21.02.2015

Czy owady śpią? Rodzaje snu



Wydało mi się nieco dziwne (i tym bardziej warte zbadania), iż na pytanie "czy owady śpią?" otrzymuję wyniki (odpowiedzi?) dotyczące głównie sposobów przetrwania... zimy przez różne gatunki owadów. Od razu zaznaczam, że akurat nie ta kwestia mnie interesuje, gdyż chodzi mi o "prawdziwy" sen, bądź jakąś formę stanu spoczynku owadów w ciągu doby, wynikającą z potrzeby fizjologicznej.
Najwięcej wiadomo na temat snu człowieka. Zaglądam do Wikipedii, oto pierwszy z wybranych  akapitów:

Sen – stan czynnościowy ośrodkowego układu nerwowego, cyklicznie pojawiający się i przemijający w rytmie okołodobowym, podczas którego następuje zniesienie świadomości i bezruch. Fizjologiczny sen charakteryzuje się pełną odwracalnością pod wpływem czynników zewnętrznych (w przeciwieństwie do śpiączki).
Przeciwieństwem stanu snu jest stan czuwania.
Granica pomiędzy tymi stanami jest płynna u zwierząt niższych (np. u żółwi).

Zatem, zakładając analogię, jeśli mowa o śnie (spaniu) owadów - w jego trakcie owad w ciągu doby "traci" świadomość i nieruchomieje. Po upływie odpowiedniego czasu owad wraca do pełnej aktywności (stanu czuwania). Stawonogi, a więc i owady, zaliczane są do zwierząt niższych, zatem przyjmuję, że granica pomiędzy stanem snu i czuwania jest u nich płynna.

Owady, należące do typu bezkręgowców (podtyp - tchawkowce), należą do zwierząt zmiennocieplnych, a więc temperatura ich ciała jest zależna od temperatury otoczenia oraz zewnętrznych źródeł ciepła. Jest to o tyle istotne, że "załatwia" mi sprawę nieruchawości większości owadów w porze od zachodu do wschodu słońca. Komary i inne nocne "marki" zostawiam na boku, przyjmując, że w czasie dnia jest im zbyt gorąco, natomiast umiarkowana temperatura (wieczór i noc) plus ciepłota np. ludzkiego ciała (ciepły posiłek) są optymalne dla ich aktywności.
Tu zaznaczę, że nie jestem w stanie pamiętać o wszystkich rodzajach i gatunkach owadów - rozważając kwestię snu owadów wizualizuję sobie przede wszystkim ważki (mięsożercy) oraz motyle (jarosze) :-)

Zwierzę zmiennocieplne (zimnokrwiste, ektotermiczne, poikilotermiczne, pojkilotermiczne; od gr. poikilos - zmienny) - zwierzę, którego temperatura ciała jest zmienna i zależy od temperatury otoczenia. W dni upalne w ich organizmach szybko przebiegają reakcje chemiczne, zwierzęta dużo jedzą i prowadzą aktywne życie. Podczas chłodu zwolnione są procesy metaboliczne i zanika ich aktywność życiowa.
Organizmy zmiennocieplne potrafią różnymi sposobami podnosić lub obniżać temperaturę ciała w pewnych granicach.

Zwierzęta zmiennocieplne ogrzewają się poprzez:
  • wykonywanie ruchów
  • podniesienie poziomu przemiany materii, 
  • wystawianie się na działanie promieni słonecznych
  • tworzenie przez organizmy jednego gatunku ciasnego skupiska ciał.
Natomiast chłodzenie organizmu osiągają poprzez:
  • zwiększenie ilości oddechów (schładzanie przez parowanie),
  • obniżenie metabolizmu,
  • zmianę zabarwienia ciała z ciemnego na jasne (odbija promienie świetlne)
  • przebywanie w zacienionych, wilgotnych miejscach.
Wymienione sposoby regulacji temperatury są tylko częściowo skuteczne.
Wszystkie zwierzęta zmiennocieplne w okresie zimowym zapadają w stan odrętwienia, obniżając temperaturę ciała do wartości niewiele większych niż temperatura otoczenia.

Ciekawi mnie, czy brak aktywności ważek (i innych owadów) spowodowany chłodem nocy bardziej przypomina stan odrętwienia, czy bardziej jest stanem snu?
Jeśli przyjąć, że brak aktywności owadów nazwiemy snem, to sądzę, że powinnam wyróżnić przynajmniej trzy jego rodzaje, a także wymienić powodujące je czynniki
  1. hibernacja (sen zimowy) imagines oraz diapauza, którą przechodzą jaja, larwy lub poczwarki - nieodpowiednia temperatura, brak pokarmu, ekonomiczny sposób przetrwania imagines, cykl rozwojowy,
  2. sen nocny -  nieodpowiednia temperatura, brak słońca (energii), wzrost wilgotności powietrza (poranna rosa na skrzydłach), brak pokarmu (ofiary śpią ukryte, kwiaty zamykają się)
  3. odpoczynek (drzemka) - zmęczenie aktywnością (polowanie, pobieranie pokarmu, budowanie gniazda, kopulacja, składanie jajeczek, stres, atak lub ucieczka, temperatura).
Ważki (imagines) nie zapadają w sen zimowy, gdyż giną wraz z pojawieniem się przymrozków. Następne pokolenia ważek "przeczekuje" zimę w stadium jaja, a następnie larwy w środowisku wodnym (czy zachodzi diapauza?) - zatem przykład ważek nie będzie odpowiedni w tym przypadku.
Natomiast niektóre motyle (imagines) np. latolistek cytrynek czy rusałka pawik zapadają w tzw. sen zimowy, czyli przechodzą hibernację.

Hibernacja naturalna, hibernacja to fizjologiczny stan organizmu, o charakterze przystosowawczym, polegający na wyłączeniu termoregulacji, znacznym spowolnieniu procesów życiowych i obniżeniu temperatury ciała, zwiększający tolerancję organizmu wobec niesprzyjających warunków środowiskowych.
Hibernacja jest strategią pozwalającą uniknąć energochłonnego, szybkiego tempa metabolizmu niezbędnego do utrzymania stałej temperatury ciała. Jest to precyzyjnie regulowany i kontrolowany stan fizjologiczny. Hibernatorami są w większości zwierzęta drobne, charakteryzujące się wysokim metabolizmem, u których utrzymanie stałej temperatury ciała przy jednoczesnym niedoborze pokarmu jest zbyt kosztowne energetycznie.
Podstawową strategią większości zwierząt hibernujących jest wyszukanie odpowiedniej kryjówki (hibernakulum), w której temperatura otoczenia nie spada znacznie poniżej 0 °C, zachowana zostaje odpowiednia wilgotność, a zwierzę ukryte jest przed drapieżnikami. Innym sposobem ochrony przed zamarznięciem jest obniżenie punktu zamarzania poprzez zwiększenie stężenia glicerolu lub wytworzenie specjalnych białek zapobiegających powstawaniu kryształków lodu w tkance lub je regulujących.

Hibernacja pozwalająca motylom (owadom) przetrwać niekorzystną porę roku jest jednak stanem wymuszonym przez czynniki zewnętrzne. Czy jest to prawdziwy sen? Jaki jest fizjologiczny sens snu? Wikipedia definiuje go następująco (prawdopodobnie w odniesieniu do snu ludzkiego):

Fizjologiczny sens snu
Ewolucyjna rola snu w fizjologii nie jest dokładnie znana, jednakże ze względu na powszechność zjawiska przypuszcza się, że ma fundamentalne znaczenie dla układu nerwowego. Istnieje dodatnia korelacja pomiędzy rozwojem układu nerwowego a występowaniem snu.
Hipotezy wyjaśniające sen obejmują:
  • oszczędność energii (spadek temperatury)
  • gospodarkę hormonami
  • konsolidację pamięci
  • stymulacje neuronów, które nie były aktywne podczas czuwania (nieużywane połączenia synaptyczne mogą zanikać)
  • zaniknięcie aktywności neuronów w rejonie miejsca sinawego (aby zapobiec zmianie wrażliwości - ciągle stymulowany neuron podwyższy swój próg pobudliwości)

Mimo, że w trakcie hibernacji temperatura ciała owadów spada oraz prawdopodobnie zachodzą procesy hormonalne (np. wzrost poziomu glicerolu), to jednak ten rodzaj snu nie spełnia moich założeń. Nieco podobnie jest ze snem nocnym, który kojarzy mi się z krótkotrwałą hibernacją - wymuszoną przez warunki zewnętrzne, choć w tym przypadku dostrzegam sposób na sprawdzenie, czy ów sen nocny wynika również z potrzeby odpoczynku.

Zatem drogą dedukcji, skłaniam się ku stwierdzeniu, że właśnie owe drzemki zdarzające się owadom w ciągu dnia, najbardziej spełniają kryteria snu, gdyż prawdopodobnie służą regeneracji sił, a towarzyszy mu bezruch oraz zanik czujności, którą nazwać można stanem świadomości.

Myślę, że interesujące mogłyby być wnioski z obserwacji owadów, którym zapewniono by optymalne warunki do pełnej aktywności (światło, temperatura, pokarm, wilgotność itp.) przez 24 godziny na dobę. Jeśli okazałoby się, że poza zdarzającymi się w normalnych okolicznościach krótkotrwałymi drzemkami, snem wynikającym z potrzeby odpoczynku, występuje kilkugodzinny (analogiczny do nocnego) zanik aktywności - byłby to jakiś dowód na to, że hibernacja nocna jest jednocześnie rodzajem prawdziwego snu. Gdyby jednak przez cały czas aktywność owadów znajdowała się na tym samym, dziennym poziomie (pełna aktywność przeplatana krótkotrwałymi, zwykłymi drzemkami), uważam, że dowodziłoby to, iż nocny spoczynek owadów jest odpowiedzią na niekorzystne okoliczności, lecz nie wynika z potrzeby snu.
Osobiście stawiam raczej na opcję pierwszą (przymusowa hibernacja plus fizjologiczna potrzeba snu wynikająca z rytmu dobowego).

Czy ktoś wykonał takie doświadczenie? Linki mile widziane.

Temat snu owadów został zaledwie zarysowany, zamierzam więc go kontynuować. Zwłaszcza, że chcę zadać najbardziej frapujące mnie pytanie (i znaleźć odpowiedź!), jednak jest na to zdecydowanie za wcześnie.


źródło 1, źródło 2, źródło 3,


 12 186

czy owady śpią, sen owadów, jak śpią owady, zwierzęta zmiennocieplne, czy owady są zmiennocieplne, sen owadów ważki zachwycone, dlaczego owady śpią, kiedy owady śpią

4 komentarze:

  1. Ciekawe zagadnienie. Nie wiem czy ktoś badał, ale chyba dobrze celujesz.
    "Myślę, że interesujące mogłyby być wnioski z obserwacji owadów, którym zapewniono by optymalne warunki do pełnej aktywności (światło, temperatura, pokarm, wilgotność itp.) przez 24 godziny na dobę." służę obserwacjami - pracuję w takich warunkach - światło 24 na 365, cały czas klima = stała temperatura i wilgotność. Owady - specjalnie wiele ich nie ma, ale muchy owszem. O pokarm martwić się nie muszą, pracuje tu sporo osób a nie wszystkie są herosami higieny ;-) Faktycznie aktywne całodobowo z przerwami na "wypoczynek".

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. No proszę! A już myślałam, że stworzenie takich warunków jest niemożliwe i dlatego nikt(?) takiego eksperymentu nie przeprowadził. Zatem przydałyby się solidniejsze obserwacje :-)

      Usuń
    2. Widocznie nikomu nie zależało. Podejrzewam też i właśnie weszłaś na naukową terra incognita. Ale zagadnienie ciekawe.

      Usuń
    3. Terra incognita - podoba mi się :-). Wkrótce nastąpi ciąg dalszy

      Usuń