I mammiferi hanno un’ampia diversità nei fenomeni del sonno. Generalmente, passano attraverso periodi di alternanza di sonno non REM e REM, ma questi si manifestano in modo diverso. Cavalli e altri ungulati erbivori possono dormire stando in piedi, ma devono necessariamente sdraiarsi per il sonno REM (che causa atonia muscolare) per brevi periodi. Le giraffe, ad esempio, devono solo sdraiarsi per dormire REM per alcuni minuti alla volta. I pipistrelli dormono mentre sono appesi a testa in giù. Gli armadilli maschi ottengono erezioni durante il sonno non REM e l’inverso è vero nei ratti. I primi mammiferi si impegnavano nel sonno polifasico, dividendo il sonno in più periodi al giorno. Quote di sonno giornaliere più elevate e cicli di sonno più brevi nelle specie polifasiche rispetto alle specie monofasiche, suggeriscono che il sonno polifasico può essere un mezzo meno efficiente per raggiungere i benefici del sonno. Le piccole specie con BMR più alto possono quindi avere schemi di sonno meno efficienti. Ne consegue che l’evoluzione del sonno monofasico può finora essere un vantaggio sconosciuto di evolvere dimensioni corporee di mammiferi più grandi e quindi BMR inferiore.
Il sonno a volte è pensato per aiutare a risparmiare energia, anche se questa teoria non è completamente adeguata in quanto diminuisce solo il metabolismo di circa il 5-10%. Inoltre si osserva che i mammiferi richiedono il sonno anche durante lo stato ipometabolico di ibernazione, in cui circostanza è in realtà una perdita netta di energia quando l’animale ritorna dall’ipotermia all’eutermia per dormire.
Gli animali notturni hanno temperature corporee più elevate, maggiore attività, aumento della serotonina e diminuzione del cortisolo durante la notte—l’inverso degli animali diurni. Gli animali notturni e diurni hanno entrambi aumentato l’attività elettrica nel nucleo soprachiasmatico e la corrispondente secrezione di melatonina dalla ghiandola pineale, durante la notte. I mammiferi notturni, che tendono a rimanere svegli di notte, hanno una melatonina più alta di notte proprio come fanno i mammiferi diurni. E, anche se la rimozione della ghiandola pineale in molti animali abolisce i ritmi della melatonina, non si ferma ritmi circadiani del tutto-anche se può alterarli e indebolire la loro reattività a segnali di luce. I livelli di cortisolo negli animali diurni aumentano tipicamente durante la notte, raggiungono il picco nelle ore del risveglio e diminuiscono durante il giorno. Negli animali diurni, la sonnolenza aumenta durante la notte.
Durataedit
Diversi mammiferi dormono quantità diverse. Alcuni, come i pipistrelli, dormono 18-20 ore al giorno, mentre altri, comprese le giraffe, dormono solo 3-4 ore al giorno. Ci possono essere grandi differenze anche tra specie strettamente correlate. Ci possono anche essere differenze tra studi di laboratorio e sul campo: ad esempio, i ricercatori nel 1983 hanno riferito che i bradipi in cattività dormivano quasi 16 ore al giorno, ma nel 2008, quando sono stati sviluppati registratori neurofisiologici in miniatura che potevano essere apposti agli animali selvatici, i bradipi in natura dormivano solo 9,6 ore al giorno.
Come per gli uccelli, la regola principale per i mammiferi (con alcune eccezioni, vedi sotto), che hanno essenzialmente due diverse fasi del sonno REM e il sonno NREM (vedi sopra). Le abitudini alimentari dei mammiferi sono associate alla loro lunghezza del sonno. Il bisogno quotidiano di sonno è più alto nei carnivori, più basso negli onnivori e più basso negli erbivori. Gli esseri umani dormono meno di molti altri onnivori, ma per il resto non insolitamente molto o insolitamente poco in confronto ad altri mammiferi.
Molti erbivori, come i ruminanti (come i bovini), trascorrono gran parte del loro tempo di veglia in uno stato di sonnolenza, che forse potrebbe in parte spiegare il loro relativamente basso bisogno di sonno. Negli erbivori, una correlazione inversa è evidente tra la massa corporea e la lunghezza del sonno; i grandi mammiferi dormono meno di quelli più piccoli. Si pensa che questa correlazione spieghi circa il 25% della differenza nella quantità di sonno tra diversi mammiferi. Inoltre, la lunghezza di un particolare ciclo del sonno è associata alle dimensioni dell’animale; in media, gli animali più grandi avranno cicli di sonno di durata più lunga rispetto agli animali più piccoli. La quantità di sonno è anche accoppiata a fattori come il metabolismo basale, la massa cerebrale e la massa cerebrale relativa. La durata del sonno tra le specie è anche direttamente correlata al metabolismo basale (BMR). I ratti, che hanno un alto BMR, dormono fino a 14 ore al giorno, mentre elefanti e giraffe, che hanno BMR inferiori, dormono solo 2-4 ore al giorno.
È stato suggerito che le specie di mammiferi che investono in tempi di sonno più lunghi stanno investendo nel sistema immunitario, poiché le specie con i tempi di sonno più lunghi hanno un numero maggiore di globuli bianchi. I mammiferi nati con sistemi normativi ben sviluppati, come il cavallo e la giraffa, tendono ad avere meno sonno REM rispetto alle specie meno sviluppate alla nascita, come gatti e ratti. Questo sembra riecheggiare il maggior bisogno di sonno REM tra i neonati che tra gli adulti nella maggior parte delle specie di mammiferi. Molti mammiferi dormono per gran parte di ogni periodo di 24 ore quando sono molto giovani. La giraffa dorme solo 2 ore al giorno in circa 5-15 sessioni minute. I koala sono i mammiferi dormienti più lunghi, circa 20-22 ore al giorno. Tuttavia, le orche e alcuni altri delfini non dormono durante il primo mese di vita. Invece, i giovani delfini e le balene prendono spesso riposo premendo il loro corpo accanto a quello della madre mentre nuota. Mentre la madre nuota, tiene a galla la sua prole per impedire loro di annegare. Ciò consente ai giovani delfini e balene di riposare, il che aiuterà a mantenere sano il loro sistema immunitario; a sua volta, proteggendoli dalle malattie. Durante questo periodo, le madri spesso sacrificano il sonno per la protezione dei loro piccoli dai predatori. Tuttavia, a differenza di altri mammiferi, i delfini adulti e le balene sono in grado di andare senza dormire per un mese.
media di raffronto periodi di sonno per diversi mammiferi (in cattività) nell’arco di 24 ore
- Cavalli – 2 ore
- Elefanti – 3 ore+
- Mucche – 4.0 ore
- Giraffe – 4,5 ore
- gli esseri Umani – 8.0 ore
- Conigli – 8.4 ore
- Scimpanzé – 9.7 ore
- volpi Rosse – 9.8 ore
- Cani – 10.1 ore
- topi di Casa – 12.5 ore
- Gatti – 12.5 ore
- Lions – 13.5 ore
- gli Ornitorinchi – 14 ore
- Chipmunks – 15 ore
- Gigante armadilli – 18.1 ore
- Little brown pipistrelli – 19.9 ore
Ragioni per le ampie variazioni includono il fatto che i mammiferi “che nap a nascondere, come i pipistrelli o roditori tendono ad avere più a lungo, più profondo snoozes rispetto a quelle in costante allerta.”I leoni, che hanno poca paura dei predatori, hanno anche periodi di sonno relativamente lunghi, mentre gli elefanti devono mangiare la maggior parte del tempo per sostenere i loro enormi corpi. I piccoli pipistrelli marroni conservano la loro energia tranne che per le poche ore ogni notte quando sono disponibili le loro prede di insetti, e gli ornitorinchi mangiano una dieta di crostacei ad alta energia e, quindi, probabilmente non hanno bisogno di passare tanto tempo sveglio come molti altri mammiferi.
Roditori
Uno studio condotto da Datta supporta indirettamente l’idea che la memoria benefici dal sonno. Fu costruita una scatola in cui un singolo ratto poteva muoversi liberamente da un’estremità all’altra. Il fondo della scatola era fatto di una griglia in acciaio. Una luce brillerebbe nella scatola accompagnata da un suono. Dopo un ritardo di cinque secondi, sarebbe stata applicata una scossa elettrica. Una volta iniziato lo shock, il ratto potrebbe spostarsi all’altra estremità della scatola, terminando immediatamente lo shock. Il ratto potrebbe anche utilizzare il ritardo di cinque secondi per spostarsi verso l’altra estremità della scatola ed evitare completamente lo shock. La durata dello shock non ha mai superato i cinque secondi. Questo è stato ripetuto 30 volte per metà dei ratti. L’altra metà, il gruppo di controllo, è stato inserito nello stesso processo, ma i ratti sono rimasti scioccati indipendentemente dalla loro reazione. Dopo ciascuna delle sessioni di allenamento, il ratto sarebbe stato posto in una gabbia di registrazione per sei ore di registrazioni poligrafiche. Questo processo è stato ripetuto per tre giorni consecutivi. Durante la sessione di registrazione del sonno posttrial, i ratti hanno speso 25.47% più tempo nel sonno REM dopo le prove di apprendimento che dopo le prove di controllo.
Un’osservazione dello studio Datta è che il gruppo di apprendimento ha trascorso il 180% in più di tempo in SWS rispetto al gruppo di controllo durante la sessione di registrazione del sonno post-trial. Questo studio mostra che dopo l’attività di esplorazione spaziale, i modelli di cellule del luogo dell’ippocampo vengono riattivati durante SWS dopo l’esperimento. I ratti sono stati eseguiti attraverso una pista lineare utilizzando ricompense su entrambe le estremità. I ratti sarebbero quindi collocati in pista per 30 minuti per consentire loro di regolare (PRE), quindi hanno eseguito la pista con un allenamento basato sulla ricompensa per 30 minuti (RUN), e poi sono stati autorizzati a riposare per 30 minuti.
Durante ciascuno di questi tre periodi, sono stati raccolti dati EEG per informazioni sulle fasi del sonno dei ratti. I tassi medi di cottura delle cellule del posto dell’ippocampo durante SWS prebehavior (PRE) e tre intervalli di dieci minuti in SWS postbehavior (POST) sono stati calcolati facendo una media su 22 sessioni di track-running da sette ratti. I risultati hanno mostrato che dieci minuti dopo la sessione di prova, c’è stato un aumento del 12% della frequenza media di cottura delle cellule dell’ippocampo dal livello PRE. Dopo 20 minuti, il tasso medio di cottura è tornato rapidamente verso il livello PRE. La cottura elevata delle cellule dell’ippocampo durante l’SWS dopo l’esplorazione spaziale potrebbe spiegare perché c’erano livelli elevati di sonno a onde lente nello studio di Datta, poiché si trattava anche di una forma di esplorazione spaziale.
Nei ratti, la privazione del sonno causa perdita di peso e riduzione della temperatura corporea. I ratti tenuti svegli a tempo indeterminato sviluppano lesioni cutanee, iperfagia, perdita di massa corporea, ipotermia e, infine, sepsi fatale. La privazione del sonno ostacola anche la guarigione delle ustioni sui ratti. Rispetto a un gruppo di controllo, gli esami del sangue dei ratti privi di sonno hanno indicato una diminuzione del 20% della conta dei globuli bianchi, un cambiamento significativo nel sistema immunitario.
Uno studio del 2014 ha rilevato che privare i topi del sonno aumentava la crescita del cancro e smorzava la capacità del sistema immunitario di controllare i tumori. I ricercatori hanno trovato livelli più elevati di macrofagi associati al tumore M2 e molecole TLR4 nei topi privati del sonno e hanno proposto questo come meccanismo per una maggiore suscettibilità dei topi alla crescita del cancro. Le cellule M2 sopprimono il sistema immunitario e favoriscono la crescita tumorale. Le molecole TRL4 segnalano molecole nell’attivazione del sistema immunitario.
MonotremesEdit
Poiché i monotremi (mammiferi che depongono le uova) sono considerati uno dei gruppi evolutivamente più antichi di mammiferi, sono stati oggetto di particolare interesse nello studio del sonno dei mammiferi. Poiché i primi studi su questi animali non potevano trovare prove chiare per il sonno REM, inizialmente si presumeva che tale sonno non esistesse nei monotremi, ma si sviluppò dopo che i monotremi si ramificarono dal resto della linea evolutiva dei mammiferi e divennero un gruppo separato e distinto. Tuttavia, le registrazioni EEG del tronco cerebrale nei monotremi mostrano uno schema di cottura abbastanza simile ai modelli osservati nel sonno REM nei mammiferi superiori. Infatti, la più grande quantità di sonno REM conosciuta in qualsiasi animale si trova nell’ornitorinco. L’attivazione elettrica REM non si estende affatto al proencefalo negli ornitorinchi, suggerendo che non sognano. Si dice che il tempo medio di sonno dell’ornitorinco in un periodo di 24 ore sia di 14 ore, anche se ciò potrebbe essere dovuto alla loro dieta a base di crostacei ipercalorici.
Mammiferi acquaticimodifica
Le conseguenze di cadere in un sonno profondo per le specie di mammiferi marini possono essere soffocamento e annegamento o diventare facili prede per i predatori. Così, delfini, balene e pinnipedi (foche) si impegnano nel sonno unihemisferico durante il nuoto, che consente a un emisfero cerebrale di rimanere pienamente funzionale, mentre l’altro va a dormire. L’emisfero che dorme si alterna, in modo che entrambi gli emisferi possano essere completamente riposati. Proprio come i mammiferi terrestri, i pinnipedi che dormono sulla terra cadono in un sonno profondo e entrambi gli emisferi del loro cervello si spengono e sono in modalità di sospensione completa. I neonati di mammiferi acquatici non hanno sonno REM durante l’infanzia; il sonno REM aumenta con l’età.
Tra gli altri, foche e balene appartengono ai mammiferi acquatici. Le guarnizioni Earless e le guarnizioni eared hanno risolto il problema di dormire in acqua con due metodi differenti. Le foche dalle orecchie, come le balene, mostrano uniemisferico sonno. La metà addormentata del cervello non si risveglia quando affiorano per respirare. Quando una metà del cervello di una foca mostra un sonno a onde lente, le pinne e i baffi sul lato opposto sono immobili. Mentre in acqua, questi sigilli hanno quasi nessun sonno REM e può andare una settimana o due senza di essa. Non appena si spostano sulla terra passano al sonno REM bilaterale e al sonno NREM paragonabile ai mammiferi terrestri, sorprendendo i ricercatori con la loro mancanza di “sonno di recupero” dopo aver perso così tanto REM.
Earless guarnizioni sonno bihemispherically come la maggior parte dei mammiferi, sotto l’acqua, appeso alla superficie dell’acqua o sulla terraferma. Trattengono il respiro mentre dormono sott’acqua e si svegliano regolarmente per affiorare e respirare. Possono anche appendere con le narici sopra l’acqua e in quella posizione hanno sonno REM, ma non hanno sonno REM sott’acqua.
Il sonno REM è stato osservato nella balena pilota, una specie di delfino. Le balene non sembrano avere sonno REM, né sembrano avere problemi a causa di questo. Una ragione per cui il sonno REM potrebbe essere difficile in ambienti marini è il fatto che il sonno REM provoca atonia muscolare; vale a dire, una paralisi funzionale dei muscoli scheletrici che può essere difficile da combinare con la necessità di respirare regolarmente.
Respirazione cosciente I cetacei dormono ma non possono permettersi di rimanere incoscienti a lungo, perché potrebbero annegare. Mentre la conoscenza del sonno nei cetacei selvatici è limitata, i cetacei dentati in cattività sono stati registrati per esibire unihemisferic slow-wave sleep (USWS), il che significa che dormono con un lato del loro cervello alla volta, in modo che possano nuotare, respirare consapevolmente ed evitare sia i predatori che il contatto sociale durante il loro periodo di riposo.