Slapen bijen, kevers en vlinders net zoals wij?

Slapen insecten? Mijn studenten keken verrast op toen ik hen die vraag stelde. ‘Euh … bijen zoemen wel, maar snurken?’, grapte een van hen. Ook enkele collega-biologen hadden geen idee.
Het gebeurt wel vaker dat we insecten in een ander universum lijken te situeren. Ver weg van wat voor ons vertrouwd is. Maar er is geen twijfel: ook deze levensvormen op zes pootjes slapen. Al doen ze niet aan snurken, daarvoor verschilt hun ademhalingssysteem te veel van het onze.

Op zoek gaan naar slapende insecten doen entomologen of insectendeskundigen al geruime tijd. Al in het begin van de 20ste eeuw verschenen er enkele overzichtspublicaties over ‘Sleep of insects’, ‘Schlafende Insekten’ of nog ‘Le sommeil chez les insectes’. De informatie was dan nog erg beschrijvend en vaak anekdotisch.

Geen zenuwen, wel moe

Het vakblad Psyche publiceerde in 1888 gedetailleerde beschrijvingen van hoe een vlinder van de blauwtjes­familie zich even voor zonsondergang op een specifieke plaats in de vegetatie installeert. Dan neemt hij een bijzondere houding aan. Het wordt beschreven als een relaxte pose waarbij de vleugels telkens onder een zekere hoek hangen. Even later reageert hij veel minder op allerlei prikkels. De vlinder slaapt.

Slaap is een fascinerend fenomeen. Het wordt vastgesteld bij een wijd gamma van dieren uit erg verschillende evolutionaire takken. Dan zijn er twee mogelijkheden. Ofwel ontstond slaap lang geleden en bleef het behouden in de loop van de evolutie. Ofwel ontstond het herhaaldelijk en onafhankelijk in diverse evolutionaire takken van het leven. We hebben meer aanwijzingen voor het eerste scenario. Bij uiteenlopende dieren zien we erg soortgelijke genen een rol spelen bij slaap.

Ondanks duidelijke parallellen met zoogdieren worden insecten zoals fruitvliegen vooral pas recent gebruikt bij slaaponderzoek.

Traditioneel richtte slaaponderzoek zich vooral op de mens, of toch vooral op soorten met een stevig brein. Maar recente experimenten tonen dat slaap meer is dan alleen een verhaal van het brein en het zenuwstelsel. Bij fruitvliegen blijkt ook hun vetlichaampje een rol te spelen bij de slaapregulering. Het vetlichaampje is de tegenhanger van onze lever.

Dergelijke inzichten stimuleren nu onderzoek naar slaap bij dieren die geen zenuwstelsel hebben, zoals sponsen. Fruitvliegen hebben wel degelijk een brein. Hun minibrein, dat toch uit honderdduizend neuronen bestaat, biedt leerrijke inzichten. Hun hersenactiviteit verandert tijdens het slapen. Worden ze uit hun slaap gehouden, dan daalt hun alertheid en zullen ze later langer slapen.

Slappe antennes

Maar hoe weet je of een kever of fruitvlieg slaapt en niet gewoon een tijdje stilzit? Slaap definiëren we gewoonlijk op basis van gedrag. Een slaper neemt een specifieke houding aan, beweegt weinig of niet, en de zintuiglijke waarneming komt op een laag pitje te staan.

Een slapende kakkerlak staat niet op zijn pootjes. Hij ligt languit met de kop omlaag, antennes op de grond. Bij een slapende honingbij hangen de antennes slap langs de ogen. Hoewel ze geen oogleden heeft, reageert de bij tijdens de slaap niet op beweging voor haar neus.

Niet alleen volwassen insecten slapen. Ook de larven doen het. Net als bij de mens en andere zoogdieren werd bij fruitvliegen getoond dat jonge exemplaren meer rust en diepere slaap nodig hebben dan oudere soortgenoten. Hun slaap is trouwens ook opgebouwd uit fases met een diepe en minder diepe slaap. Als de vliegjes cafeïne krijgen, slapen ze minder goed. Slaaptekort leidt in experimenten tot minder eitjes. Slapen is serious business.

Risico’s vermijden

Stil liggen en weinig reageren op externe prikkels lijkt geen goed plan in een wereld gevuld met natuurlijke vijanden. Dat slapen toch zo algemeen voorkomt, suggereert daarom een onderliggend belang. Wat is de functie van slapen?

Door de onderzoeksfocus op hersenen kwam de rol van slapen voor leren en geheugenvorming op het voorplan. Dat is ook zo voor insecten. Bij fruitvliegen werden effecten getoond voor zowel het kortetermijn- als het langetermijngeheugen.

Wanneer bijen experimenteel uit hun slaap worden gehouden, krijgen ze het moeilijk met hun communicatie, de bijendans. Bijen kennen een symbolische manier om aan nestgenoten duidelijk te maken waar nectar te vinden is. Ook bij de navigatie naar het nest maken niet uitgeslapen bijen meer fouten. Dat kan hen duur komen te staan.

Er zijn nog andere functionele aspecten. Zo spaart slapen bijvoorbeeld kostbare energie. Of een soort meer of minder slaapt, en wanneer ze slaapt, hangt samen met de ecologie van de soort. Hierin schuilt veel variatie.

Slapeloze mutanten

Vooral fruitvliegen doen nu prima dienst als studiesysteem om te begrijpen hoe slaap werkt. Welke genen betrokken zijn, de genexpressie, de relaties met het metabolisme: het wordt allemaal uitgespit. Ondanks de duidelijke parallellen met zoogdieren en vogels hebben veel onderzoekers lang geweigerd om insecten te aanvaarden als handige leerschool voor slaaponderzoek.

De jongste jaren boeken wetenschappers boeiende vooruitgang met het beter begrijpen van het moleculaire mechanisme van slapen. Bij fruitvliegen zijn er mutanten die veel minder slapen dan hun soortgenoten. Ze vormen daarom een inzichtelijk onderzoeksinstrument.

Het fruitvliegenonderzoek wijst op een fundamentelere rol van slaap voor het gedrag dan lang werd gedacht. Het leert ons veel over deze vliegjes, en tegelijk over universele slaapprocessen. Over de functie en het mechanisme van slaap. Dat klinkt als twee vliegen in één klap.