Polują zręcznie, reagują na otoczenie i wydaje się, że nocą wchodzą w stan, który wykazuje uderzające podobieństwa do naszego snu. Naukowcy zaobserwowali u australijskiego pająka skaczącego dwie odrębne fazy snu – w tym fazę charakteryzującą się szybkimi ruchami gałek ocznych i drganiami mięśni, przypominającą ludzki sen REM. Czy zwierzęta te faktycznie śnią, pozostaje kwestią otwartą. Odkrycie to rodzi jednak szersze pytanie: jak daleko sięgają ewolucyjne korzenie snu?

Mały łowca z zaskakującą tajemnicą

Pająki prawdopodobnie nie są zwierzętami, o których większość ludzi myśli w pierwszej kolejności, gdy mowa o śnie, a nawet snach. Często wydają się nieruchome, potrafią reagować w mgnieniu oka i są znane ze swoich złożonych strategii łowieckich. Ale co się dzieje, gdy faktycznie odpoczywają? Zespół badawczy pod kierownictwem naukowców z Uniwersytetu w Bonn zajmował się badaniem tej kwestii. Skupiono się na australijskim pająku skaczącym Portia fimbriata. Gatunek ten jest szczególnie interesujący, ponieważ poluje na inne pająki, stosując zadziwiająco wyrafinowane strategie. Na przykład niektóre osobniki z tego rodzaju naśladują drgania schwytanej ofiary, aby zwabić inne pająki.

Naukowcy chcieli dowiedzieć się, czy zwierzęta te faktycznie śpią, czy też po prostu mają dłuższe okresy odpoczynku. Sprawdzali również, czy w ramach tych okresów można zidentyfikować różne stany, porównywalne do faz snu u innych zwierząt.

Wynik był niezwykły: obserwacje wskazują na regularny wzorzec snu z dwiema wyraźnymi fazami. Jedna z nich wykazuje cechy behawioralne przypominające fazę REM u ludzi i innych kręgowców. Wyniki opublikowano w czasopiśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences”.

Kiedy coś nagle się porusza podczas snu

Sen REM to szczególna faza snu. Skrót ten oznacza „Rapid Eye Movement” (szybkie ruchy gałek ocznych). U ludzi faza ta charakteryzuje się między innymi charakterystycznymi ruchami gałek ocznych i intensywną aktywnością mózgu. Podczas tej fazy snu odnotowuje się wiele szczególnie żywych snów. U pająków skaczących naukowcy również zaobserwowali wyraźne ruchy podczas niektórych faz spoczynku. Obejmowały one szybkie ruchy gałek ocznych – lub ruchy struktur ocznych – a także krótkie drgawki mięśni.

Samo to nie byłoby wystarczającym dowodem na sen. W końcu zwierzęta mogą wykazywać ruchy nawet podczas odpoczynku, nie śpiąc w rzeczywistości. Dlatego zespół zbadał dodatkowe cechy behawioralne. Pająki obserwowano przez kilka dni i nocy za pomocą kamer o wysokiej rozdzielczości. W fazie ciemności wykorzystywano kamery na podczerwień, aby rejestrować zwierzęta przy jak najmniejszym zakłóceniu. Naukowcy udokumentowali pozycje ciała pająków, okresy odpoczynku oraz powtarzające się epizody ruchów przypominających fazę REM.

Szczególne znaczenie miało pytanie, w jaki sposób pająki reagowały na bodźce zewnętrzne. Wynika to między innymi z faktu, że sen różni się od zwykłego odpoczynku między innymi tym, że zmienia się w nim reaktywność. Naukowcy wykorzystali bodźce akustyczne i zbadali, jak szybko pająki na nie reagowały. Podczas niektórych faz przypominających fazę REM zwierzęta trudniej było obudzić. Dało to naukowcom kolejne dowody na to, że zachowanie to nie polegało jedynie na pozostawaniu w bezruchu.

Nadrabianie zaległości w śnie: dalsze dowody

Szczególnie interesującym aspektem badania było zjawisko znane jako „efekt nadrabiania snu”. Odnosi się to do reakcji organizmu na brak snu: jeśli sen jest zakłócony lub skrócony, organizm może następnie próbować nadrobić część utraconego snu. Zjawisko to obserwuje się również u ludzi. Po okresie niewystarczającej ilości snu może ulec zmianie czas trwania lub intensywność niektórych faz snu.

Naukowcy zbadali, czy podobne zmiany można zaobserwować u pająków po zakłóceniu ich nocnego odpoczynku. Rzeczywiście, zwierzęta wykazywały następnie więcej epizodów przypominających fazę REM. W połączeniu ze zmienionymi reakcjami na bodźce i powtarzającymi się fazami snu odkrycie to potwierdza interpretację, że pająki przechodzą przez regulowany stan snu. Ma to znaczenie naukowe, ponieważ badanie nie opiera się wyłącznie na ruchach obserwowalnych z zewnątrz. Kilka niezależnych cech behawioralnych wskazuje na to samo.

Czy pająki naprawdę śnią?

W tym miejscu zaczyna się szczególnie fascynująca część tej historii – a jednocześnie obszar, w którym ważna jest naukowa ostrożność. U ludzi sen REM często wiąże się z wyrazistymi snami. To szybko rodzi pytanie, czy pająki skaczące również mogą mieć wewnętrzne doświadczenia podczas swojej fazy przypominającej REM. Jednak obecne badanie nie jest w stanie odpowiedzieć na to pytanie.

Naukowcy zarejestrowali zachowanie zwierząt, ale nie byli w stanie bezpośrednio zmierzyć ich aktywności mózgowej. W związku z tym nie można ustalić, czy obserwowane fazy odpowiadają neurologicznie ludzkiemu fazie REM. Nie wiadomo również, czy pająki mają w tym czasie subiektywne doznania, które można by w znaczący sposób porównać do ludzkich snów. Obserwowane ruchy nie dowodzą również, że zwierzęta odtwarzają podczas snu swoje strategie łowieckie lub inne doświadczenia.

Dokładny wniosek brzmi zatem: pająki wykazują regularny wzorzec snu z fazą przypominającą fazę REM. To, czy śnią, pozostaje kwestią otwartą. Właśnie to rozróżnienie sprawia, że odkrycie to jest interesujące. Pokazuje ono, że naukowcy muszą nie tylko szukać zewnętrznych podobieństw, ale także krok po kroku badać, jakie wnioski faktycznie pozwalają wyciągnąć dane.

Co to ma wspólnego z naszym snem?

Na pierwszy rzut oka nawyki snu małego pająka i sen człowieka wydają się mieć niewiele wspólnego. Ludzie mają złożony mózg z miliardami komórek nerwowych. Pająki mają układ nerwowy o zupełnie innej budowie. Niemniej jednak badanie to może pomóc nam lepiej zrozumieć podstawowe cechy snu.

Sen człowieka składa się z różnych faz, które wielokrotnie następują po sobie w ciągu nocy. Należą do nich różne fazy snu nie-REM oraz sen REM. Fazy te różnią się między innymi aktywnością mózgu, objawami fizycznymi oraz znaczeniem dla różnych procesów biologicznych. U pająka skaczącego zaobserwowano również wyraźne stany snu oraz powtarzające się epizody podobne do snu REM. Nie oznacza to, że struktura jego snu jest identyczna jak u ludzi. Sugeruje to jednak, że pewne cechy snu wielofazowego nie muszą ograniczać się wyłącznie do kręgowców.

Rodzi to fundamentalne pytanie dla biologii ewolucyjnej: czy niektóre cechy snu powstały niezależnie wielokrotnie w trakcie ewolucji, czy też wynikają one częściowo z bardzo pradawnych mechanizmów biologicznych? Nowe badanie nie dostarcza ostatecznej odpowiedzi. Poszerza jednak podstawy, na których można badać tę kwestię.

Wewnętrzny zegar pająka

Badanie to jest również interesujące z perspektywy chronobiologii. Ta dziedzina nauki zajmuje się rytmami biologicznymi oraz tym, w jaki sposób organizmy organizują swoją aktywność w czasie. Naukowcy zaobserwowali u Portia fimbriata wyraźną aktywność dzienną oraz rytm dobowy. Rytmy biologiczne trwające około 24 godzin określa się mianem dobowych. U ludzi zegar wewnętrzny kontroluje między innymi to, kiedy odczuwamy zmęczenie, kiedy jesteśmy najbardziej produktywni oraz jak zmieniają się różne funkcje organizmu w ciągu dnia.

U wielu zwierząt rytmy te są ściśle powiązane z przemianą światła i ciemności. Zegar wewnętrzny potrafi dostosować się do sygnałów zewnętrznych, zwłaszcza światła. Jednocześnie, w odpowiednich warunkach, rytmy biologiczne mogą utrzymywać się nawet bez regularnego cyklu zewnętrznego. Badania nad pająkami skaczącymi dostarczają dowodów na to, że aktywność, odpoczynek i różne fazy snu są u tych zwierząt również zorganizowane w czasie.

Nie oznacza to jednak, że ich zegar wewnętrzny działa dokładnie tak samo jak u ludzi. Badanie pokazuje raczej, że organizację czasową odpoczynku i aktywności można badać również u zwierząt o inaczej zbudowanym układzie nerwowym. Ma to szczególne znaczenie dla chronobiologii: każdy, kto chce zrozumieć rytmy biologiczne, nie powinien ograniczać swoich badań wyłącznie do gatunków, których fizjologia jest szczególnie podobna do ludzkiej.

Dlaczego badania muszą być kontynuowane

Pomimo niezwykłych wyników wiele pytań pozostaje bez odpowiedzi. Kluczowym zadaniem jest ustalenie, czy porównywalne fazy snu występują również u innych gatunków pająków. Naukowcy zamierzają zatem porównać wzorce snu różnych pająków. Ponadto planują zbadać, czy zachowanie zwierząt w ich naturalnym środowisku różni się od zachowania w warunkach laboratoryjnych.

Kolejnym obszarem badań jest związek między snem a zdolnościami poznawczymi. Wyrafinowane strategie łowieckie pająków z rodzaju Portia nasuwają pytanie, czy niektóre fazy snu mogą być powiązane z procesami uczenia się lub pamięci. Czy rzeczywiście tak jest i jakie mechanizmy za tym stoją, pozostaje przedmiotem dalszych badań.

Wpływ mogą mieć również czynniki środowiskowe.Sztuczne światło w nocy zakłóca naturalne cykle światła i ciemności u wielu organizmów i może zaburzać rytmy biologiczne. To, czy i w jaki sposób takie czynniki wpływają na sen pająków, stanowi kolejne otwarte pytanie badawcze.

W dłuższej perspektywie badania porównawcze mogłyby pomóc w zidentyfikowaniu cech snu wspólnych dla bardzo różnych grup zwierząt. Byłby to ważny krok w kierunku zrozumienia, które funkcje snu są szczególnie fundamentalne i jak ewoluowały one na przestrzeni czasu.

Wniosek: spojrzenie na początki snu

Australijski pająk skaczący pokazuje, że sen może być bardziej złożony, niż się wydaje na pierwszy rzut oka, nawet u zwierzęcia o zupełnie innym układzie nerwowym. Zaobserwowane fazy snu, zmniejszona reaktywność oraz zmiany następujące po zakłóconym nocnym odpoczynku stanowią przekonujące dowody behawioralne na istnienie regulowanego wzorca snu z fazą przypominającą fazę REM. Nie jest jasne, czy pająki faktycznie śnią. Byłoby również przedwczesne wyciąganie bezpośrednich analogii do ludzkiego snu REM.

Odkrycie to otwiera jednak ekscytującą perspektywę: być może możliwe będzie badanie podstawowych cech snu nie tylko u ssaków i ptaków, ale także u zwierząt, których układy nerwowe są zorganizowane zupełnie inaczej.

Dla chronobiologii oznacza to poszerzenie perspektywy. Sen i rytmy biologiczne nie są tematami dotyczącymi wyłącznie ludzi. Każdy, kto chce zrozumieć ich podstawy, musi również spojrzeć tam, gdzie początkowo najmniej by się tego spodziewał – na przykład na małego pająka odpoczywającego nocą pod swoją siecią.