Ze jagen behendig, reageren op hun omgeving en lijken ’s nachts in een toestand te komen die opvallende overeenkomsten vertoont met onze slaap. Onderzoekers hebben bij een Australische springspin twee verschillende slaapfasen waargenomen – waaronder een fase met snelle oogbewegingen en spiertrekkingen die doen denken aan de REM-slaap bij mensen. Of de dieren daadwerkelijk dromen, blijft een open vraag. De ontdekking roept echter een grotere vraag op: hoe ver gaan de evolutionaire wortels van de slaap terug?

Een kleine jager met een verrassend geheim

Spinnen zijn waarschijnlijk niet de dieren waar de meeste mensen als eerste aan denken als het gaat om slaap of zelfs dromen. Ze lijken vaak roerloos, kunnen in een oogwenk reageren en staan bekend om hun complexe jachtstrategieën. Maar wat gebeurt er als ze daadwerkelijk rusten? Een onderzoeksteam onder leiding van wetenschappers van de Universiteit van Bonn heeft deze vraag onderzocht. De aandacht ging vooral uit naar de Australische springspin Portia fimbriata. Deze soort is bijzonder interessant omdat ze op andere spinnen jaagt met behulp van verbazingwekkend geavanceerde strategieën. Sommige leden van het geslacht bootsen bijvoorbeeld de trillingen van gevangen prooien na om andere spinnen te lokken.

De onderzoekers wilden achterhalen of deze dieren daadwerkelijk slapen of slechts langere rustperiodes inlassen. Ook onderzochten ze of er binnen deze periodes verschillende toestanden te onderscheiden zijn, vergelijkbaar met de slaapfasen van andere dieren.

Het resultaat was opmerkelijk: de waarnemingen wijzen op een regelmatig slaappatroon met twee verschillende fasen. Een daarvan vertoont gedragskenmerken die doen denken aan de REM-slaap bij mensen en andere gewervelde dieren. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences.

Wanneer er plotseling iets beweegt tijdens de slaap

REM-slaap is een speciale slaapfase. De afkorting staat voor „Rapid Eye Movement“. Bij mensen wordt deze fase onder andere gekenmerkt door opvallende oogbewegingen en intense hersenactiviteit. Er wordt gemeld dat er tijdens deze slaapfase veel bijzonder levendige dromen voorkomen. Bij de springspin observeerden de wetenschappers ook opvallende bewegingen tijdens bepaalde rustfasen. Deze omvatten snelle oogbewegingen – of bewegingen van de oogstructuren – evenals korte spiertrekkingen.

Dat alleen zou nog geen voldoende bewijs voor slaap zijn geweest. Dieren kunnen immers bewegingen vertonen, zelfs wanneer ze in rust zijn, zonder daadwerkelijk te slapen. Daarom onderzocht het team aanvullende gedragskenmerken. De spinnen werden gedurende meerdere dagen en nachten geobserveerd met behulp van camera’s met hoge resolutie. Tijdens de donkere fase werden infraroodcamera’s gebruikt, zodat de dieren met zo min mogelijk verstoring konden worden gefilmd. De onderzoekers documenteerden de lichaamshoudingen van de spinnen, hun rustperiodes en terugkerende episodes van REM-achtige bewegingen.

Van bijzonder belang was de vraag hoe de spinnen reageerden op externe prikkels. Slaap onderscheidt zich namelijk onder andere van louter rust doordat de reactievermogen verandert. De onderzoekers gebruikten akoestische prikkels en onderzochten hoe snel de spinnen hierop reageerden. Tijdens bepaalde REM-achtige fasen waren de dieren minder gemakkelijk wakker te maken. Dit leverde de wetenschappers verder bewijs op dat het gedrag niet louter neerkwam op het bewegingloos blijven.

Slaap inhalen: verder bewijs

Een bijzonder interessant aspect van het onderzoek betrof het zogenaamde „slaaprebound“. Dit verwijst naar de reactie van het lichaam op slaaptekort: als de slaap wordt verstoord of verkort, kan het lichaam vervolgens proberen een deel van de verloren slaap in te halen. Dit fenomeen wordt ook bij mensen waargenomen. Na een periode van onvoldoende slaap kunnen de duur of intensiteit van bepaalde slaapfasen veranderen.

De onderzoekers onderzochten of soortgelijke veranderingen bij de spinnen konden worden waargenomen na een verstoring van hun nachtelijke rust. De dieren vertoonden inderdaad daarna meer REM-achtige episodes. Samen met de veranderde reacties op prikkels en de terugkerende slaapfasen ondersteunt deze bevinding de interpretatie dat de spinnen een gereguleerde slaaptoestand doormaken. Dit is wetenschappelijk significant omdat het onderzoek niet uitsluitend berust op extern waarneembare bewegingen. Verschillende onafhankelijke gedragskenmerken wijzen in dezelfde richting.

Dromen spinnen echt?

Hier begint het bijzonder fascinerende deel van het verhaal – en tegelijkertijd het gebied waar wetenschappelijke voorzichtigheid geboden is. Bij mensen wordt REM-slaap vaak geassocieerd met levendige dromen. Dit roept al snel de vraag op of springspinnen tijdens hun REM-achtige fase ook interne ervaringen zouden kunnen hebben. Het huidige onderzoek kan deze vraag echter niet beantwoorden.

De onderzoekers registreerden het gedrag van de dieren, maar konden hun hersenactiviteit niet rechtstreeks meten. Daarom kan niet worden vastgesteld of de waargenomen fasen neurologisch overeenkomen met de REM-slaap bij mensen. Evenmin is bekend of de spinnen tijdens deze periode subjectieve ervaringen hebben die op zinvolle wijze vergeleken kunnen worden met menselijke dromen. De waargenomen bewegingen bewijzen evenmin dat de dieren tijdens het slapen hun jachtstrategieën of andere ervaringen herbeleven.

De precieze conclusie luidt daarom: de spinnen vertonen een regelmatig slaappatroon met een REM-achtige fase. Of ze dromen, blijft een open vraag. Juist dit onderscheid maakt de ontdekking interessant. Het laat zien dat wetenschappers niet alleen naar uiterlijke overeenkomsten moeten zoeken, maar ook stap voor stap moeten onderzoeken welke conclusies de gegevens daadwerkelijk toelaten.

Wat heeft dit met onze slaap te maken?

Op het eerste gezicht lijken de slaapgewoonten van een kleine spin en de menselijke slaap weinig gemeen te hebben. Mensen hebben een complex brein met miljarden zenuwcellen. Spinnen hebben een zenuwstelsel met een totaal andere structuur. Toch zou het onderzoek ons kunnen helpen de fundamentele kenmerken van slaap beter te begrijpen.

De menselijke slaap bestaat uit verschillende fasen die zich gedurende de nacht meerdere keren afwisselen. Hiertoe behoren verschillende niet-REM-fasen en de REM-slaap. Deze fasen verschillen onder andere in hun hersenactiviteit, hun fysieke uitingen en hun betekenis voor diverse biologische processen. Ook bij de springspin werden verschillende slaaptoestanden en terugkerende REM-achtige episodes waargenomen. Dit betekent niet dat de slaaparchitectuur van de springspin identiek is aan die van de mens. Het suggereert echter wel dat bepaalde kenmerken van meerfasige slaap niet beperkt hoeven te blijven tot gewervelde dieren.

Dit roept een fundamentele vraag op voor de evolutiebiologie: zijn sommige kenmerken van de slaap in de loop van de evolutie meerdere keren onafhankelijk van elkaar ontstaan, of vloeien ze deels voort uit zeer oude biologische mechanismen? De nieuwe studie geeft geen definitief antwoord. Ze verbreedt echter wel de basis waarop deze vraag kan worden onderzocht.

De interne klok van de spin

Het onderzoek is ook interessant vanuit het perspectief van de chronobiologie. Dit wetenschapsgebied houdt zich bezig met biologische ritmes en de manier waarop organismen hun activiteit in de tijd organiseren. De onderzoekers constateerden bij Portia fimbriata een uitgesproken dagelijkse activiteit en een circadiaans ritme. Biologische ritmes die ongeveer 24 uur duren, worden circadiaans genoemd. Bij mensen regelt de interne klok onder andere wanneer we moe worden, wanneer we het meest productief zijn en hoe verschillende lichaamsfuncties in de loop van de dag veranderen.

Bij veel dieren zijn dergelijke ritmes nauw verbonden met de afwisseling tussen licht en duisternis. De interne klok kan zich richten op externe signalen, met name licht. Tegelijkertijd kunnen biologische ritmes onder geschikte omstandigheden zelfs zonder een regelmatige externe cyclus doorgaan. Het onderzoek naar springspinnen levert bewijs dat activiteit, rust en verschillende slaapfasen bij deze dieren eveneens in de tijd zijn georganiseerd.

Dit betekent echter niet dat hun biologische klok precies zo functioneert als die van mensen. Het onderzoek toont veeleer aan dat de tijdsindeling van rust en activiteit ook kan worden onderzocht bij dieren met een anders gestructureerd zenuwstelsel. Dit is met name waardevol voor de chronobiologie: wie biologische ritmes wil begrijpen, moet zijn onderzoek niet uitsluitend beperken tot soorten waarvan de fysiologie bijzonder veel op die van de mens lijkt.

Waarom het onderzoek nu moet worden voortgezet

Ondanks de opmerkelijke resultaten blijven talrijke vragen onbeantwoord. Een belangrijke taak is om vast te stellen of vergelijkbare slaapfasen ook bij andere spinnensoorten voorkomen. De onderzoekers zijn daarom van plan de slaappatronen van verschillende spinnen met elkaar te vergelijken. Daarnaast willen ze onderzoeken of het gedrag van dieren in hun natuurlijke omgeving verschilt van dat onder laboratoriumomstandigheden.

Een ander onderzoeksgebied is het verband tussen slaap en cognitieve vaardigheden. De geavanceerde jachtstrategieën van het geslacht Portia roepen de vraag op of bepaalde slaapfasen mogelijk verband houden met leer- of geheugenprocessen. Of dit daadwerkelijk het geval is en welke mechanismen hieraan ten grondslag liggen, moet nog worden onderzocht.

Ook omgevingsinvloeden zouden een rol kunnen spelen.Kunstlicht ’s nachts verstoort de natuurlijke licht-donkercycli van veel organismen en kan biologische ritmes verstoren. Of en hoe dergelijke invloeden de slaap van spinnen beïnvloeden, is een andere openstaande onderzoeksvraag.

Op de lange termijn zouden vergelijkende studies kunnen helpen bij het identificeren van die slaapkenmerken die bij zeer uiteenlopende groepen dieren voorkomen. Dit zou een belangrijke stap zijn in het begrijpen welke functies van slaap bijzonder fundamenteel zijn en hoe deze in de loop van de tijd zijn geëvolueerd.

Conclusie: een blik op de oorsprong van de slaap

De Australische springspin laat zien dat slaap complexer kan zijn dan op het eerste gezicht lijkt, zelfs bij een dier met een totaal ander zenuwstelsel. De waargenomen slaapfasen, verminderde reactievermogen en veranderingen na een verstoorde nachtrust leveren overtuigend gedragsbewijs voor een gereguleerd slaappatroon met een REM-achtige fase. Of de spinnen daadwerkelijk dromen, blijft onduidelijk. Het zou ook voorbarig zijn om een directe parallel te trekken met de REM-slaap bij mensen.

De ontdekking opent echter een spannend perspectief: het is wellicht mogelijk om fundamentele kenmerken van slaap niet alleen bij zoogdieren en vogels te bestuderen, maar ook bij dieren waarvan het zenuwstelsel heel anders is georganiseerd.

Voor de chronobiologie betekent dit een verbreding van het perspectief. Slaap en biologische ritmes zijn geen onderwerpen die uitsluitend de mens aangaan. Wie de grondbeginselen ervan wil begrijpen, moet ook kijken waar men die in eerste instantie het minst zou verwachten – bijvoorbeeld bij een kleine spin die ’s nachts onder zijn web rust.