Kun je niet slapen? Vliegen ook niet

Vraag tien studenten hoeveel ze slapen en je krijgt tien verschillende antwoorden. Hoewel algemeen wordt aangenomen dat acht uur slaap een goed streven is, weten wetenschappers niet precies hoeveel slaap nodig is om te overleven. Slaap wordt slecht begrepen, zeker als je bedenkt dat slaap bijna een derde van ons leven in beslag neemt. Maar omdat elk dier lijkt te slapen, concluderen wetenschappers vaak dat het een noodzakelijke biologische functie moet hebben. Een onderzoeksteam van het Imperial College in Londen heeft echter aangetoond dat de gewone fruitvlieg in staat is te overleven met nauwelijks slaap gedurende zijn gehele natuurlijke leven.

In eerdere studies werden dieren – waaronder ratten, kakkerlakken, duiven, honden en fruitvliegen – wekenlang onder dwang wakker gehouden, en ze leken allemaal een vroege dood te sterven. Bij nadere bestudering van deze experimenten blijkt echter dat de methoden die werden gebruikt om de dieren wakker te houden vaak stressvol en gewelddadig waren, van het opsluiten van kakkerlakken in een eindeloos hamsterwiel tot het dood laten lopen van honden. Deze studies konden dus niet onomstotelijk aantonen dat slaaptekort de doodsoorzaak was, en niet de stress van de gebruikte methodes om de dieren wakker te houden.

Onderzoekers hebben onlangs moderne technologie en de kracht van statistiek gecombineerd om een beter fruitvlieg-experiment te ontwerpen. Voor dit experiment werden individuele fruitvliegen gevangen in een smalle buis terwijl een hoge-resolutie videocamera hun bewegingen verwerkte met een machine learning-algoritme. De onderzoekers konden zo bepalen wanneer de vlieg sliep, wakker was of, wat zij noemen, “microbewegingen” uitvoerde, zoals het tegen elkaar wrijven van de handen. In plaats van afgestudeerde studenten de vliegen handmatig te laten monitoren, zou het systeem automatisch detecteren of een vlieg was ingedommeld, waardoor duizenden vliegen konden worden bestudeerd zonder menselijke supervisie. “Als we dit experiment op een kleiner aantal vliegen hadden gedaan, zouden we heel andere resultaten hebben gezien,” zei Giorgio Gilestro, de hoofdonderzoeker, die verklaarde waarom slapeloze vliegen nooit eerder waren gevonden.

In eerste instantie hielden de onderzoekers alleen bij hoeveel tijd elke fruitvlieg aan slaap besteedde – gemiddeld tien uur per nacht voor mannetjesvliegen en vijf voor vrouwtjesvliegen. Dit geslachtsverschil wordt vooral verklaard door de behoefte van vrouwelijke fruitvliegen om vaker te eten, omdat zij meer eiwitten nodig hebben om eitjes te leggen. Interessant is dat drie van de 1.366 geobserveerde vliegen minder dan 20 minuten sliepen gedurende een periode van 24 uur. Deze slapeloze vliegen vormen slechts een klein deel van de onderzochte vliegen, maar ze tonen aan dat slaap misschien niet zo noodzakelijk is als eerder werd gedacht.

Daarna werden de fruitvliegen in een speciale buis geplaatst met een kleine rotor eraan bevestigd. Telkens wanneer de videocamera die de vliegen volgt een gebrek aan beweging van meer dan twintig seconden waarnam, draaide de buis waarin de vliegen zaten een seconde lang snel rond. Dit proces zou de fruitvlieg wakker maken terwijl ook “getracht werd de stresscomponent te verwijderen,” zei Gilestro. Bijgevolg overleefden de 160 fruitvliegen die hun hele leven aan deze behandeling werden onderworpen, even lang als hun niet-slaapgebrekkige partners.

Waarom zouden we dan evolutionair gezien neurale paden ontwikkelen die leiden tot slaap, een toestand die ons urenlang stil en gevoelloos laat liggen, tenzij het absoluut noodzakelijk is? Een mogelijke verklaring is dat er meerdere niveaus van slaap zijn, en dat de fruitvliegjes nog steeds het absolute minimum haalden om te overleven. In principe is een bepaalde hoeveelheid slaap nodig om biologische basisprocessen in stand te houden, zoals het wegspoelen van gifstoffen uit de hersenen. Een tweede niveau van slaap maakt piekcognitieve vaardigheden en snellere reactietijden mogelijk. Een derde niveau van slaap is in de eerste plaats voor comfort, maar ook om dieren te beschermen tegen roofdieren. De meeste dieren hebben een nest of huis waar ze naar terugkeren, ver weg of afgeschermd van gevaar. Door een regelmatig slaapschema kan het dier in een veilige omgeving blijven, in plaats van te worden gevangen door een rondzwervend roofdier.

Zowel de van nature slapeloze vliegen als het vermogen van vliegen om zonder slaap te overleven zijn fascinerende resultaten die in de nabije toekomst zullen worden getest. Helaas betekent dit nieuwe onderzoek niet dat studenten zonder gevolgen de hele nacht kunnen doorwerken. Talrijke studies bij mensen tonen aan dat een verminderd reactievermogen en een verminderde cognitieve functie in verband staan met slaapverlies. Het vinden van slapeloze vliegen in de natuur kan er echter toe leiden dat we beter begrijpen waarom wij mensen – en eigenlijk alle dieren – überhaupt moeten slapen.