erklärt Manger. „Als Elefant muss man sich täglich 300 bis 500 Kilo Futter ins Maul stopfen. Das dauert.“ Das sogenannte orexinerge System im Hypothalamus dürfte der Schlüssel sein, meint der Neurowissenschaftler. Bei Elefanten befinde sich dort eine spezialisierte Gruppe von Nervenzellen, die den Schlafdruck lindert. „Dazu könnte es im Gehirn noch andere Mechanismen zum Ausgleich von Schlafmangel geben.“ Vielleicht sind die Dickhäuter in der Lage, zum Beispiel schädliche Stoffwechselprodukte effizienter zu beseitigen, mutmaßt Manger.

Wenn Menschen Mücken stören

Ein anderes Säugetier, das umgekehrt so wirkt, als hätte es den Schlaf für sich gepachtet, ist das Faultier. Für dessen Gattungen Bradypus und Choloepus ist Ruhe in der Tat oberstes Gebot. Agilität, nein danke. Ihre kalorienarme Leibspeise, Baumblätter, gibt dafür energetisch einfach nicht genug her. Da muss man sparsam sein. Doch so viel, wie einst angenommen, schlafen die Meister der Gemächlichkeit keinesfalls. In Zoos wurde bei Bradypus variegatus ein Pensum von knapp 16 Stunden täglich festgestellt; stattdessen wiesen Niels Rattenborg und seine Kollegen bei frei lebenden Exemplaren „nur“ neuneinhalb Stunden Schlaf nach. Den Rest der Zeit wird Nahrung zusammengeklaubt und gefressen. Wilde Faultiere bekommen ihr Futter schließlich nicht direkt auf einem Teller serviert.

Energie sparen vermutlich auch die viel kleineren Angehörigen einer für den Menschen nicht nur störenden, sondern auch gefährlichen Tiergruppe: die Stechmücken der Familie Culicidae – süddeutsch gemeinhin als Schnaken oder Gelsen bezeichnet. Das Schlafverhalten dieser blutsaugenden Krankheitsüberträger wird seit einigen Jahren von Oluwaseun Ajayi und weiteren Experten an der University of Cincinnati und Virginia Tech untersucht.

Ob eines der Insekten schläft oder nicht, lässt sich an seiner Haltung erkennen, erklärt der Biologe. Wache Stechmücken halten die Hinterbeine stets nach oben abgespreizt; bei ruhenden Exemplaren hängen sie entspannt herab. Dieses erstaunlich einfache Unterscheidungsmerkmal konnten die Wissenschaftler über die Analyse von Videoaufnahmen ermitteln. Das Team testete zunächst die Schlafrhythmen dreier weitverbreiteter Culiciden-Spezies: Aedes aegypti, Culex pipiens und Anopheles stephensi. Erstere ist als notorisch tagaktiver Plagegeist bekannt, die beiden anderen starten ihre Nahrungssuche meistens erst gegen Sonnenuntergang oder danach. Diese unterschiedlichen Vorlieben bestätigten sich auch im Labor. Anschließend setzten die Forscher zwei der Arten systematischen Störungen aus. Die in Glasröhren gehaltenen Blutsauger wurden während ihrer gewohnten Ruhezeiten regelmäßig Vibrationen ausgesetzt, was die Tiere offenbar zuverlässig wach hielt. Und das hatte deutliche Folgen: Übernächtigte Aedes aegypti holten den Schlaf am nächsten Tag tatsächlich nach. Bei gestörten Anopheles stephensi war es genau umgekehrt; sie verpennten einen Teil der Nacht.

Oluwaseun Ajayi und seine Kollegen wollten nun wissen, ob sich ein Schlafmangel auch tiefgreifender auf das Verhalten der Parasiten auswirkt. Die Biologen setzten müden Moskitoweibchen einen Freiwilligen vor, der den Insekten praktisch als Buffet dienen sollte. Doch die meisten der von Schlafentzug betroffenen Mücken zeigten keinerlei Interesse. Sie wollten lieber ausruhen statt fressen. Die Erkenntnis könnte vor allem medizinisch relevant sein, meint Ajayi. Wenn bei Erschöpfung die Lust zu stechen abnimmt, werden auch weniger Krankheiten wie Malaria übertragen. Die Plagegeister zum Beispiel mit Licht in Wohngegenden wach zu halten, findet der Wissenschaftler allerdings keine gute Idee. Dabei würden zu viele andere Tiere in Mitleidenschaft gezogen. „Wir suchen jetzt also nach ökologisch vertretbaren Methoden, um den Schlafzyklus von Moskitos zu stören.“ //