Schlafstudie an Fruchtfliegen hilft die Entwicklung des Gehirns zu verstehen

Die Entwicklung des Gehirns ist ein komplexer Prozess, der bis zum Erwachsenenalter andauert und stark vom Schlaf abhängt. ElisaRiva/Pixabay 

US-Wissenschaftler führten eine Schlafstudie an Fruchtfliegen durch und fanden heraus, dass das Gehirn von Heranwachsenden aktiv die Entwicklung von Hirnarealen stoppt, die für den Schlaf wichtig sind. Dadurch schlafen sie länger, was für eine gesunde Entwicklung und das Lernen unerlässlich ist. Die Verfasser der im März 2020 veröffentlichten Studie glauben, dass das menschliche Gehirn ähnliche Mechanismen nutzt, um die Lernfähigkeit der Jugend zu gewährleisten.

Schlafen wie ein Baby

Wissenschaftler untersuchten die Gehirne von Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster), weil die auf Erkenntnisse hofften, die erklärten, warum Kinder und Jugendliche länger schlafen als Erwachsene. Die Forscher fanden heraus, dass ein Gen namens PMD3 für das Schlafverhalten der Jungen verantwortlich ist. Heranwachsende Fruchtfliegen schlafen normalerweise doppelt so lange wie erwachsene. Als Wissenschaftler das PMD3-Gen ausschalteten, schliefen jugendliche Exemplare genauso lange wie die ausgewachsenen.

Die Forscher fanden heraus, dass dieses Gen die Entwicklung des Gehirnbereichs unterdrückt, der für den Schlaf-wach-Rhythmus verantwortlich ist, den zentralen Komplex. Solange PMD3 im Gehirn aktiv ist, wird die Entwicklung des zentralen Komplexes behindert, so dass die Fliegen länger schlafen können, während sich der Rest des Gehirns kontinuierlich weiterentwickelt. Wenn die Fliegen das Erwachsenenalter erreichen, ist PMD3 nicht mehr im Gehirn vorhanden. Aus diesem Grund werden im zentralen Komplex neuronale Verbindungen hergestellt, die mehr Wachsamkeit fördern. Das Gehirn vollendet seine Entwicklung und die Fliege schläft weniger.

„Verständnis ist der Ursprung von Verbesserung.“

Wie ist diese Studie für den Menschen nützlich?

Es mag seltsam erscheinen Fruchtfliegen zu erforschen, um das menschliche Gehirn besser zu verstehen. Aber tatsächlich sind viele Gene, die Prozesse bei der Entwicklung vom Embryo zum Erwachsenen steuern, sowohl bei Drosophila als auch beim Menschen gleich.

Die Autoren der Fruchtfliegenstudie schlagen vor, dass Schlafstörungen durch eine fehlerhafte Gehirnentwicklung verursacht werden könnten. Das Wissen um die Entstehung von Schlafstörungen kann in Zukunft von Wissenschaftlern genutzt werden, um sie zu verhindern. Auf diese Weise wäre eine Studie an Fliegen für die menschliche Gesundheit nützlich.

Warum Schlaf für junge Menschen so wichtig ist

Viele Gesundheitsrisiken sind mit Schlafverlust verbunden, wie z.B. erhöhter Blutdruck, Gewichtszunahme und Depressionen. Schlaf ist jedoch besonders wichtig für das sich entwickelnde Gehirn von Kindern und Jugendlichen. Zu wenig davon kann zu lebenslangen Lernstörungen und sogar pathologischen Verhaltensänderungen führen.

Ein sich entwickelndes Gehirn muss existierende neuronale Verbindungen (Synapsen) neu verankern, um motorische-, sprachliche- oder andere Fähigkeiten zu erlernen. Es stärkt außerdem die Synapsen wichtiger Erinnerungen, während die weniger wichtigen geschwächt werden. Auf diese Weise kann das Gehirn Wissen im Langzeitgedächtnis speichern. All dies geschieht im Schlaf und da junge Menschen mehr neue Fähigkeiten erlernen, müssen sie mehr schlafen.

Je jünger ein Kind ist, desto mehr Schlaf braucht es. Bis zum Alter von zwölf Jahren benötigen Kinder bis zu zwölf Stunden Schlaf, Jugendliche acht bis zehn Stunden. Interessanterweise neigen Kinder im Alter von zwölf bis fünfzehn Jahren dazu, sich in Langschläfer zu verwandeln. Sie können nicht anders, als länger wach zu bleiben und später aufzuwachen. Bis zu einem Alter von zwanzig Jahren können sie sich wieder zu Frühaufstehern entwickeln, aber insbesondere Männer neigen dazu, ihr ganzes Leben lang Langschläfer zu bleiben.

Wenn Jugendliche gezwungen sind, früh für die Schule aufzustehen, wird ihnen häufig der Schlaf entzogen, was ihre Entwicklung und Bildung beeinträchtigt. Darüber hinaus kann der Schlafmangel während der Gehirnentwicklung bei Jugendlichen zu Verhaltensänderungen führen und sogar Störungen, wie Schizophrenie, verursachen.

Eine Studie ergab, dass bis zu fünfundsiebzig Prozent der Teenager aus den USA regelmäßig weniger als acht Stunden pro Nacht schlafen. Dies ist sehr alarmierend angesichts der Auswirkungen, die dies auf ihre Entwicklung haben kann. Leider können wir aus Untersuchungen an Fruchtfliegen nicht lernen Schlaf mehr wertzuschätzen. Durch die Arbeit mit diesen Insekten kann jedoch den Ursachen von noch mehr Krankheiten auf den Grund gegangen werden, die sonst viel schwerer zu untersuchen wären (siehe Kasten). Denn das ungewöhnliche Versuchsobjekt Drosophila, hat die biomedizinische Forschung und unser Verständnis der menschlichen Gesundheit stark vorangetrieben.

Warum Wissenschaftler mit Fruchtfliegen arbeiten

Es ist durchaus üblich, dass Wissenschaftler Studien an Tieren durchführen, wenn sie versuchen, die menschliche Entwicklung oder die Entstehung von Krankheiten zu verstehen. Die Fruchtfliege Drosophila melanogaster ist ein beliebter Modellorganismus, um Alterung, Verhalten und Entwicklung zu erforschen. Fliegen können mit Menschen verglichen werden, da viele Prozesse von denselben Genen gesteuert werden. Sie sind beliebt, da die Ergebnisse schnell und einfach erzielt werden.

Drosophila wurde ursprünglich verwendet, um die Vererbung von Genen zu untersuchen. Anschließend begannen Wissenschaftler, den Einfluss der Genetik auf das Verhalten zu untersuchen, sowie die Prozesse, die während der Entwicklung vom Embryo zum Erwachsenen stattfinden. Aufgrund dieser Arbeit erkannten sie die Ähnlichkeiten mit Säugetieren (einschließlich Menschen). Obwohl das Gehirn des Insekts unterschiedlich ist, ähnelt die allgemeine Funktionalität der des unseren.

Darüber hinaus können das Nerven- und Herz-Kreislauf-System von Fruchtfliegen mit denen von Säugetieren verglichen werden. So konnten Forscher, aufgrund ihrer Arbeit mit Drosophila melanogaster, beispielsweise die Gene finden, die für einen plötzlichen Herzstillstand verantwortlich sind. Wissenschaftler erforschen auch den Stoffwechsel, sowie Erkrankungen der Leber oder Nieren, Muskelatrophie, Alzheimer und vieles mehr anhand von Fliegen.


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https://www.forbes.com/sites/alicegwalton/2016/12/09/7-ways-sleep-affects-the-brain-and-what-happens-if-it-doesnt-get-enough/#38eed701753c  Artikel vom 09.12.2016, 10:20 Uhr. Autorin Alice G. Walton, Einsicht 01.05.2020 19:25 Uhr.

Published by Katrin Heidemeyer

Katrin Heidemeyer ist Doktorandin im Bereich Biochemie an der Wageningen University and Research. Durch ihre Arbeit möchte sie das Wissen über die Spezifität von Hormon-Signalen in Pflanzen erweitern. Da ihre Interessen über Pflanzenbiologie hinausreichen, schreibt sie in ihrer Freizeit über diverse Themen. Von Ernährung zu Psychologie, der Neugierde sind keine Grenzen gesetzt.

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