Pštros spí jako ptakopysk

V mozku spícího savce se střídají dva zcela odlišné typy aktivity. Při fázi spánku označované jako SWS (zkratka anglického „slow wave sleep) se objevují v mozku pomalé vlny s velkou amplitudou. Vznik těchto vln je řízen z předního mozku. Druhá důležitá fáze spánku se označuje jako REM (zkratka anglického „rapid eye movement“). Je pro ni typický stav aktivace. V mozku spáče vznikají rychlé vlny s malou amplitudou, jejichž vznik řídí centra v mozkovém kmeni. Savci během REM fáze rychle pohybují očima. Zdají se jim sny. Dochází u nich k uvolnění svalstva, aby se nemohli pohybovat a v živé fázi spánku si neublížili.

Podobně dělí spánek na fáze SWS a REM i ptáci. Nabízí se myšlenka, že tento „dvojaký“ typ spánku zdědili savci a ptáci po svých plazích předcích. Jenže v mozku spících plazů vědci nepozorovali nic, co by se podobalo střídání REM a SWS fáze spánku. Dokonce i vývojově primitivní savci ze skupiny vejcorodých (Protheria), kam patří ježury, paježury a ptakopyskové, vykazují během spánku velmi svéráznou aktivitu mozku, v které se spojují prvky REM a SWS spánku. Tímto „směsným“ spánkem spí ptakopysk a jeho příbuzní po celou svou noc. Spánek evolučně primitivních ptáků však zůstával donedávna záhadou. Nyní se pokusil tuto mezeru zaplnit mezinárodní tým vědců pod vedením Nielse Rattenborga z Ústavu Maxe Plancka pro ornitologii v německém Seewiesenu. Výsledky jejich výzkumu zveřejnil vědecký časopis PLoS ONE.

Změny ve frekvenci mrkání prozradí přicházející mikrospánek|foto: FD ČVUT

Měření aktivity mozku spících pštrosů proběhlo ve volné přírodě. Vědci se tak chtěli vyhnout omylům, jaké provázely dřívější výzkum spánku nejrůznějších živočichů v zajetí. Například lenochod se jevil na základě výzkumu v zajetí jako velký ospalec, který většinu dne prospí. Sledování ve volné přírodě však odhalilo, že lenochodi spí v zajetí víceméně z nudy a v přírodě jsou překvapivě čilí. Vědci sledovali pomocí elektrod a dalších aparatur aktivitu mozku, pohyb, tělesnou teplotu, svalové napětí a další parametry u šesti volně se pohybujících samic pštrosa. Výsledky odhalily, že se u pštrosů projevují dva typy spánku. Jeden odpovídá spánku SWS. Pštrosi při něm ani nazírají oči. Zůstávají bez pohybu, ale krky mají stále vztyčené. Bez měření aktivity mozku by vědci jen těžko poznali, že pták ve skutečnosti spí. Druhý typ spánku se podobá svými projevy spánku REM. Pštrosi zavírají oči a pod víčky jimi rychle pohybují. Ptákům v REM spánku ochabuje svalstvo, takže jim často „padá hlava“. Tento stav byl dříve připisován stavu krajní ospalosti. Ve skutečnosti však pštros s „padající hlavou“ dávno tvrdě spí.

Jedinečná byla aktivita mozku spících pštrosů. Jejich projevy spánku REM nejsou řízeny z center v mozkovém kmeni, jako je tomu u jiných ptáků. Místo toho zůstává u pštrosů i nadále v činnosti centrum předního mozku, jež u evolučně pokročilejších ptáků řídí spánek typu SWS. Centrum v předním mozku u pštrosů „přeskakuje“ z aktivity typické pro spánek SWS na aktivitu nutnou pro navození spánku REM. V tom připomíná aktivita mozku spícího pštrosa situaci u vejcorodých savců, např. u ptakopyska.

Ptakopysk jako by ani nebyl z této planety|foto: NHGRI

Studie tak vrhá nové světlo na evoluci spánku obratlovců. Zdá se, že předci všech dnešních savců a předci současných ptáků sdíleli „ptakopysčí spánek“ a ten se následně rozdělil na samostatně a odlišně řízený spánek typu SWS a REM. U evolučně vyspělejších ptáků a evolučně vyspělejších savců došlo k tomuto inovačnímu kroku nezávisle na sobě.