Dragonii bărboși prezintă mișcări rapide ale ochilor (REM) și unde subconștiente lente în timpul somnului

(17.05.2016) Comportamentul în timpul somului este același la toate animalele, de la insecte până la om. La oameni, somnul este de asemenea caracterizat prin activitate cerebrală: perioade cu activitate cerebrală cu unde lente SWS (slow wave activity) care sunt urmate de perioade scurte de somn REM. Aceste caracteristici electrice ale somnului cerebral, ale cărui funcții nu sunt înțelese prea bine, au fost descrise până acum doar la mamifere și la păsări, dar nu și la reptile, amfibieni sau pești.

Totuși, păsările sunt reptile – ele sunt descendenții cu pene ai dinozaurilor dispăruți cu mult timp în urmă. Atunci, cum a evoluat activitatea creierului din timpul somnului? Gilles Laurent și alți membrii ai laboratorului de la Institutul pentru Cercetări Cerebrale Max Planck din Frankfurt Germania descriu pentru prima dată REM și  SWS lent la o reptilă, dragonul Australian Pogona vitticeps. Acest lucru sugerează că activitatea creierului în timpul somnului datează cel puțin de la evoluția amniotelor, adică începutul colonizării de suprafață terestră de animale vertebrate. Au reportat descoperirile lor în cea mai recentă ediție a revistei Știința.

Bearded_Dragon
Sleeping bearded dragon (Pogona vitticeps) © MPI f. Brain Research/ S. Junek
Păsările, reptilele și mamiferele sunt amniote, o clasă de vertebrate tetrapode, ale căror ouă pot supraviețui în afara apei, permițând astfel o colonizare terestră. Amniotele au apărut cu 320 de milioane de ani în urmă, și s-au împărțit repede într-un grup care a dus la apariția mamiferelor (inclusiv noi oamenii) și o altă specie care a dus la apariția reptilelor și a păsărilor. Dragonii cu barbă sunt un tip de reptilă care s-a ramificat din trunchiul comun  reptilian acum 250 de milioane de ani mult mai devreme decât ramura care ar fi dus la apariția dinozaurilor și a păsărilor. Un fenomen observat la o șopârlă, o pasăre și un mamifer ar fi existat așadar și la strămoșul lor ancestral.
Gilles Laurent și grupul lui studiază creierul reptilelor datorită simplității designului lor ancestral, pentru a înțelege funcțiile corticale, dinamica și numărul lor. În mijlocul acestor studii, au observat că activitatea cerebrală înregistrată la șopârlele care se odihneau a oscilat de obicei între două stări.
Munca de până acum derivă din observația inițială. S-au întrebat: se observă somnul REM și somnul SWS?

Răspunsul la aceste întrebări necesită o clasificare a activității neuronale înregistrate în creier, bazată pe un număr de statistici, trăsături dinamice și anatomice și corelarea acestora cu comportamente observabile, precum prezența sau absența mișcărilor rapide ale ochilor.
În raportul pe care l-au realizat, Laurent și colegii săi descriu existența REM și SWS la dragonul Australian ca fiind asemănătoare cu somnul mamiferelor:  o fază caracterizată de frecvență scăzută/activitate cerebrală de amplitudine medie și rară și impulsuri neuronale în rafală (SWS); precum și o altă fază caracterizată de activitatea creierului în stare conștientă și mișcări rapide ale ochilor. O altă trăsătură comună cu somnul mamiferelor a fost activitatea coordonată a cortexului cu o altă zonă în timpul SWS: la dragoni, această zonă este așa-numitul pol dorsal. La mamifere este hipocamp.

De asemenea, ei raportează diferențe interesante: de exemplu, ritmul de somn la șopârlă este extrem de rapid si regulat: ciclul de somn al șopârlei este de aproximativ 80 de secunde la 270 C, față de 30 de minute la pisica sau 60-90 minute la om. De asemenea, la șopârle undele SWS și REM pot avea durate egale în timpul fiecărui ciclu – în timp ce REM și SWS sunt mult mai scurte la mamifere, iar la păsări este pe termen scurt și neregulat. Per total, somnul șopârlelor pare mult mai simplu și poate fi așadar mai apropiat de modul de somn al speciilor ancestrale.

Cum se știe că astfel de dovezi indică o origine comună, mai degrabă decât o evoluție separată, dar convergentă a somnului la reptile, păsări și mamifere?
 “Dovezile, până în prezent, indică o origine a REM și a SWS la fel de îndepărtată ca și cea a strămoșilor comuni ai acestor reptile - păsări și mamifere, care au trăit cu aproximativ 320 de milioane de ani în urmă”, explică Laurent. La vremea aceea continentele pământului au format o singură masă de pământ.

Expunerea evoluției convergente (de două ori sau de trei ori în evoluția amniotă) în fenomenul complex precum dinamica somnului cerebral este mai puțin plauzibilă decât problema unei origini comune. Dată fiind ramificarea timpurie a reptilelor, dovezi suplimentare din mai multe ramuri reptiliene precum țestoasele, șopârlele, sau crocodili vor crește probabilitatea unei origini comune.
Oamenii de știință vor continua să exploreze activitatea cerebrală din timpul stării subconștiente și stării conștiente, ca un mijloc de a înțelege caracteristicile comune esențiale ale funcției cerebrale la animalele vertebrate.

Publicație

Shein-Idelson, M., Ondracek, J., Liaw, H.-P., Reiter, S. și Laurent, G. (2016). Slow waves, sharp-waves, ripples and REM in sleeping dragons. Science (în presă).

MAI MULTE ŞTIRI

Hohenheim

Fosforul și sănătatea animalelor: un nou grup de cercetători de la Universitatea Hohenheim

Fosforul este un nutrient indispensabil oamenilor, animalelor și plantelor. Dar, fermele nu pot satisface de obicei această nevoie a animalelor dându-le doar hrană pe bază de plante.
Pentru a compensa, fermierii adaugă fosfor la nutriția animalelor.
Citește mai mult

Universitatea Konstanz

Biologii de la Universitatea din Konstanz studiază principiile care stau la baza mișcărilor colective a babuinilor

 Cum reușesc babuinii să coordoneze mișcările grupului lor? Biologii de la Universitatea din Konstanz studiază aceste organisme în sălbăticie pentru a afla care sunt regulile comportamentale pe care le folosesc babuinii atunci când interacționează.
Citește mai mult

King Cobra

Primul simpozion internațional „Regele Cobra" 2017

 În perioada 6 -7 Octombrie 2017, Fundația Herpetofauna Olanda, în colaborare cu Edupet Education, va organiza primul simpozion internațional de acest fel despre unul dintre cei mai veninoși șerpi de pe pământ.
Citește mai mult

UZH

Cea mai mare parte a mamiferelor au o durată de viață mai mare în grădinile zoologice

Viața în sălbăticie prezintă riscul de prădare, lipsa de hrană, climatul aspru și o concurență semnificativă. Animalele din grădinile zoologice, din contră, sunt protejate de aceste pericole. Cercetătorii UZH au făcut parte din echipa internațională care a studiat peste 50 de specii de mamifere pentru a stabili dacă animalele trăiesc mai mult în grădinile zoologice decât în sălbăticie.
Citește mai mult

bears_2_Antonio_Ramos

Daune cauzate de urși: Oamenii determină frecvența – Numărul urșilor este un factor neglijabil

Anual se fac peste 3200 de compensări pentru daune cauzate de urșii bruni în toată Europa. Proporțiile daunelor cauzate variază dramatic în funcție de țara în care au fost produse. Diferența dintre numărul de exemplare de urși din diferitele țări nu este o cauză.
Citește mai mult

Microbiomul: Creștere sustenabilă a animalelor de fermă

Cercetătorii sunt pe urmele astmului, diabetului de tip 1 și alergiilor până în punctul de risc genetic și factori de cauză ambientală. Mai multe studii arată cât este de important microbiomul intestinal în acest context.
Citește mai mult

Oxid de Zinc

Tetrapode conținând oxid de zinc vindecă herpesul genital la animale

Oamenii de știință de la Universitatea Illinois din Chicago, Statele Unite ale Americii, și de la Universitatea din Kiel, Germania, au dezvoltat recent o metodă unică de a combina eficacitatea microbicidelor cu o nouă platformă de vaccin pentru a da naștere conceptului de “Microbivac”.
Citește mai mult

Hyla orientalis

Împerecherea cu alte specii: broaștele arboricole cu cromozomi sexuali străini sunt mai puțin fertile

În timpul ultimei glaciațiuni, un scut imens de gheață a ajuns până la regiunea Berlinului de astăzi.
Când a început să se topească acum 20.000 de ani, s-a activat o recolonizare treptată pe latitudinea nordică cu multe plante și alte specii de animale.
Citește mai mult


Revista

Companii

Internaţional

Literatură