Kunnen dieren dromen? De wetenschap van slapende dieren

Slapende dieren Hoe slapen de langslapers, wakkerblijvers en hersenlozen onder de dieren? En dromen dieren ook? De vele onderzoeken leren ook waarom mensen in een vreemde kamer niet zo goed slapen.

Slapende pup van een Duitse herder. ‘De hond droomt van konijnen’, zeggen mensen als ze een slapende hond zien schokken met zijn pootjes. Maar is dat zo? Istock

Alle dieren slapen, maar sommige dieren slapen meer dan andere. Dit is de enige zekerheid die slaapbiologen hebben. Na tientallen jaren slaaponderzoek bij allerlei dieren, van rondworm tot potvis, is het antwoord op de grote vraag hen tot nu toe ontglipt: waarom slapen dieren?

Theorieën zijn er genoeg. Dieren zouden slapen om herinneringen vast te leggen. Om verbindingen tussen zenuwcellen aan te leggen of juist weg te snoeien. Om uitgeputte voorraden van neurotransmitters weer aan te vullen. Maar het definitieve antwoord zit er nog niet tussen.

Biologen proberen op drie manieren achter het geheim van slaap te komen. Er zijn de techneuten die elk gen, elk molecuul en elke zenuwcel willen vinden die betrokken zijn bij slaap. Hun favoriete proefdieren zijn muizen en fruitvliegen.

Dan zijn er de traditionele slaapbiologen. Met elektroden meten ze de hersenactiviteit van dieren die slapen, het liefst vogels en zoogdieren. Dit zijn de enige dieren met REM-slaap, de fase van slaap waarin mensen dromen.

En tot slot zijn er de evolutionair biologen. In hun zoektocht naar de oorsprong van slaap komen ze uit bij dieren waar je niet van zou verwachten dat ze slapen, zoals kwallen en zelfs sponzen. De extremen zijn interessant voor slaaponderzoekers. Áls er dieren zijn die kunnen onthullen waarom slaap noodzakelijk is, dan zijn het de langslapers en wakkerblijvers, de dromers en hersenlozen.

Wat gebeurt er als dieren niet meer slapen?

Wie nooit meer slaapt gaat dood. Die conclusie trokken Allan Rechtschaffen en Bernard Bergmann in 1989 uit een experiment waarbij ratten eindeloos wakker gehouden werden op een draaibare plaat. Zodra de ratten in slaap vielen, begon de plaat te draaien en moesten de ratten lopen om niet in het water te vallen. Na 11 tot 32 dagen zonder slaap waren ratten niet langer wakker, maar dood of bijna dood.

Duiven vallen niet dood neer door langdurig slaaptekort, zelfs niet na 30 dagen op de draaiende plaat.

Maar nu twijfelen biologen of slaaptekort zo acuut dodelijk is. Bij latere experimenten ging de gezondheid van de slapeloze ratten wel achteruit, maar dood gingen ze niet. En duiven vallen niet dood neer door langdurig slaaptekort, bleek in 2008, zelfs niet na dertig dagen op de draaiende plaat.

Hersenen lijken zichzelf te beschermen tegen uitputting. In 2011 ontdekten Amerikaanse en Italiaanse onderzoekers dat bij ratten die wakker werden gehouden sommige zenuwcellen off-line gingen. De rat was wakker, maar het was alsof sommige stukjes van het brein sliepen. Dat had wel gevolgen: de ratten waren minder geconcentreerd, minder alert en presteerden minder goed in een grijptaakje (Nature, 2011).

Gestreepte strandloper op zoek naar eten. Tijdens het broedseizoen blijven mannetjes van deze soort bijna drie weken achter elkaar wakker. Istock

Zelfs in het wild hoeft slaaptekort niet fataal te zijn. Tijdens het broedseizoen blijven mannetjes van de gestreepte strandloper (Calidris melanotos) bijna drie weken achter elkaar wakker. De vogels doen alleen een paar microdutjes per dag: meestal duren die maar een paar seconden (Science, 2012).

De reden voor deze marathon van slapeloosheid? Seks. Hoe langer een strandlopermannetje wakker is, hoe meer vrouwtjes hij kan bevruchten. Gestreepte strandlopers broeden in het hoge noorden. De zon gaat ’s zomers niet onder en de competitie om vrouwtjes is hevig. Mannetjes patrouilleren langs de randen van hun territorium om het te verdedigen tegen indringers. En intussen proberen ze vrouwtjes te verleiden.

De strandlopers laten zien dat slaap bíjna uit te bannen is. Een dier kan blijkbaar niet helemaal zonder herstellende werking van slaap.

Het wakkerhouden van dieren heeft uiteindelijk minder opgeleverd dan slaaponderzoekers zouden willen. In 2002 keken Rechtschaffen en Bergmann terug op hun experiment. Ze waren toen al met pensioen. „We hebben lang niet zo veel ontdekt als we zouden willen over de vraag waarom slaap noodzakelijk is”, schreven zij. „De dood is zo’n aspecifiek symptoom [..] dat het ons weinig heeft geleerd.”

Kunnen dieren dromen?

‘De hond droomt van konijnen’, zeggen mensen als ze een slapende hond zien schokken met zijn pootjes. Maar is dat zo?

De REM-slaap is de fase van slaap waarin mensen veel dromen. We liggen stil en slapen, maar onze ogen schieten heen en weer en onze hersenen vertonen dezelfde nerveuze activiteit als wanneer we wakker zijn. De tegenhanger van REM-slaap is diepe slaap. Dit is een rustige slaap, met trage, grote hersengolven.

Áls er dieren zijn die dromen, dan zijn het vogels en zoogdieren. Dit zijn de enige dieren waarbij REM-slaap is vastgesteld. Maar REM-slaap is op zichzelf nog geen bewijs dat dieren dromen. Er zijn ook mensen die wel REM-slaap hebben, maar geen dromen rapporteren.

Mensendromen gaan vaak over wat de dromer die dag beleefd of gezien heeft. Als onderzoekers de hersenactiviteit van slapende dieren kunnen herleiden tot iets dat het dier heeft meegemaakt, kan dat een aanwijzing zijn dat dieren dromen. Bij twee diersoorten is dat gelukt: bij ratten en zebravinken. Bij ratten die overdag leerden in een doolhof voedsel te vinden, zagen onderzoekers tijdens de REM-slaap weer dezelfde zenuwcellen in de hippocampus oplichten als overdag (Neuron, 2001). De cellen vuurden exact in hetzelfde patroon en ritme, alsof er een herhaling in het rattenbrein werd afgespeeld.

Neurologen weten niet precies waar deze herhaling in de REM-slaap voor dient. Om een herinnering vast te leggen? Dat kan, maar er zijn ook aanwijzingen dat herinneringen juist tijdens de diepe slaap gevormd worden, als mensen níet dromen.

Bij zebravinken (Taeniopygia guttata) gebeurt in ieder geval iets soortgelijks. Als jonge vinken een liedje aanleren, vuren ’s nachts tijdens de REM-slaap zenuwcellen in een patroon dat specifiek is voor dat liedje (Nature, 2009). Dromen ratten over smalle gangen en vinken over zingen? Het zou kunnen.

Voor slaapbiologen is de dromenkwestie geen prioriteit. Ze zitten met het grotere raadsel in hun maag: waar dient die REM-slaap voor? Uit vergelijkend slaaponderzoek blijkt dat REM-slaap sterk afhangt van de mate van zelfstandigheid bij geboorte. Dieren die als hulpeloze jonkies geboren worden hebben meer REM-slaap nodig dan dieren die zichzelf al kunnen redden.

REM-slaap is belangrijk voor het rijpen van het jonge brein, concluderen sommige biologen. Maar het rare is dat die verschillen blijven bestaan bij volwassen dieren. Het zelfstandige schaap en de giraffe hebben maar één uur REM-slaap per nacht, maar de laatrijpe fret verkeert liefst zes uur in REM-fase.

Kan een dier tegelijk slapen én wakker zijn?

Een mens slaapt of is wakker. Maar veel reptielen, vogels en zeezoogdieren kennen een vorm van slaap daartussenin: ze slapen met één hersenhelft terwijl de andere helft wakker blijft.

Een freediver zwemt mee met een groep potvissen. walvissen slapen met één hersenhelft om niet te verdrinken. Foto Solent News/REX/HH

Eenden wisselen van volledige slaap naar asymmetrische slaap bij dreigend gevaar (Nature, 1999). Eenden die zich veilig wanen, middenin een groep bijvoorbeeld, knijpen gerust beide oogjes toe. Maar de eenden aan de rand van de groep hebben een onbeschermde flank. Deze eenden houden ’s nachts één oog open en de bijbehorende hersenhelft blijft wakker.

Dolfijnen en walvissen slapen met één hersenhelft om niet te verdrinken. Terwijl de ene hersenhelft slaap pakt, zorgt de andere helft ervoor dat het dier naar het wateroppervlak beweegt om adem te halen.

Asymmetrische slaap is eerst bij dieren ontdekt, maar inmiddels zijn er ook aanwijzingen voor slaapasymmetrie bij mensen. Als mensen in een nieuwe ruimte slapen, slaapt de linker helft minder diep dan de rechter, ontdekten Japans-Amerikaanse slaaponderzoekers vorig jaar (Current Biology, 2016). Mensen werden eerder wakker als een geluid in het rechteroor werd afgespeeld (dat met de linkerhelft verbonden is). Dat kan mogelijk verklaren waarom mensen zo slecht slapen in een nieuwe ruimte: de linker hersenhelft staat op wacht.

Kwallensoort ‘Cassiopea’ op de bodem van een aquarium. Volgens Amerikaanse onderzoekers bevinden Cassiopea’s zich ’s nachts in een ‘slaapachtige toestand’. Istock

Kan een wezen zonder hersenen ook slapen?

Cassiopea gedraagt zich vreemd. Zelfs voor een kwal. Cassiopea zwemt niet, maar ligt ondersteboven op de zeebodem en filtert zeewater. De kwal perst zijn lijf ritmisch samen om water langs zijn tentakels te laten stromen.

Dit jaar trokken Amerikaanse onderzoekers een opvallende conclusie: Cassiopea’s bevinden zich ’s nachts in een ‘slaapachtige toestand’ (Current Biology, 2017). Overdag trekken de kwallen 58 keer per minuut samen, ’s nachts maar 39 keer per minuut. Dat telt volgens de Amerikanen als slaap omdat kwallen in rust minder snel op prikkels reageren én later slaap inhalen als ze wakker zijn gehouden.

Kwallen hebben geen hersenen of centraal zenuwstelsel, maar een ‘zenuwnet’. Cassiopea laat zien dat slaapgedrag misschien evolueerde vóór het centrale zenuwstelsel ontstond. Misschien moeten álle zenuwcellen af en toe even ‘uit’ staan om te blijven functioneren.

Maar ook zónder zenuwcellen lijken dieren behoefte te hebben aan rust. De Duitse bioloog Michael Nickel ontdekte in 2004 dat zelfs sponzen het ’s nachts wat kalmer aan doen. Nickel onderzocht de spons Tethya wilhelma, ‘een van de meest actieve sponzen’ ter wereld. De kruipsnelheid van 2 millimeter per uur is voor sponzen ongekend. Ook kan Tethya zijn lijf stevig samenpersen. Daarbij kan het lichaamsvolume tot wel driekwart krimpen.

Dat krimpen en uitzetten gebeurt, net als bij Cassiopea, met een zekere regelmaat. Overdag doet de spons het vaker dan ’s nachts. Is dat een vorm van sponzenslaap? Officieel niet, want het is nog niet aangetoond dat sponzen bijvoorbeeld slaap inhalen als ze uit hun rust gehouden worden. Maar het kán.

Kun je zeggen dat alles wat leeft ook slaapt?

Waar houdt het op nu zelfs kwallen slapen? Planten hebben ’s nachts ook een andere stofwisseling dan overdag. Ze zetten hun zetmeelvoorraden die ze gedurende de dag hebben aangelegd bijvoorbeeld om in energie. Kun je dat ook slapen of rusten noemen?

Kwallenonderzoeker Michael Abrams, co-auteur van het Cassiopea-onderzoek, staat open voor die mogelijkheid. „We moeten misschien de definitie van slaap oprekken om de evolutionaire ontwikkeling van slaap in kaart te brengen.”

Maar Amerikaanse neurowetenschapper en slaapkenner Jerome Siegel is niet overtuigd. Hij ziet slaap in de eerste plaats als een energiebesparende maatregel. „De noodzaak om energie te besparen is universeel. Dat kwallen, fruitvliegjes, nematoden en planten energie besparen door inactief te zijn is niet verrassend”, mailt Siegel. „Het probleem is dat we al deze inactiviteit ‘slaap’ noemen.”

Siegel ziet slaap in de eerste plaats als energiebesparende maatregel. In een overzichtsartikel neemt Siegel de langslaper onder de zoogdieren als voorbeeld: de grote bruine vleermuis (Eptesicus fuscus). Deze Noord-Amerikaanse vleermuis slaapt maar liefst twintig uur per dag. Waarschijnlijk heeft het voor hem alleen zin wakker te zijn in de schemering, als muggen en motten actief zijn. Als er toch niets beters te doen is, kun je maar beter stil gaan hangen, de thermostaat een graadje lager draaien en de hersenen op standby zetten. Welterusten.

Eend die op het punt staat te gaan slapen. Eenden die zich onveilig voelen houden ’s nachts één oog open en de bijbehorende hersenhelft blijft wakker. Istock

    • Lucas Brouwers