In slaap zinken

dagelijkse verticale migratie

Ons slapen en waken en de verticale migratie van zoöplankton in de oceanen hebben eenzelfde mechanisme en oorsprong gemeen. Het gedrag van zoöplankton wordt gekenmerkt door dagelijkse verticale migratie. Hierbij migreert het plankton ’s nachts naar het oppervlak of ondiep water om zich te voeden met fytoplankton of ander zoöplankton.

Men heeft lange tijd verondersteld dat deze migratie samenhing met licht en donker. Maar het blijkt dat ook zoöplankton dat op veel grotere diepten verblijft, waar geen licht doordringt, met hetzelfde ritme op en neer migreert. Men vraagt zich al geruime tijd af hoe dit plankton kan ‘weten’ dat het moet migreren als er geen licht genoeg is om de overgang van dag en nacht te kunnen onderscheiden. Er bestaat de hypothese dat dit op grote diepte levend plankton het migreren van het zoöplankton aan het oppervlak ‘voelt’ of ‘hoort’.

Nu verscheen er recent een artikel in Cell, waarin men aantoonde dat larven van een zeeworm Platynereis dumerilii, een soort zoöplankton, migreren als gevolg van een variatie in melatonine. Het verzwakken van het licht aan het eind van de dag veroorzaakt een toename van melatonine in de zenuwcellen van het brein. Deze toename is een gevolg van een cascade van fototransductie waar net als bij de gewervelden gebruik gemaakt wordt van opsines. De larven bewegen zich voort door kleine haartjes heen en weer te bewegen. Ze bewegen gedurende de dag langzaam omhoog, maar met het toenemen van melatonine gedurende de nacht, wordt dit bewegen langzaam gestaakt en de diertjes zinken weer naar de beneden. De toename van melatonine heeft tot gevolg dat er een gestaag ritme van elektrische ontladingen ontstaat. Dit ritme overstemt de slag van de neuronen die de beweging van de haartjes controleren waardoor de beestjes zinken.

Het blijkt dat deze dieren, net als mensen, onderhevig kunnen zijn aan een jet lag. De cyclus blijft doorgaan zelfs als de diertjes tijdens hun dagritme in het donker geplaatst worden. Zoals uiteengezet in de tweede alinea, zou dit fenomeen heel goed de verklaring kunnen zijn voor het feit dat plankton op grote diepte, waar licht afwezig is, toch dagelijks verticaal migreert. Het plankton op grote diepte betreft waarschijnlijk volwassen exemplaren waarbij op jongere leeftijd de klok is afgesteld.

pekelkreeftje

Tot nu toe werd de rol van melatonine voornamelijk bestudeerd in gewervelden. Dit is een van de eerste onderzoeken die ongewervelden bestuderen voor wat betreft de rol van melatonine in hun gedrag. Er zijn nog meer studies nodig in andere ongwervelden. Het zal vervolgens misschien mogelijk zijn conclusies te trekken. Men stelt al wel hypothesen op over de mogelijkheid dat dit mechanisme van migratie de evolutionaire basis vormt voor ons slaapritme. Ook wij ‘verzinken’ elke nacht in een diepe slaap. Er doet zich dan een analoog fenomeen voor: de thalamus, een soort doorgang van de zintuigen naar het brein, produceert dan een gestaag ritme waardoor haar neuronen bezet zijn. Deze kunnen dan geen signalen doorgeven naar de rest van het brein.

Een ander recent onderzoek bekijkt een mogelijk effect van deze dagelijkse verticale migratie. Studies in grote tanks toonden aan dat het op en neer zwemmen van artemia salina, een pekelkreeftje, behoorlijke stromingen kunnen veroorzaken. Deze studie pleit er voor dat een dergelijk fenomeen als parameter meegenomen zou moeten worden in modellen over het klimaat dat immers bepaald wordt door oceaanstromingen.

Al deze ideeën en gegevens samen doen de gedachten toch weer teruggaan naar het beroemde boekje Gaia van James Lovelock; het klimaat van onze planeet hangt wellicht af van het slaap- en waakritme van haar organismen.

Bekijk ook deze prachtige video over plankton:

Uit:

Cell: Melatonin Signaling Controls Circadian Swimming Behavior in Marine Zooplankton (free access)

New York Times (Carl Zimmer)

Scitable by Nature Education: What Makes Plankton Migrate?

Science News: Can sea monkeys stir the sea?