Biologische klok al vroeg in ontwikkeling aangelegd

De biologische klok van de fruitvlieg wordt al in het larvale stadium aangelegd.

Jonge dieren doen dag en nacht slaapjes zonder regelmaat. Pas na enige tijd krijgt hun biologische klok daar grip op.

Fruitvlieglarven beschikken van jongs af aan over een functionerende biologische klok. Maar pas in het derde larvenstadium, het laatste voor de verpopping, komt het slaapgedrag onder controle van deze klok, laat een internationaal onderzoeksteam zien (Science Advances, 8 september).

Slaapritme
Bij jonge dieren vormt zich al vroeg in de ontwikkeling een biologische klok: een groepje zenuwcellen in de hersenen waarin een 24-uursritme wordt gegenereerd. Desondanks slapen ze nog zonder vaste regelmaat. Bij mensenbaby’s bijvoorbeeld is de biologische klok al tijdens de zwangerschap actief, maar op het slaapritme heeft die dan nog geen invloed. Pas tussen drie en twaalf maanden na de geboorte gaan baby’s ’s nachts meer slapen dan overdag. De onderzoekers wilden weten wanneer en hoe een dag- en nachtritme in het slaappatroon verschijnt. Ze bestudeerden dat bij larven van het model-fruitvliegje Drosophila melanogaster , want ook deze beestjes gaan vaak onder zeil.

Klokcellen
Vliegenlarven van het tweede stadium, zo bleek, slapen gemiddeld ongeveer tien minuten per uur; om te zien of larven sliepen of wakker waren, namen de onderzoekers elke zes seconden een foto van individuele larven en maten of zij van plaats of houding waren veranderd. De larven wisselen slapen en waken overdag en ’s nachts veelvuldig en op dezelfde manier af. Maar vroeg in het derde stadium verandert dat en gaan de larven ’s nachts meer slapen. Er ontstaat dan een verbinding tussen klokcellen en de zenuwcellen in de hersenen die bij ontwaken betrokken zijn, de Dh44-cellen. Het neuropeptide CCHamide-1, dat al bekend was uit ander onderzoek naar 24-uursritmes, brengt signalen van de klokcellen over op deze ‘ontwaakcellen’ door die te activeren. Als gevolg daarvan wordt of blijft de larve wakker.

Geurproeven
Als de verbinding er is en functioneert, slapen de larven ’s nachts niet alleen meer, maar ook dieper dan daarvoor. Bovendien, blijkt uit geurproeven, ontwikkelen ze dan een langetermijngeheugen. Diepe slaap dankzij een functionele, met de ontwaakcellen verbonden biologische klok is daar onontbeerlijk voor. Deze gang van zaken – een biologische klok wordt al aan het begin van de ontwikkeling aangelegd, maar het slaappatroon komt pas later onder controle ervan – is waarschijnlijk in de evolutie sterk geconserveerd en in een groot deel van het dierenrijk terug te vinden, denken de onderzoekers.

Ondervoeding
Waarom wordt het slaapritme niet meteen gereguleerd door de biologische klok zodra die actief is, aangezien een ritme met diepe slaap gedurende de nachten cognitieve vermogens als het langetermijngeheugen mogelijk maakt? Omdat heel jonge dieren veel voedsel nodig hebben en nog geen energie kunnen opslaan; ze moeten daarom vaak en met korte tussenpozen eten, veronderstellen de auteurs. Lange, diepe slaap ’s nachts zou dan tot ondervoeding kunnen leiden.