Le meduse non hanno cervello, ma dormono

Non hanno cervello, e nemmeno qualcosa di più di un rudimentale sistema nervoso, ma le meduse a quanto pare hanno l’ora di dormire.

Una nuova ricerca scopre che le meduse entrano in uno stato simile al sonno. Se lo studio, pubblicato oggi (21 settembre) sulla rivista Current Biology, sarà confermato da studi futuri, le meduse saranno i primi animali senza sistema nervoso centrale ad essere stati osservati dormire. Questa scoperta potrebbe rafforzare la teoria che il sonno è una proprietà emergente dei neuroni – in altre parole, il sonno potrebbe essere qualcosa che le cellule nervose collegate in una rete fanno e basta, anche senza un’organizzazione complessa.

“La vera novità di ciò che abbiamo dimostrato è che questo animale che è quasi il più lontano, evolutivamente, dall’uomo e dagli animali superiori, sembra anche avere questo stato comportamentale conservato” del sonno, ha detto il co-autore dello studio Claire Bedbrook, uno studente di dottorato in bioingegneria al California Institute of Technology.

Le origini del sonno

Il sonno è fondamentale per la sopravvivenza, ma nessuno sa esattamente cosa faccia o perché si sia evoluto. Uno studio del 1995 sulla rivista Behavioural Brain Research ha scoperto che quando vengono privati completamente del sonno, i ratti muoiono entro tre settimane. Animali semplici come il verme Caenorhabditis elegans, che ha solo 302 neuroni e un sistema nervoso centrale estremamente semplice, sono stati trovati per esibire modelli di attività e di riposo che assomigliano molto al sonno.

Ravi Nath, uno studente laureato del Caltech e un co-autore del nuovo studio, studia tipicamente questo stato simile al sonno nel C. elegans. Lui e il suo consulente di laboratorio, Paul Sternberg, si sono chiesti se potevano trovare prove di sonno anche in animali più semplici. Gli sono venute in mente le meduse, ha detto Nath a Live Science.

Un altro studente laureato del Caltech, Michael Abrams, si è trovato a coltivare meduse nel laboratorio della biologa Lea Goentoro nello stesso momento per un progetto non collegato. Ha notato che un genere, Cassiopea, o la medusa capovolta, sembrava diventare meno attivo di notte. Cassiopea trascorre la maggior parte del suo tempo seduto a testa in giù sul fondo dell’oceano o della vasca, pulsando la sua campana circa una volta al secondo, ha detto Abrams a Live Science. Questo comportamento sedentario rende la medusa a testa in giù un animale facile da seguire dal punto di vista comportamentale.

Gelatine che sonnecchiano

Abrams e Nath hanno unito le forze con Bedbrook per indagare proprio su ciò che le gelatine stavano facendo. Sapevano che per dimostrare che le meduse stavano dormendo, avrebbero dovuto provare che il loro comportamento soddisfaceva i criteri standard per il sonno: diminuzione dell’attività che è rapidamente reversibile, a differenza del coma o dell’incoscienza; ridotta reattività agli stimoli rispetto allo stato di veglia; e regolazione omeostatica, il che significa che c’è una sorta di “spinta” innata verso il sonno e che l’animale ha bisogno di dormire per funzionare.

Per misurare l’attività, i ricercatori hanno contato il tasso di pulsazione della campana in 23 meduse per sei giorni e notti consecutive. Hanno scoperto che il tasso è sceso del 32% di notte, passando da circa 1.155 impulsi per 20 minuti durante il giorno a 781 impulsi per 20 minuti di notte. Quando i ricercatori hanno messo un piccolo spuntino di mezzanotte nella colonna d’acqua, le meduse si sono rialzate e hanno iniziato a pulsare a ritmi diurni, indicando che questo periodo di quiescenza era facilmente reversibile.

Ma le meduse erano meno reattive del solito? Per scoprirlo, i ricercatori hanno messo le meduse in piccoli contenitori fatti di tubi in PVC con un fondo a rete. Hanno sollevato le meduse delicatamente dal fondo della vasca, poi hanno rapidamente tirato il contenitore verso il basso, lasciando le meduse sospese nell’acqua.

Le meduseassiopea preferiscono stare sedute al nuoto, quindi le meduse sospese hanno pulsato fino al pavimento della vasca. Ma lo facevano molto più velocemente durante il giorno, iniziando a pulsare entro 2 secondi dopo aver perso la superficie di riposo, rispetto alla notte, quando impiegavano circa 6 secondi per iniziare a pulsare – quasi come se si scrollassero di dosso il sonno prima di poter reagire.

In seguito, i ricercatori hanno verificato se il comportamento sonnolento delle meduse fosse sotto controllo omeostatico. Più semplicemente, la domanda era: Le meduse si sarebbero comportate in modo stanco il giorno dopo se fossero state private della loro quiescenza durante la notte? Per scoprirlo, i ricercatori hanno soffiato delicati impulsi d’acqua alle meduse per 10 secondi ogni 20 minuti. Hanno scoperto che quando hanno disturbato le meduse in questo modo durante le ultime 6 ore della notte, le meduse hanno mostrato un calo del 12% nelle pulsazioni nelle prime 4 ore del giorno successivo, come se avessero difficoltà a svegliarsi. Quando i ricercatori hanno continuato i disturbi per tutta la notte, le meduse erano il 17% meno attive per tutto il giorno successivo. Dopo una notte completa senza disturbi, le meduse sono tornate a livelli di attività normali il giorno seguente.

Evoluzione del sonno

Una domanda scottante è se il comportamento simile al sonno nelle meduse è lo stesso tipo di comportamento che alla fine ha dato origine al sonno complesso degli animali superiori. I ricercatori sanno che gli stessi geni e molecole che controllano il sonno nei vermi e nelle mosche regolano anche il sonno nei pesci zebra e negli esseri umani, ha detto Nath. I ricercatori non sono stati in grado di cercare quei geni e molecole in questo studio, ma hanno dosato l’acqua della medusa con melatonina e l’antistaminico pirilamina, due sostanze che rendono gli esseri umani sonnolenti. Anche le meduse sono diventate meno attive in presenza di queste sostanze, suggerendo che lo stato di sonno nei più antichi animali conosciuti e negli esseri umani potrebbe avere le stesse radici biologiche.

“Se questo è qualcosa che si conserva in ciò che osserviamo in altri invertebrati, vertebrati o umani, allora qual è il denominatore comune? Ha detto Bedbrook. “Cosa hanno tutti in comune che potrebbe essere il motivo per cui questi animali passano attraverso questo stato di sonno?”

Il prossimo passo, ha detto Nath, potrebbe essere quello di utilizzare elettrodi per tracciare l’attività dei neuroni della medusa durante lo stato simile al sonno.

“Ci piacerebbe vedere se ci sono altre specie di meduse che dormono anche”, ha aggiunto Bedbrook. “Vorremmo anche vedere se le spugne, il livello successivo, dormono”. Le spugne non hanno affatto un sistema nervoso, anche se possiedono alcuni dei geni e delle proteine rudimentali che si trovano nei sistemi nervosi degli altri animali.

Articolo originale su Live Science.