Badania nad fazą REM u pajęczaków Czy pająki śnią o ośmionożnych owcach?

Podczas snu odpoczywamy, ale mózg pozostaje przy tym bardzo aktywny: w fazie REM oczy drgają i śnimy, psy czasami „biegają” w miejscu całym ciałem – a pająki? Naukowcy z Instytutu Biologii Organizmowej Uniwersytetu w Bonn przeprowadzili badania nad australijskim pająkiem sprężynowym, aby sprawdzić, czy on również przechodzi przez fazę REM.

Pająki są tematem wielu koszmarów. Ale czy pająki same mają sny? I czy w ogóle śpią tak jak ludzie i inne kręgowce, przechodząc przez różne fazy snu? Tymi pytaniami zajęła się grupa badawcza z Uniwersytetu w Bonn pod kierownictwem dr Danieli C. Rößler. W tym celu kierowniczka grupy Emmy Noether wraz ze swoim zespołem z Instytutu Biologii Organizmowej przez kilka dni i nocy rejestrowała w wysokiej rozdzielczości zachowanie australijskiego pająka skaczącego Portia fimbriata i przeprowadzała na nim eksperymenty. Dotychczas brakowało eksperymentalnych dowodów na występowanie snu u pająków.

Osiem oczu, nieznane nawyki związane ze snem

Na podstawie nagrań wideo przedstawiających pająki naukowcy wyciągnęli następujące wnioski: pająk wykazuje prawdziwy, regulowany sen, charakteryzujący się dwoma wyraźnie rozróżnialnymi fazami, w tym stanem podobnym do fazy REM, w którym występują ruchy gałek ocznych i drgawki mięśni. Zespół kierowany przez Rößlera twierdzi, że dostarcza tym samym pierwsze kompleksowe potwierdzenie zachowań związanych ze snem u pająka.

Naukowcy obserwowali osobniki gatunku Portia fimbriata umieszczone w małych plastikowych miseczkach o średnicy dwunastu centymetrów w różnych warunkach oświetleniowych przez kilka dni, aby zarejestrować rytmy dobowe. Do nagrań nocnych wykorzystali kamery na podczerwień, aby szczegółowo udokumentować pozycję podczas snu, fazy spoczynku oraz fazy podobne do fazy REM. Naukowcy sprawdzali, czy zwierzęta rzeczywiście znajdowały się w stanie snu, stosując bodźce akustyczne i rejestrując czas reakcji na nie. Ponadto sprawdzili, czy po zakłóceniu snu pająki wykazują zjawisko „odbicia snu”, czyli nadrabiania utraconego snu.

Pająk skaczący Portia fimbriata

Gatunki z rodzaju Portia żywią się innymi pająkami. Ich różnorodne strategie łowieckie są często postrzegane jako przejaw inteligencji: na przykład naśladują drgania miotających się owadów, które zaplątały się w sieć, aby zwabić pająki tkające sieci. To wyrafinowane zachowanie łowieckie wskazuje na wyjątkowe zdolności uczenia się. To właśnie sprawia, że pająk ten jest tak interesujący dla naukowców. 

Chociaż jego zdolności poznawcze mogą być znaczne, jego wymiary są raczej skromne: dorosły australijski pająk skaczący Portia fimbriata jest mniej więcej wielkości monety o nominale jednego euro.

Eksperymenty wideo ze śpiącymi pająkami

Największym wyzwaniem było znalezienie bodźca, na który zwierzęta reagowałyby niezawodnie podczas eksperymentów z budzeniem. Pająki postrzegają bowiem świat zupełnie inaczej niż ludzie. Jednocześnie naukowcy musieli uważać, aby nie nadinterpretować ruchów przypominających fazę REM, lecz krok po kroku sprawdzać, czy rzeczywiście były one związane z fazą REM snu. Wszystkie te eksperymenty przeprowadzono bez możliwości pomiaru aktywności mózgowej pająków. Interpretacje naukowców opierają się wyłącznie na zachowaniu zwierząt. Wymagało to bardzo szczegółowej, a przede wszystkim długotrwałej dokumentacji wideo wraz z odpowiednio obszernymi zbiorami danych.

Do czego służą badania nad snem u pająków?

Wyniki te pomagają zrozumieć, w jaki sposób sen ewoluował oraz jak powszechne są stany podobne do fazy REM w królestwie zwierząt. Otwiera to nowe perspektywy dla behawiorystyki porównawczej, neurobiologii i chronobiologii, a także dla badań nad prostszymi układami nerwowymi.

W oparciu o wyniki badania naukowcy z Bonn zalecają, aby nie ograniczać badań nad snem wyłącznie do klasycznych organizmów modelowych lub kręgowców, lecz poszerzyć zakres badań taksonomiczny. W szczególności specjaliści powinni badać sen u zwierząt, które posiadają bardzo zróżnicowane układy nerwowe lub wykazują ekstremalne przystosowania. Według naukowców z Bonn mogłoby to pomóc w zidentyfikowaniu uniwersalnych zasad oraz potencjalnie pierwotnej funkcji snu. Pomimo intensywnych badań nad tym zagadnieniem nadal istnieje bowiem zaskakująco wiele luk w zrozumieniu snu – zarówno u pająków, jak i u nas, ludzi.

Perspektywy

Zespół kierowany przez kierowniczkę grupy, dr Rößler, zamierza zbadać, w jaki sposób sen, a zwłaszcza sen podobny do fazy REM, ewoluował w całej różnorodności pająków. Ponadto naukowcy porównują zachowania związane ze snem u pająków występujących w naturze oraz w laboratorium. Kolejne badania mają na celu wyjaśnienie, w jaki sposób sen wiąże się z zdolnościami poznawczymi oraz jakie procesy zachodzą w tym czasie w mózgach pajęczaków i owadów. Ponadto naukowcy z Bonn pragną zrozumieć, jak zmiany klimatyczne i inne czynniki antropogeniczne wpływają na zachowania związane ze snem tych zwierząt. Szczególny nacisk kładziony jest przy tym na skutki zanieczyszczenia światłem.

Oryginalna publikacja: Nadja Geiger, Maxim Q. Capelle, Phillip Rosentreter, Marie E. Herberstein, Armin Bahl, Massimo De Agrò, Barrett A. Klein, Daniela C. Rößler: Dowody behawioralne na istnienie snu dwufazowego u pająków, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), DOI: 10.1073/pnas.2618030123