Schlaf ist universell und lebenswichtig: Nicht nur Menschen, sondern auch Fliegen und Quallen schlafen für eine längere Zeit am Tag. Ähnlich wie Essen oder Fortpflanzung wird auch der Schlaf durch einen inneren Antrieb gesteuert. Unser Schlafbedürfnis wächst mit der Zeit, die wir wach sind, und verschwindet, wenn wir geschlafen haben. Doch was sagt uns eigentlich, dass wir schlafen sollten?
Prof. Anissa Kempf vom Biozentrum der Universität Basel erforscht seit Langem, wie das Schlafbedürfnis im Gehirn entsteht. Bereits in früheren Arbeiten hat sie bei Fruchtfliegen einen «Schlaf-Sensor» in Nervenzellen entdeckt, der darüber entscheidet, wann es Zeit zum Schlafen ist. Bisher war jedoch unklar, in welchen Schlaf-Neuronen genau dieser Sensor eine Rolle spielt. In ihrer aktuellen Studie konnte das Team um Kempf nun diese schlafauslösenden Zellen identifizieren.
Protein als Stress-Sensor
Die Fruchtfliege Drosophila melanogaster hat ein ähnliches Schlafverhalten wie der Mensch und eignet sich daher ideal als Modell für die Erforschung von Schlaf und Wachsein. Wachzubleiben verbraucht Energie, dabei sammeln sich Stoffwechsel-Nebenprodukten in den Zellen an, sogenannte freien Sauerstoffradikale. Diese Sauerstoffverbindungen sind auf zellulärer Ebene ein Zeichen für Stress. Je länger die Fliegen wach sind, desto höher ist die Menge an Sauerstoffradikalen.
Ein wichtiger Akteur, der den Stresslevel mit dem Schlafbedürfnis verknüpft, ist das Protein Hyperkinetic. «Wir konnten in früheren Arbeiten zeigen, dass dieses Protein wie ein Sensor funktioniert. Es hilft den Nervenzellen die Veränderungen in der Menge der Sauerstoffradikale zu erkennen und dies in neuronale Aktivität zu übersetzen», so Kempf. «Vereinfacht gesagt, teilt das Protein Hyperkinetic bestimmten Nervenzellen mit, wann es Zeit zum Ausruhen ist.»
Klareres Bild durch präzisere Methoden
In den letzten Jahren stellte sich heraus, dass es mit den gängigen Methoden schwierig ist, einzelne ausgewählte Gruppen von Schlaf-Neuronen zu untersuchen, da dadurch auch immer auch benachbarte Zellen beeinflusst werden. Daher war nicht klar, welche Zellen genau den stressbedingten Schlaf auslösen.
Mit präziseren genetischen Tools gelang es den Forschenden nun, die verschiedenen Zellgruppen sauber zu trennen und isoliert voneinander zu testen. So konnten sie die schlaffördernden Neuronen identifizieren und zeigen, welche Gruppe davon den Schlaf als Antwort auf oxidativen Stress auslöst. Dass nur bestimmte Schlaf-Neuronen auf dieses Stresssignal reagieren, weist auf einen sehr gezielten und spezifischen Mechanismus der Schlafsteuerung hin.
Neue Einblicke in Schlafregulation
Die Studie zeigt, dass das Gehirn nicht einfach nur die Stunden im Wachzustand zählt. Vielmehr misst es aktiv den biologischen Verschleiss des Wachseins. Der Energieverbrauch mit zunehmendem oxidativem Stress signalisiert den Schlaf-Neuronen, dass Erholung nötig ist.
Obwohl die Studie an Fruchtfliegen durchgeführt wurde, sind die Mechanismen der Schlafsteuerung von grundsätzlicher Bedeutung. Von der Fliege bis zum Menschen, alle Tiere müssen ein ausgewogenes Verhältnis von aktiver Zeit und Ruhe finden. Die Erkenntnis, wo und wie das Gehirn das Schlafbedürfnis auf zellulärer Ebene erkennt, lässt uns besser verstehen, warum uns der Schlaf irgendwann unausweichlich übermannt.
Publikation:
Alexandra M. Medeiros, Hugo Gillet, Shani Kornhäuser, Paul Dampenon, Ammerins de Haan, David Ruel and Anissa Kempf. A Hyperkinetic-dependent redox-sensing mechanism operates specifically in dorsal fan-shaped body neurons to promote sleep. Current Biology; published online 19 January 2026
Kontakt: Kommunikation, Katrin Bühler