Halbschlafender Flamingo (Foto: SWR, picture-alliance / dpa - Foto: Oliver Berg)

Ausruhen lebensgefährlich! Der Schlaf der Tiere

SWR2 Wissen. Von Rainer B. Langen

Ein Auge offen, das andere zu, eine Gehirnhälfte an, die andere aus.- So schlafen viele Tiere. Denn Schlafen ist wichtig fürs Gedächtnis, aber mitunter lebensgefährlich.

Dauer

Schlafen ist für viele Tiere eine heikle Angelegenheit: Sie könnten dabei gefressen werden, ertrinken oder vom Himmel fallen. So schlafen Delfine beim Schwimmen, obwohl sie regelmäßig atmen müssen und ertrinken könnten. Einige Vögel schlafen sogar im Flug, ohne dabei abzustürzen. Selbst Bienen, Schaben und Fadenwürmer schlafen. Wie sie das machen, finden Zoologen und Hirnforscher nach und nach heraus. Und sehen, dass Schlaf viel Arbeit macht - jedenfalls für das Gehirn.

Ein Hund und sein Frauchen  liegen gemeinsam schlafend auf der Couch. (Foto: © Colourbox.de -)
Nicht nur Säugetiere brauchen ihren Schlaf © Colourbox.de -

Soweit man weiß, schläft jedes Tier auf die ein oder andere Weise - vom einfachen Plattwurm bis zur Qualle, zu Fischen, Vögeln, Reptilien und Säugetieren. Und manche, wie Elefanten, machen dabei Geräusche, wie sie auch Menschen beim Schlaf von sich geben. Ob sie nun zu den Schnarchern gehören oder nicht: Elefanten schlafen ziemlich unruhig. In den afrikanischen Savannen können vor allem Löwen den Elefantenjungen  gefährlich werden. Elefantengruppen stellen sich beim Schlafengehen auf diese Gefahr ein. Die Erwachsenen nehmen die Jungen in die Mitte.

Wer schläft, lebt gefährlich

Wie konnte sich so ein Zustand wie Schlaf, in dem Tiere, gleichsam bewusstlos, den Gefahren der Umwelt ausgeliefert sind, in der Evolution überhaupt entwickeln? Das ist wohl eines der größten Geheimnisse der Biologie. Dass Tiere schlafen, obwohl es gefährlich ist, zeigt, dass es eine wichtige Funktion haben muss. Irgendetwas müsse im Schlaf passieren, was im Wachzustand nicht möglich sei, sagt der Biologe Niels Rattenborg. Die Forschung konzentriert sich aktuell auf die Bedeutung des Schlafes für die Instandhaltung des Gehirns. Es geht darum, wie es mit der Umwelt interagiert, Gedächtnisinhalte verarbeitet, sich wieder mit Energie auflädt oder Zellstrukturen repariert, die im Wachzustand in Mitleidenschaft gezogen wurden.

Mit offenen Augen

Es gibt Schlafverhalten, das an die Gefahren angepasst ist. Bei einigen Tieren können Forscher das mit Hirnstrommessungen untersuchen, mit so genannten EEGs, Elektroenzephalogrammen, wie sie Ärzte auch für die Diagnose bei Menschen einsetzen. Niels Rattenborg hat das für seine Doktorarbeit Ende der 90er Jahre bei Stockenten gemacht. Enten, die am Rand einer Gruppe schlafen, wo Raubtiere zuerst hinkämen, schlafen öfter mit nur einer Gehirnhälfte und einem offenen Auge. Das offene Auge blickt in die Richtung der potentiellen Gefahr.

Ente auf dem Main - auch Wasservögel brauchen ihre Ruhephasen (Foto: picture-alliance / dpa, picture-alliance / dpa -)
Ente auf dem Main - auch Wasservögel brauchen ihre Ruhephasen picture-alliance / dpa -

Die Tatsache, dass sie in der Situation nicht ganz wach bleiben, sondern diese Anpassung entwickelt haben, gleichzeitig mit einer Hälfte des Gehirns zu schlafen und mit der anderen zu wachen, zeigt ganz klar, dass Schlaf gefährlich, aber auch essentiell nötig ist.

Schlafforschung im Windkanal

Für seine Forschungen zum Schlaf bei Tieren hat Niels Rattenborg auch schon den Windkanal des Max-Planck-Instituts im oberbayerischen Seewiesen genutzt. Der Hintergrund: Einige Vogelarten, wie zum Beispiel Mauersegler, sind wochenlang ununterbrochen in der Luft. Die grundlegende Frage ist: schlafen Sie während des Fluges und wenn ja wie? Dazu müsste man die Vögel im Windkanal allerdings zum Schlafen bringen.

Doch das klappte nur im natürlichen Lebensraum, über dem pazifischen Ozean. Rattenborg und sein Team hatten einige Tiere vor ihrem großen Ausflug auf die weite See mit winzigen Geräten ausgestattet, die Hirnströme maßen und festhielten. Nach der Rückkehr der Vögel  konnten sie aus den Geräten auslesen, ob und wie die Tiere bei ihrer Reise geschlafen hatten.

Fliegender Fregattvogel vor blauem Himmel. (Foto: Bryson Voirin/MPI/dpa -)
Der Fregattvogel befindet sich phasenweise Tag und Nacht in der Luft. Da ist kaum mehr als ein kurzes Einnicken im Gleitflug möglich. Bryson Voirin/MPI/dpa -

Bei ihren Flügen lassen sich die Vögel wie Segelflugzeuge von der Thermik in die Höhe tragen um anschließend weite Gleitflüge zu machen. Dabei schlafen sie durchaus - aber nur mit einer Gehirnhälfte. Mit der wachen Gehirnhälfte ist das Auge verbunden, das beim Kreisen der Vögel in der Luft nach außen schaut. Denkbar ist, dass sie so Kollisionen mit anderen Vögeln oder Flugobjekten vermeiden.

Fest steht jedenfalls: Insgesamt brachten es die Fregattvögel im Flug auf höchstens 42 Minuten Schlaf pro Nacht. Mehr als fünf Minuten am Stück kamen nicht zusammen. Oft waren es nur Sekundenbruchteile. Zurück auf dem Brutfelsen bei Partner und Küken schliefen sie dann zwölf Stunden am Tag.

Sinn des Schlafes

Ob er Sekunden dauert oder einen halben Tag: Ohne Schlaf scheint es nicht zu gehen. Für das Gedächtnis zum Beispiel ist der Schlaf unerlässlich. An der Universität Tübingen erforschen der Psychologe Professor Jan Born und sein Team den Zusammenhang zwischen Schlaf und Gedächtnis beim Menschen. Und auch bei Tieren ist Schlaf wichtig für das Gedächtnis. Das fanden Zoologen und Psychologen heraus, indem sie Tieren etwas beibrachten und dann gucken, ob und wie gut sie es mit oder ohne anschließendem Schlaf behalten konnten. Dazu hat Jan Born zusammen mit Kollegen zum Beispiel Untersuchungen bei Ratten gemacht. Berliner Zoologen forschten über Bienen.

Ohne Schlaf keine Mutter

Auch von Vögeln ist bekannt, dass sie Schlaf brauchen, um sich gelernte Lieder zu merken. Und ganz junge Küken von Gänsen und Enten, damit sie nicht vergessen, wer ihre Mütter sind.

Entenküken (Foto: SWR, SWR -)
Entenküken brauchen Schlaf, damit sie gelerntes abspeichern können - zum Beispiel, wer ihre Mutter ist. SWR -

Sie gehören zu den so genannten Nestflüchtern: Nach dem Schlüpfen laufen sie dem ersten, bewegten Gegenstand hinterher. Nachfolgeprägung nennen Verhaltensforscher das. Eine sinnvolle Sache. Denn in der Regel ist dieses bewegte Objekt die Mutter. Und dank der Prägung sind die Küken in der ersten Zeit immer bei ihr.

Winterschlaf als Erholungsphase?

Nun wird man ja beim nächtlichen Schlaf nach absehbarer Zeit wieder wach. Aber was ist mit dem Winterschlaf? Für drei bis vier Monate klinken sich Igel im Winter von den Zeitläuften aus. Murmeltiere bringen auf sechs bis sieben Monate. Aber richtiger Schlaf ist das nicht. Die Gehirnfunktionen seien in dieser Zeit zum großen Teil abgeschaltet, sagt der Zoologe Professor Gerhard Heldmaier von der Universität Marburg. Ein Gehirn, das nicht mehr benutzt wird, degeneriert. Es läuft ein biochemischer Prozess ab, wie er auch mit dem Beginn der Alzheimererkrankung beim Menschen stattfindet. 

Ein Braunbär liegt müde auf dem Boden. (Foto: dpa -)
Endlich mal richtig ausschlafen? - Leider nein. Der Winterschlaf ist kein Tiefschlaf, das Gehirn ist weiterhin aktiv. Wenn der Bär zu lange ruht, könnte sein Gehirn sogar Schaden nehmen. dpa -

Innerhalb eines Tages nach dem Aufwachen ist das wieder verschwunden. Das gilt für das Ende des Winterschlafes im Frühling. Aber auch bei jeder Pause im Winterschlaf werden die Alzheimer-ähnlichen Stoffe abgebaut. Ob das die Suche nach Medikamenten gegen die Alzheimer-Krankheit voranbringt, lässt sich noch nicht sagen.

Beim Schlaf ist im Gehirn ganz schön was los. Das lässt sich bei Menschen und einigen Tiergruppen an elektrischer Aktivität in unterschiedlichen Arten beobachten, erläutert Professor Gilles Laurent vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt. Wenn das EEG langsame hohe Wellen aufzeichnet, findet der Tiefschlaf statt, auch Deltaschlaf genannt. Viele schnelle und kleine Wellen hingegen kennzeichnen die Phase des sogenannten REM-Schlafs. REM steht für den englischen Begriff Rapid Eye Movement, zu deutsch: schnelle Augenbewegungen. Das Hirnforscher-Team entdeckte REM-Phasen bei den Bartagamen, einer Reptilienart, die in Australien "Bärtiger Drache" heißt. Das galt bislang als ausgeschlossen. Könnte aber eine völlig neue Erklärung für die Evolution des Schlafes liefern. Weil Reptilien, Vögel und Säuger einen gemeinsamen Vorfahren haben.

Dauer

Warum immer noch schlafen?

Die schnellen Augenbewegungen lassen sich in dieser Phase unter den geschlossenen Augenlidern beobachten. Warum es die verschiedenen Phasen gibt?  So ganz genau ist das noch nicht bekannt. Der Tübinger Schlafforscher Jan Born und sein Team haben beim Menschen untersucht, was es mit dem Gedächtnis zu tun hat. Über Jahrzehnte hätten viele Wissenschaftler vermutet, dass der REM-Schlaf im Zusammenhang mit Träumen die Gedächtnisbildung fördere. Doch letztlich hat sich das nicht beweisen lassen. 

Ein Delphin Baby liegt am Rand einem Wasserbeckens auf dem Boden (Foto: Getty Images, Thinkstock -)
Delphine dürfen sich beim Schlafen nicht zu sehr gehen lassen: Als Säugetiere drohen sie sonst, im Wasser zu ertrinken. Ihr Gehirn muss daher wachsam bleiben, um das regelmäßige Auftauchen zu gewährleisten. Thinkstock -

Und was die Tiere betrifft, sind nachwievor viele Fragen offen: Haben sich Schlaf und Schlafphasen bei verschiedenen Tiergruppen unabhängig voneinander entwickelt? Oder lassen sich ähnliche Schlaftypen auf gemeinsame Vorfahren zurückführen?

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