Ruhezustand: Warum schlafen Mensch und Tier?

Fast ein Drittel unseres Lebens verbringen wir im bewusstlosen Zustand. Warum eigentlich? Obwohl diese Frage die Menschen seit Jahrhunderten beschäftigt, gibt es bis heute keine endgültige Antwort. Auch die Forschung hält nur Vermutungen bereit.

Schlaf ist, so nehmen viele Wissenschaftler an, eine Phase der Erholung, der Regeneration. Allerdings geht es dabei nicht um die körperliche Fitness, sondern um die geistige.

Das Gehirn braucht demnach immer wieder die Gelegenheit, einen physiologischen Zustand herzustellen, in dem wir gut funktionieren. Dafür spricht zum Beispiel, dass während des Schlafens bestimmte Hirnwellen umso intensiver auftreten, je weniger der Betroffene zuvor geschlafen hat.

Im Schlaf blockiert das Gehirn Reize von außen, um ungestört die "Energie- und Rohstoff-Lager" wieder aufzufüllen.

Dass es kaum um körperliche Regeneration geht, zeigt der Blick auf den Energieverbrauch im Schlaf: In einer Ruhephase von acht Stunden sparen wir im Bett etwa 50 kCal - das entspricht ungefähr der Energie, die in zwei Scheiben Zwieback oder einem kleinen Apfel steckt.

Seit einigen Jahren mehren sich die Hinweise, dass Schlafen vor allem für die Informationsverarbeitung im Gehirn wichtig ist. Informationen, die wir am Tag gespeichert haben, werden im Schlaf "in Ruhe" neu organisiert.

Dabei werden offenbar die neuronalen Schaltkreise, die sich in unserem Gehirn beim Gewinn neuer Informationen im Wachzustand gebildet haben, vertieft.

Vermutlich kommt es so auch zu unseren Träumen: Wir rufen Informationen aus dem Gedächtnis ab. Dabei kommen Erinnerungen von den verschiedensten Situationen zusammen - und lassen uns bisweilen offenbar die skurrilsten Dinge erleben.

Die Frage bleibt allerdings, ob diese Prozesse sich erst entwickelt haben, nachdem der Schlaf bereits "erfunden" war. Nutzt das Gehirn einfach die bereits existierende Regenerationsphase als gute Gelegenheit, das Gelernte zu vertiefen, oder versenken sich Lebewesen tatsächlich des Lernens zuliebe ins Unbewusste?

Für die Regeneration des Gehirns im Schlaf als ursprüngliche Entwicklung sprechen die Beobachtung an Menschen, denen der Schlaf verwehrt bleibt. Ohne Schlaf lassen unsere kognitiven Fähigkeiten nach; bereits ab drei bis vier Tagen ohne Schlaf tickt das Gehirn nicht mehr richtig: Es kommt zu Halluzinationen und Wahnideen.

Offensichtlich sind wir dann nicht mehr in der Lage, unsere äußeren und inneren Sinneseindrücke richtig zu verarbeiten und sinnvoll mit unseren Erinnerungen zusammenzubringen.

20 Stunden Schlaf oder zwei?

Alle bislang untersuchten Säugetiere schlafen ähnlich wie der Mensch - bekannte Ausnahmen sind der Delfin und der Ameisenigel. Bei ihnen konnte kein REM-Schlaf festgestellt werden, der sich sonst mit dem non-REM-Schlaf abwechselt.

Die Dauer der Ruhephase ist extrem unterschiedlich. Große Tiere schlafen eher wenig. So ruhen Menschen etwa sieben bis acht, Schimpansen fast zehn Stunden am Tag. Schafe dagegen brauchen nur knapp vier, Elefanten, Kühe und Pferde etwa drei und Giraffen sogar nur zwei Stunden Schlaf. Katzen schlafen erheblich mehr. Tiger brauchen fast 16, die Hauskatze immerhin zwölf Stunden Schlaf. Fledermäuse kommen sogar auf 20 Stunden, Igel auf mehr als 17, die Maus auf 13 Stunden. Das scheint gegen die Vermutung zu sprechen, es könnte hier um eine Regeneration des Körpers gehen.

Allerdings beobachtet man, dass jene Tiere, die nur wenig Schlaf brauchen, auch viel Zeit mit Dösen verbringen, während Langschläfer im Wachzustand dazu tendieren, hektisch herumzuwuseln.

Das spricht für einen Zusammenhang zwischen Stoffwechsel und Schlaf: Kleine Tiere mit hohem Energieverbrauch schlafen länger als große Tiere mit langsamerem Stoffwechsel. Also doch Regeneration?

Der Winterschlaf wird übrigens nicht als eigentlicher Schlaf betrachtet. Es handelt sich um einen schlafähnlichen Zustand, bei dem Tiere wie Fledermäuse oder Murmeltiere ihren Stoffwechsel auf ein extrem niedriges Maß drosseln, um Energie zu sparen, während sie sich von angefressenen Fettreserven ernähren.

Bei der Winterruhe, die etwa Bären und Eichhörnchen pflegen, handelt es sich dagegen um eine Ruheperiode, bei der die Tiere sich kaum bewegen, viel schlafen, sich von Körperreserven ernähren - und immer wieder aufwachen, um von den angelegten Vorräten zu naschen.

Eine besonders interessante Form des Schlafens wurde übrigens bei Tümmlern (Delphine) beobachtet. Bei diesen Meeressäugern schläft immer nur eine Hirnhälfte, während die anderes Seite wach bleibt. Nach einer halben Stunde werden die Rollen getauscht.

Schlaf bei Nicht-Säugern

Auch Vögel, Reptilien, Amphibien und Fische schlafen, allerdings gibt es Unterschiede zum Schlaf bei Säugern. So treten bei Vögeln auch REM-Phasen auf, jedoch in anderen Mustern.

Bei Reptilien und Amphibien unterscheidet sich der Schlaf - soweit Untersuchungen mit Hirnstrommessungen es zeigen - deutlich von dem der Säuger und Vögel. Auf jeden Fall aber schlafen sie - und nehmen dafür manchmal auch typische Schlafstellungen ein.

Auch Fische schlafen - und manche suchen dafür sogar bestimmte Orte auf. Auch sie reagieren während des Schlafes kaum noch auf Außenreize.

Selbst Wirbellose wie Schnecken und Insekten ziehen sich zur Ruhe zurück. So schläft etwa die Fruchtfliege Drosophila, was sich insbesondere darin zeigt, dass sie auf schwache Reize nicht mehr reagiert. Und junge Fliegen schlafen - ähnlich wie junge Säugegetiere - mehr als alte. Auch an Wespen wurde beobachtet, dass sie sich nachts ausruhen, dabei Atmung und Stoffwechsel verlangsamen und die Körpertemperatur sinkt.

Manche Forscher vermuten, dass der Schlaf bei diesen Tieren den selben Zielen dient wie bei Säugern: Regeneration und die Verarbeitung von neuen Informationen.

Auf den Rhythmus kommt es an

Ein wichtiger Faktor, der das Schlafverhalten beeinflusst, ist bei allen Tieren der Tag-Nacht-Rhythmus bzw. der Hell-Dunkel-Rhythmus, der mit einem inneren Faktor zusammenwirkt: dem Circadianen-Rhythmus.

So entwickeln Menschen, die sich - etwa in Laborexperimenten - in einer Umwelt ohne äußere Information aufhalten und selbst bestimmen müssen, wann das Licht gelöscht wird, einen Tagesrhythmus von etwa 25 Stunden. Ohne Uhr geht man nämlich statt zur gewohnten Zeit jeden Tag etwa eine Stunde später ins Bett - schläft jedoch genauso lang wie zuvor.

Da dieser innere Rhythmus fast dem Tag-Nacht-Rhythmus entspricht, wird er als circadian bezeichnet (circa heißt ungefähr, dies ist der Tag).

Diesen Rhythmus, der offenbar vom Sonnenlicht immer wieder neu eingestellt wird, zeigen auch Pflanzen. Diese jedoch besitzen offenbar gleich mehrere "innere Uhren", während Tiere sich mit einem einzigen rhythmischen Schrittmacher begnügen.