Loví zručne, reagujú na svoje okolie a zdá sa, že v noci prechádzajú do stavu, ktorý vykazuje pozoruhodné podobnosti s naším spánkom. Výskumníci pozorovali u austrálskeho skákavého pavúka dve odlišné fázy spánku – vrátane fázy s rýchlymi pohybmi očí a svalovými zášklbmi, ktoré pripomínajú ľudský REM spánok. Či sa týmto zvieratám skutočne sníva, zostáva otvorenou otázkou. Tento objav však vyvoláva širšiu otázku: Ako ďaleko do minulosti siahajú evolučné korene spánku?

Malý lovec s prekvapivým tajomstvom

Pavúky pravdepodobne nepatria medzi zvieratá, na ktoré väčšina ľudí ako prvé pomyslí, keď ide o spánok či dokonca sny. Často pôsobia nehybne, dokážu reagovať v zlomku sekundy a sú známe svojimi zložitými loveckými stratégiami. Čo sa však deje, keď skutočne odpočívajú? Týmto otázkam sa venoval výskumný tím pod vedením vedcov z Univerzity v Bonne. Zamerali sa na austrálsky skákavý pavúk Portia fimbriata. Tento druh je obzvlášť zaujímavý tým, že loví iné pavúky pomocou prekvapivo sofistikovaných stratégií. Niektorí zástupcovia tohto rodu napríklad napodobňujú vibrácie ulovenej koristi, aby nalákali iné pavúky.

Výskumníci chceli zistiť, či tieto zvieratá skutočne spia, alebo si len doprajú dlhšie obdobia odpočinku. Skúmali tiež, či sa v rámci týchto období dajú identifikovať rôzne stavy, porovnateľné s fázami spánku u iných zvierat.

Výsledok bol pozoruhodný: pozorovania naznačujú pravidelný spánkový režim s dvoma odlišnými fázami. Jedna z nich vykazuje behaviorálne charakteristiky pripomínajúce REM spánok u ľudí a iných stavovcov. Výsledky boli uverejnené v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences.

Keď sa počas spánku niečo náhle pohne

REM spánok je špeciálna fáza spánku. Skratka znamená „Rapid Eye Movement“ (rýchle pohyby očí). U ľudí sa táto fáza vyznačuje okrem iného charakteristickými pohybmi očí a intenzívnou mozgovou aktivitou. Podľa správ sa počas tejto fázy spánku vyskytuje mnoho obzvlášť živých snov. U skákavého pavúka vedci tiež pozorovali nápadné pohyby počas určitých fáz odpočinku. Patrili medzi ne rýchle pohyby očí – alebo pohyby očných štruktúr – ako aj krátke svalové zášklby.

To samo o sebe by nebolo dostatočným dôkazom spánku. Zvieratá totiž môžu vykazovať pohyby aj v stave pokoja, bez toho, aby skutočne spali. Tím preto preskúmal ďalšie charakteristiky správania. Pavúky boli niekoľko dní a nocí pozorované pomocou kamier s vysokým rozlíšením. Počas tmy sa používali infračervené kamery, aby bolo možné zvieratá zaznamenávať s čo najmenším rušením. Výskumníci zdokumentovali telesné polohy pavúkov, obdobia odpočinku a opakujúce sa epizódy pohybov podobných REM.

Osobitný význam mala otázka, ako pavúky reagovali na vonkajšie podnety. Spánok sa totiž od obyčajného odpočinku líši okrem iného tým, že dochádza k zmene reakčnej schopnosti. Výskumníci použili akustické podnety a skúmali, ako rýchlo na ne pavúky reagovali. Počas určitých fáz podobných REM spánku sa zvieratá prebudili ťažšie. To poskytlo vedcom ďalší dôkaz, že toto správanie nebolo len otázkou nehybnosti.

Doháňanie spánku: ďalšie dôkazy

Obzvlášť zaujímavým aspektom štúdie bol takzvaný „spánkový rebound“. Tým sa myslí reakcia organizmu na nedostatok spánku: ak je spánok narušený alebo skrátený, organizmus sa následne môže pokúsiť dohnať časť strateného spánku. Tento jav sa pozoruje aj u ľudí. Po období nedostatočného spánku sa môže zmeniť trvanie alebo intenzita určitých fáz spánku.

Výskumníci skúmali, či sa podobné zmeny dajú pozorovať aj u pavúkov po narušení ich nočného odpočinku. Zvieratá skutočne následne vykazovali viac epizód podobných REM spánku. Spolu so zmenenými reakciami na podnety a opakujúcimi sa fázami spánku tento zistenie podporuje interpretáciu, že pavúky prechádzajú regulovaným spánkovým stavom. To je vedecky významné, pretože štúdia sa nespolieha výlučne na vonkajšie pozorovateľné pohyby. Niekoľko nezávislých behaviorálnych čŕt smeruje k rovnakému záveru.

Naozaj pavúky snívajú?

Tu začína obzvlášť fascinujúca časť príbehu – a zároveň oblasť, v ktorej je dôležitá vedecká opatrnosť. U ľudí sa REM spánok často spája so živými snami. To rýchlo vyvoláva otázku, či skákavé pavúky môžu mať počas svojej fázy podobnej REM tiež vnútorné zážitky. Súčasná štúdia však na túto otázku nedokáže odpovedať.

Výskumníci zaznamenávali správanie zvierat, nedokázali však priamo merať ich mozgovú aktivitu. Preto nie je možné určiť, či pozorované fázy neurologicky zodpovedajú ľudskému REM spánku. Nie je tiež známe, či pavúky majú počas tejto doby subjektívne zážitky, ktoré by sa dali zmysluplne porovnať s ľudskými snami. Pozorované pohyby tiež nedokazujú, že si zvieratá počas spánku prehrávajú svoje lovecké stratégie alebo iné zážitky.

Presný záver teda znie: Pavúky vykazujú pravidelný spánkový režim s fázou podobnou REM. Či sa im sníva, zostáva otvorenou otázkou. Práve toto rozlíšenie robí tento objav zaujímavým. Ukazuje, že vedci musia hľadať nielen vonkajšie podobnosti, ale aj krok za krokom skúmať, aké závery z údajov skutočne vyplývajú.

Čo to má spoločné s naším spánkom?

Na prvý pohľad sa zdá, že spacie návyky malého pavúka a ľudský spánok majú málo spoločného. Ľudia majú komplexný mozog s miliardami nervových buniek. Pavúky majú nervový systém s úplne odlišnou štruktúrou. Napriek tomu by nám táto štúdia mohla pomôcť lepšie pochopiť základné charakteristiky spánku.

Ľudský spánok sa skladá z rôznych fáz, ktoré sa počas noci viackrát striedajú. Patria medzi ne rôzne fázy spánku bez REM a REM spánok. Tieto fázy sa od seba líšia okrem iného mozgovou aktivitou, fyzickými prejavmi a významom pre rôzne biologické procesy. U skákavého pavúka boli tiež pozorované odlišné stavy spánku a opakujúce sa epizódy podobné REM spánku. To neznamená, že jeho architektúra spánku je identická s tou ľudskou. Naznačuje to však, že určité charakteristiky viacfázového spánku nemusia byť obmedzené len na stavovce.

To vyvoláva zásadnú otázku pre evolučnú biológiu: Vznikli niektoré charakteristiky spánku nezávisle viackrát v priebehu evolúcie, alebo čiastočne vyplývajú z veľmi starobylých biologických mechanizmov? Nová štúdia neposkytuje definitívnu odpoveď. Rozširuje však základ, na ktorom sa táto otázka môže skúmať.

Vnútorné hodiny pavúka

Štúdia je zaujímavá aj z hľadiska chronobiológie. Táto vedná oblasť sa zaoberá biologickými rytmami a tým, ako organizmy organizujú svoju činnosť v čase. Výskumníci pozorovali u druhu Portia fimbriata výraznú dennú aktivitu a cirkadiánny rytmus. Biologické rytmy, ktoré trvajú približne 24 hodín, sa označujú ako cirkadiánne. U ľudí vnútorné hodiny riadia okrem iného to, kedy sme unavení, kedy sme najproduktívnejší a ako sa rôzne telesné funkcie menia v priebehu dňa.

U mnohých zvierat sú takéto rytmy úzko spojené so striedaním svetla a tmy. Vnútorné hodiny sa dokážu orientovať podľa vonkajších podnetov, najmä svetla. Zároveň sa za vhodných podmienok môžu biologické rytmy udržiavať aj bez pravidelného vonkajšieho cyklu. Štúdia skákavých pavúkov prináša dôkazy o tom, že aj u týchto zvierat je aktivita, odpočinok a rôzne fázy spánku organizované v čase.

To však neznamená, že ich vnútorné hodiny fungujú presne tak ako u ľudí. Štúdia skôr ukazuje, že časovú organizáciu odpočinku a aktivity možno skúmať aj u zvierat s odlišne štruktúrovaným nervovým systémom. To má pre chronobiológiu mimoriadnu hodnotu: každý, kto chce pochopiť biologické rytmy, by nemal obmedzovať svoje štúdie výlučne na druhy, ktorých fyziológia je obzvlášť podobná tej ľudskej.

Prečo je potrebné v výskume pokračovať práve teraz

Napriek pozoruhodným výsledkom zostáva mnoho otázok nezodpovedaných. Kľúčovou úlohou je zistiť, či sa porovnateľné fázy spánku vyskytujú aj u iných druhov pavúkov. Výskumníci preto majú v úmysle porovnať spánkové vzory rôznych pavúkov. Okrem toho plánujú skúmať, či sa správanie zvierat v ich prirodzenom prostredí líši od správania v laboratórnych podmienkach.

Ďalšou oblasťou výskumu je súvislosť medzi spánkom a kognitívnymi schopnosťami. Sofistikované lovecké stratégie rodu Portia vyvolávajú otázku, či by určité fázy spánku mohli súvisieť s procesmi učenia alebo pamäti. Či je to skutočne tak a aké mechanizmy tomu ležia v základe, zostáva ešte preskúmať.

Úlohu by mohli zohrávať aj vplyvy prostredia.Umelé osvetlenie v noci narúša prirodzené cykly svetla a tmy u mnohých organizmov a môže rušiť biologické rytmy. Či a ako takéto vplyvy ovplyvňujú spánok pavúkov, je ďalšou otvorenou výskumnou otázkou.

Z dlhodobého hľadiska by komparatívne štúdie mohli pomôcť identifikovať tie charakteristiky spánku, ktoré sú spoločné pre veľmi odlišné skupiny zvierat. Bol by to dôležitý krok k pochopeniu, ktoré funkcie spánku sú obzvlášť zásadné a ako sa v priebehu času vyvíjali.

Záver: Pohľad na pôvod spánku

Austrálsky skákavý pavúk dokazuje, že spánok môže byť zložitejší, než sa na prvý pohľad zdá, a to aj u zvieraťa s úplne odlišným nervovým systémom. Pozorované fázy spánku, znížená reakčná schopnosť a zmeny po narušení nočného odpočinku poskytujú presvedčivé behaviorálne dôkazy o regulovanom spánkovom vzore s fázou podobnou REM. Či pavúky skutočne snívajú, zostáva nejasné. Bolo by tiež predčasné vyvodzovať priamu paralelu s ľudským REM spánkom.

Tento objav však otvára zaujímavú perspektívu: možno bude možné skúmať základné charakteristiky spánku nielen u cicavcov a vtákov, ale aj u zvierat, ktorých nervové systémy sú organizované úplne odlišne.

Pre chronobiológiu to znamená rozšírenie perspektívy. Spánok a biologické rytmy nie sú témami, ktoré sa týkajú výlučne ľudí. Kto chce pochopiť ich základné princípy, musí hľadať aj tam, kde by to spočiatku najmenej očakával – napríklad u malého pavúka, ktorý v noci odpočíva pod svojou sieťou.