Säugetiere haben eine große Vielfalt an Schlafphänomenen. Im Allgemeinen durchlaufen sie Perioden abwechselnden Nicht-REM- und REM-Schlafes, aber diese manifestieren sich unterschiedlich. Pferde und andere pflanzenfressende Huftiere können im Stehen schlafen, müssen sich aber für kurze Zeit für den REM-Schlaf (der Muskelatonie verursacht) hinlegen. Giraffen zum Beispiel müssen sich nur einige Minuten lang für den REM-Schlaf hinlegen. Fledermäuse schlafen kopfüber. Männliche Gürteltiere bekommen Erektionen während des Nicht-REM-Schlafes, und das Gegenteil ist bei Ratten der Fall. Frühe Säugetiere beschäftigten sich mit polyphasischem Schlaf und teilten den Schlaf in mehrere Kämpfe pro Tag auf. Höhere tägliche Schlafquoten und kürzere Schlafzyklen bei polyphasischen Arten im Vergleich zu monophasischen Arten deuten darauf hin, dass polyphasischer Schlaf ein weniger effizientes Mittel sein kann, um die Vorteile des Schlafes zu erreichen. Kleine Arten mit höheren BMR können daher weniger effiziente Schlafmuster haben. Daraus folgt, dass die Entwicklung des monophasischen Schlafes bisher ein unbekannter Vorteil der Entwicklung größerer Säugetierkörpergrößen und damit niedrigerer BMR sein kann.Manchmal wird angenommen, dass Schlaf dabei hilft, Energie zu sparen, obwohl diese Theorie nicht völlig ausreichend ist, da sie den Stoffwechsel nur um etwa 5-10% senkt. Zusätzlich wird beobachtet, dass Säugetiere auch während des hypometabolischen Zustands des Winterschlafs Schlaf benötigen, In diesem Fall ist es tatsächlich ein Nettoverlust an Energie, wenn das Tier von Hypothermie zu Euthermie zurückkehrt, um zu schlafen.
Nachtaktive Tiere haben höhere Körpertemperaturen, größere Aktivität, steigendes Serotonin und abnehmendes Cortisol während der Nacht — das Gegenteil von tagaktiven Tieren. Nachtaktive und tagaktive Tiere haben beide eine erhöhte elektrische Aktivität im suprachiasmatischen Kern und eine entsprechende Sekretion von Melatonin aus der Zirbeldrüse in der Nacht. Nachtaktive Säugetiere, die dazu neigen, nachts wach zu bleiben, haben nachts ein höheres Melatonin als tagaktive Säugetiere. Und obwohl das Entfernen der Zirbeldrüse bei vielen Tieren die Melatonin—Rhythmen aufhebt, stoppt es die zirkadianen Rhythmen nicht ganz – obwohl es sie verändern und ihre Reaktionsfähigkeit auf Lichtsignale schwächen kann. Der Cortisolspiegel bei tagaktiven Tieren steigt typischerweise während der Nacht an, erreicht seinen Höhepunkt in den erwachenden Stunden und nimmt tagsüber ab. Bei tagaktiven Tieren nimmt die Schläfrigkeit während der Nacht zu.
DurationEdit
Verschiedene Säugetiere schlafen unterschiedlich viel. Einige, wie Fledermäuse, schlafen 18-20 Stunden pro Tag, während andere, einschließlich Giraffen, nur 3-4 Stunden pro Tag schlafen. Selbst zwischen eng verwandten Arten kann es große Unterschiede geben. Es kann auch Unterschiede zwischen Labor- und Feldstudien geben: Zum Beispiel berichteten Forscher 1983, dass in Gefangenschaft lebende Faultiere fast 16 Stunden am Tag schliefen, aber 2008, als Miniatur-neurophysiologische Rekorder entwickelt wurden, die an wilden Tieren befestigt werden konnten, wurden Faultiere in der Natur gefunden nur 9,6 Stunden am Tag schlafen.
Wie bei Vögeln gilt für Säugetiere (mit bestimmten Ausnahmen, siehe unten) die Hauptregel, dass sie zwei im Wesentlichen unterschiedliche Schlafstadien haben: REM- und NREM-Schlaf (siehe oben). Die Ernährungsgewohnheiten von Säugetieren hängen mit ihrer Schlafdauer zusammen. Der tägliche Schlafbedarf ist bei Fleischfressern am höchsten, bei Allesfressern niedriger und bei Pflanzenfressern am niedrigsten. Menschen schlafen weniger als viele andere Allesfresser, aber ansonsten nicht ungewöhnlich viel oder ungewöhnlich wenig im Vergleich zu anderen Säugetieren.Viele Pflanzenfresser, wie Wiederkäuer (wie Rinder), verbringen einen Großteil ihrer Wachzeit in einem Zustand der Schläfrigkeit, was vielleicht teilweise ihr relativ geringes Schlafbedürfnis erklären könnte. Bei Pflanzenfressern zeigt sich eine inverse Korrelation zwischen Körpermasse und Schlaflänge; Große Säugetiere schlafen weniger als kleinere. Es wird angenommen, dass diese Korrelation etwa 25% des Unterschieds in der Schlafmenge zwischen verschiedenen Säugetieren erklärt. Auch die Länge eines bestimmten Schlafzyklus hängt mit der Größe des Tieres zusammen; im Durchschnitt haben größere Tiere Schlafzyklen von längerer Dauer als kleinere Tiere. Die Schlafmenge ist auch an Faktoren wie Grundumsatz, Gehirnmasse und relative Gehirnmasse gekoppelt. Die Dauer des Schlafes zwischen den Arten steht auch in direktem Zusammenhang mit der Grundumsatzrate (BMR). Ratten, die einen hohen BMR haben, schlafen bis zu 14 Stunden am Tag, während Elefanten und Giraffen, die einen niedrigeren BMR haben, nur 2-4 Stunden pro Tag schlafen.Es wurde vermutet, dass Säugetierarten, die in längere Schlafzeiten investieren, in das Immunsystem investieren, da Arten mit den längeren Schlafzeiten eine höhere Anzahl weißer Blutkörperchen haben. Säugetiere, die mit gut entwickelten Regulationssystemen geboren wurden, wie das Pferd und die Giraffe, neigen dazu, weniger REM-Schlaf zu haben als die Arten, die bei der Geburt weniger entwickelt sind, wie Katzen und Ratten. Dies scheint den größeren Bedarf an REM-Schlaf bei Neugeborenen als bei Erwachsenen bei den meisten Säugetierarten widerzuspiegeln. Viele Säugetiere schlafen für einen großen Teil jeder 24-Stunden-Periode, wenn sie sehr jung sind. Die Giraffe schläft nur 2 Stunden am Tag in etwa 5-15 Minuten Sitzungen. Koalas sind die längsten schlafenden Säugetiere, etwa 20-22 Stunden am Tag. Killerwale und einige andere Delfine schlafen jedoch im ersten Lebensmonat nicht. Stattdessen machen junge Delfine und Wale häufig Pausen, indem sie ihren Körper neben den ihrer Mutter drücken, während sie schwimmt. Während die Mutter schwimmt, hält sie ihre Nachkommen über Wasser, um zu verhindern, dass sie ertrinken. Dies ermöglicht jungen Delfinen und Walen, sich auszuruhen, was dazu beiträgt, ihr Immunsystem gesund zu halten. wiederum schützt sie vor Krankheiten. Während dieser Zeit opfern Mütter oft den Schlaf, um ihre Jungen vor Raubtieren zu schützen. Im Gegensatz zu anderen Säugetieren können erwachsene Delfine und Wale jedoch einen Monat lang ohne Schlaf auskommen.
Vergleichende durchschnittliche Schlafzeiten für verschiedene Säugetiere (in Gefangenschaft) über 24 Stunden
- Pferde – 2 Stunden
- Elefanten – 3+ Stunden
- Kühe – 4,0 Stunden
- Giraffen – 4,5 Stunden
- Menschen – 8,0 Stunden
- Kaninchen – 8.4 stunden
- Schimpansen – 9,7 Stunden
- Rotfüchse – 9,8 Stunden
- Hunde – 10,1 Stunden
- Hausmäuse – 12,5 Stunden
- Katzen – 12,5 Stunden
- Löwen – 13,5 Stunden
- Schnabeltiere – 14 Stunden
- Streifenhörnchen – 15 Stunden
- Riesen gürteltiere – 18,1 Stunden
- Kleine braune Fledermäuse – 19,9 Stunden
Zu den Gründen für die großen Variationen gehört die Tatsache, dass Säugetiere „, die sich verstecken, wie Fledermäuse oder Nagetiere, neigen dazu, länger und tiefer zu schlafen als ständig wachsam.“ Löwen, die wenig Angst vor Raubtieren haben, haben auch relativ lange Schlafphasen, während Elefanten die meiste Zeit essen müssen, um ihre riesigen Körper zu unterstützen. Kleine braune Fledermäuse sparen ihre Energie bis auf die wenigen Stunden pro Nacht, wenn ihre Insektenbeute verfügbar ist, und Schnabeltiere fressen eine energiereiche Krebstierdiät und müssen daher wahrscheinlich nicht so viel Zeit wach verbringen wie viele andere Säugetiere.
Nagetiereedit
Eine von Datta durchgeführte Studie unterstützt indirekt die Idee, dass das Gedächtnis vom Schlaf profitiert. Es wurde eine Kiste gebaut, in der sich eine einzelne Ratte frei von einem Ende zum anderen bewegen konnte. Der Boden der Box bestand aus einem Stahlrost. Ein Licht würde in der Box leuchten, begleitet von einem Ton. Nach einer Verzögerung von fünf Sekunden würde ein elektrischer Schlag angewendet. Sobald der Schock begann, konnte sich die Ratte zum anderen Ende der Box bewegen und den Schock sofort beenden. Die Ratte könnte auch die Verzögerung von fünf Sekunden nutzen, um zum anderen Ende der Box zu gelangen und den Schock vollständig zu vermeiden. Die Länge des Schocks überschritt nie fünf Sekunden. Dies wurde 30 Mal für die Hälfte der Ratten wiederholt. Die andere Hälfte, die Kontrollgruppe, wurde in die gleiche Studie aufgenommen, aber die Ratten waren unabhängig von ihrer Reaktion schockiert. Nach jeder der Trainingseinheiten wurde die Ratte für sechs Stunden polygraphische Aufnahmen in einen Aufnahmekäfig gelegt. Dieser Vorgang wurde an drei aufeinanderfolgenden Tagen wiederholt. Während der posttrialen Schlafaufzeichnungssitzung verbrachten Ratten 25.47% mehr Zeit im REM-Schlaf nach Lernversuchen als nach Kontrollversuchen.Eine Beobachtung der Datta-Studie ist, dass die Lerngruppe 180% mehr Zeit in SWS verbrachte als die Kontrollgruppe während der Schlafaufzeichnungssitzung nach der Studie. Diese Studie zeigt, dass nach räumlicher Explorationsaktivität Muster von Hippocampus-Ortszellen während des SWS nach dem Experiment reaktiviert werden. Ratten wurden mit Belohnungen an beiden Enden durch eine lineare Spur geführt. Die Ratten wurden dann 30 Minuten lang in die Spur gebracht, damit sie sich anpassen konnten (PRE), dann liefen sie die Strecke 30 Minuten lang mit belohnungsbasiertem Training (RUN) und durften sich dann 30 Minuten lang ausruhen.
Während jeder dieser drei Perioden wurden EEG-Daten gesammelt, um Informationen über die Schlafstadien der Ratten zu erhalten. Die mittleren Zündraten der Hippocampus-Platzzellen während des SWS vor dem Verhalten (PRE) und drei Zehn-Minuten-Intervalle in SWS nach dem Verhalten (POST) wurden durch Mittelwertbildung über 22 Track-Running-Sitzungen von sieben Ratten berechnet. Die Ergebnisse zeigten, dass zehn Minuten nach der Probelaufsitzung die mittlere Feuerrate der Hippocampus-Platzzellen gegenüber dem PRE-Level um 12% anstieg. Nach 20 Minuten kehrte die mittlere Feuerrate schnell in Richtung des Vorniveaus zurück. Das erhöhte Abfeuern von Hippocampus-Platzzellen während SWS nach räumlicher Erkundung könnte erklären, warum es in Dattas Studie erhöhte Werte für langsamen Schlaf gab, da es sich auch um eine Form der räumlichen Erkundung handelte.
Bei Ratten führt Schlafentzug zu Gewichtsverlust und verminderter Körpertemperatur. Ratten, die auf unbestimmte Zeit wach gehalten werden, entwickeln Hautläsionen, Hyperphagie, Verlust von Körpermasse, Unterkühlung und schließlich tödliche Sepsis. Schlafentzug behindert auch die Heilung von Verbrennungen bei Ratten. Im Vergleich zu einer Kontrollgruppe zeigten die Blutuntersuchungen von Ratten mit Schlafmangel eine Abnahme der weißen Blutkörperchen um 20%, eine signifikante Veränderung des Immunsystems.Eine Studie aus dem Jahr 2014 ergab, dass der Schlafentzug von Mäusen das Krebswachstum erhöhte und die Fähigkeit des Immunsystems, Krebs zu kontrollieren, dämpfte. Die Forscher fanden höhere Konzentrationen von M2-Tumor-assoziierten Makrophagen und TLR4-Molekülen in den Schlafentzugsmäusen und schlugen dies als Mechanismus für eine erhöhte Anfälligkeit der Mäuse für Krebswachstum vor. M2-Zellen unterdrücken das Immunsystem und fördern das Tumorwachstum. TRL4-Moleküle sind Signalmoleküle bei der Aktivierung des Immunsystems.
MonotremesEdit
Da Monotreme (eierlegende Säugetiere) als eine der evolutionär ältesten Gruppen von Säugetieren gelten, waren sie von besonderem Interesse für die Untersuchung des Säugetierschlafes. Da frühe Studien dieser Tiere keine eindeutigen Beweise für den REM-Schlaf finden konnten, wurde zunächst angenommen, dass ein solcher Schlaf nicht in Monotremen existierte, sondern sich entwickelte, nachdem sich die Monotreme vom Rest der Säugetier-Evolutionslinie abgezweigt hatten und zu einer separaten, eigenständigen Gruppe wurden. EEG-Aufnahmen des Hirnstamms in Monotremen zeigen jedoch ein Zündmuster, das den Mustern im REM-Schlaf bei höheren Säugetieren sehr ähnlich ist. Tatsächlich ist die größte Menge an REM-Schlaf, die bei jedem Tier bekannt ist, im Schnabeltier zu finden. Die elektrische REM-Aktivierung erstreckt sich bei Schnabeltieren überhaupt nicht auf das Vorderhirn, was darauf hindeutet, dass sie nicht träumen. Die durchschnittliche Schlafzeit des Schnabeltiers in einem Zeitraum von 24 Stunden soll bis zu 14 Stunden betragen, obwohl dies auf ihre kalorienreiche Krebstierdiät zurückzuführen sein kann.
Wassersäugetierebearbeiten
Die Folgen eines tiefen Schlafes für Meeressäuger können Ersticken und Ertrinken oder eine leichte Beute für Raubtiere sein. So üben Delfine, Wale und Flossenfüßer (Robben) beim Schwimmen einen unihemisphärischen Schlaf aus, wodurch eine Gehirnhälfte voll funktionsfähig bleibt, während die andere schläft. Die schlafende Hemisphäre wechselt sich ab, so dass beide Hemisphären vollständig ausgeruht werden können. Genau wie Landsäugetiere fallen Flossenfüßer, die an Land schlafen, in einen tiefen Schlaf und beide Gehirnhälften werden heruntergefahren und befinden sich im Vollschlafmodus. Säuglinge von Wassersäugetieren haben im Säuglingsalter keinen REM-Schlaf; Der REM-Schlaf nimmt mit zunehmendem Alter zu.
Robben und Wale gehören unter anderem zu den Wassersäugetieren. Ohrenlose Robben und Ohrenrobben haben das Problem des Schlafens im Wasser auf zwei verschiedene Arten gelöst. Ohrrobben zeigen wie Wale einen unihemisphärischen Schlaf. Die schlafende Hälfte des Gehirns erwacht nicht, wenn sie zum Atmen an die Oberfläche kommt. Wenn eine Hälfte des Gehirns einer Robbe einen langsamen Schlaf zeigt, sind die Flossen und Schnurrhaare auf der gegenüberliegenden Seite unbeweglich. Im Wasser haben diese Robben fast keinen REM-Schlaf und können ein oder zwei Wochen ohne sie auskommen. Sobald sie sich an Land bewegen, wechseln sie zu bilateralem REM-Schlaf und NREM-Schlaf, vergleichbar mit Landsäugetieren, was die Forscher mit ihrem Mangel an „Erholungsschlaf“ überrascht, nachdem sie so viel REM verpasst haben.
Ohrlose Robben schlafen wie die meisten Säugetiere halbkugelförmig unter Wasser, hängen an der Wasseroberfläche oder an Land. Sie halten den Atem an, während sie unter Wasser schlafen, und wachen regelmäßig auf, um an die Oberfläche zu kommen und zu atmen. Sie können auch mit den Nasenlöchern über Wasser hängen und in dieser Position REM-Schlaf haben, aber sie haben keinen REM-Schlaf unter Wasser.
Beim Grindwal, einer Delfinart, wurde REM-Schlaf beobachtet. Wale scheinen weder REM-Schlaf zu haben, noch scheinen sie irgendwelche Probleme zu haben. Ein Grund, warum REM-Schlaf in maritimen Umgebungen schwierig sein kann, ist die Tatsache, dass REM-Schlaf Muskelatonie verursacht; das heißt, eine funktionelle Lähmung der Skelettmuskulatur, die schwer mit der Notwendigkeit zu kombinieren ist, regelmäßig zu atmen.Bewusstes Atmen Wale schlafen, können es sich aber nicht leisten, lange bewusstlos zu sein, weil sie ertrinken können. Während das Wissen über den Schlaf bei wilden Walen begrenzt ist, wurde festgestellt, dass Zahnwale in Gefangenschaft einen unihemisphärischen Slow-Wave-Schlaf (USWS) aufweisen, was bedeutet, dass sie jeweils mit einer Seite ihres Gehirns schlafen, so dass sie schwimmen können, atmen Sie bewusst und vermeiden Sie sowohl Raubtiere als auch sozialen Kontakt während ihrer Ruhezeit.