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Wer schon einmal Seeelefanten am Strand beobachtet hat, kann sicher bestätigen, dass sie sehr viel Zeit mit schlafen verbringen. In ihrer Zeit an Land haben sie Schlaf auch dringend nötig, denn sie kommen kaum dazu,wenn sie auf See unterwegs sind. Kalifornische Forschende konnten jetzt anhand der Gehirnaktivität erstmals zeigen, dass Seeelefanten und wahrscheinlich auch andere Robbenwährend ihrer Nahrungstrips nur maximal zwei Stunden pro Tag schlafen. Unter den Säugetieren kommen nur Elefanten mit ebensowenig Schlaf aus.
Nördliche Seeelefanten legen während ihrer etwa acht Monate langen Nahrungstrips zwischen Kalifornien und Alaska mehr als 10.000 Kilometer zurück. Sie müssen also auch schlafen, solange sie auf See sind und dabei Raubtieren wie Orcas oder Haien möglichst aus dem Weg gehen. Anders als Wale, Delfine und Ohrenrobben können Hundsrobben nicht abwechselnd eine Gehirnhälfte abschalten, um zu schlafen. Sie entwickelten eine andere Strategie, die jetzt dank einer ausgeklügelten Methode aufgedeckt werden konnte.
«Seit Jahren ist eine der zentralen Fragen zu den Seeelefanten, wann sie schlafen», sagt Daniel Costa, Professor für Ökologie und Evolutionsbiologie und Leiter des Instituts für Meereswissenschaften der University of California Santa Cruz.
Um dem Schlafmuster der Seeelefanten auf die Spur zu kommen, kombinierte das Forschungsteam unter der Leitung der University of California Santa Cruz zum ersten Mal Tauchprofile und Beschleunigungsdaten mit Hirnströmen der Robben. Hierfür entwickelte das Team eine Neoprenhaube, an der dieselben EEG-Sensoren (Elektroenzephalografie) befestigt sind, die auch in der menschlichen Schlafforschung verwendet werden. Insgesamt 13 junge weibliche Tiere wurden mit den EEG-Hauben ausgerüstet, wobei fünf der Tiere in einem kontrollierten Laborumfeld beobachtet wurden und die anderen acht in freier Wildbahn.
Die Studie, an der auch ein Wissenschaftler der ETH Zürich beteiligt war, wurde in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.
Die Ergebnisse zeigen, dass Seeelefanten durchschnittlich nur zwei Stunden pro Tag schlafen, wenn sie auf ihrer monatelangen Nahrungssuche auf See sind. Sie unternehmen mehrere tiefe 30-minütige Schlaf-Tauchgänge am Tag während derer sie ungefähr zehn Minuten schlafen, wobei sie im Schlaf in einer Art Spirale in die Tiefe sinken und manchmal sogar regungslos am Meeresboden liegen bleiben. Während der Brutzeit hingegen schlafen sie etwa zehn Stunden am Strand.
«Die Tauchaufzeichnungen zeigen, dass sie ständig tauchen, also dachten wir, dass sie während der so genannten Strömungstauchgänge, bei denen sie aufhören zu schwimmen und langsam sinken, schlafen müssen, aber wir wussten es wirklich nicht», sagt Costa, der seit über 25 Jahren das UCSC-Forschungsprogramm für Seeelefanten im Año Nuevo Schutzgebiet leitet. «Jetzt können wir endlich sagen, dass sie während dieser Tauchgänge definitiv schlafen, und wir haben auch festgestellt, dass sie im Vergleich zu anderen Säugetieren insgesamt nicht sehr viel schlafen.»
Solange sie auf See sind, machen Seeelefanten den afrikanischen Elefanten Konkurrenz, wenn es um die kürzeste Schlafdauer pro Tag geht. Bisher ist man davon ausgegangen, dass unter den Säugetieren afrikanische Elefanten mit etwa zwei Stunden pro Tag am wenigsten Schlaf benötigen.
Ein sicherer Schlafplatz
Seeelefanten sind Raubtieren wie Haien und Killerwalen am stärksten ausgesetzt, wenn sie sich im offenen Ozean an der Oberfläche aufhalten, weshalb sie zwischen den Tauchgängen nur ein oder zwei Minuten an der Oberfläche atmen.
«Sie sind in der Lage, ihren Atem für eine lange Zeit anzuhalten, so dass sie bei diesen Tauchgängen tief unter der Oberfläche, wo es sicher ist, in einen tiefen Schlummer fallen können», erklärt Jessica Kendall-Bar, Erstautorin und Leiterin der Studie.
Die EEG-Aufzeichnungen zeigen, wie die Robben während des kontrollierten Absinkens in das Tiefschlafstadium, den sogenannten Slow-Wave-Schlaf, eintreten und dann in den REM-Schlaf (Rapid-Eye-Movement) übergehen, in dem sie sich aufgrund einer Schlaflähmung mit dem Bauch nach oben drehen und in einer «Schlafspirale» nach unten treiben. In flacheren Gewässern über dem Kontinentalschelf schlafen sie manchmal auch auf dem Meeresboden.
Eine «Meisterleistung»
Die damalige Doktorandin Kendall-Bar entwickelte anhand der Daten über die Gehirnaktivität und das Tauchverhalten der 13 Seeelefanten-Weibchen einen hochpräzisen Algorithmus. Mit diesem Algorithmus konnte sie Schlafphasen auch bei anderen Tieren identifizieren, von denen nur die Tauchdaten vorlagen, nicht aber EEG-Aufzeichnungen. So konnte sie die Schlafmuster von weiteren 334 erwachsenen Robben schätzen.
«Aufgrund des Datensatzes, den Dan Costa in 25 Jahren Arbeit mit Seeelefanten in Año Nuevo zusammengetragen hat, konnte ich unsere Ergebnisse auf über 300 Tiere hochrechnen und einen Blick auf das Schlafverhalten der Population werfen», so Kendall-Bar, die nun plant, ähnliche Methoden zur Untersuchung der Gehirnaktivität bei anderen Robben- und Seelöwenarten sowie bei menschlichen Freitauchern einzusetzen.
«Es ist eine erstaunliche Leistung, so etwas durchzuziehen», sagt Terrie Williams, Professorin für Ökologie und Evolutionsbiologie an der UCSC und Co-Autorin der Studie. «Sie hat ein EEG-System entwickelt, das bei einem Tier funktioniert, das mehrere hundert Meter tief im Ozean taucht. Dann nutzt sie die Daten, um datengesteuerte Animationen zu erstellen, so dass wir wirklich visualisieren können, was das Tier tut, während es durch die Wassersäule taucht.»
Die Ergebnisse könnten den Nördlichen Seeelefanten zu einem besseren Artenschutz verhelfen, da nun ihre bevorzugten Ruhezonen bekannt sind. «Normalerweise kümmern wir uns um den Schutz der Gebiete, in denen die Tiere fressen, aber vielleicht sind die Orte, an denen sie schlafen, genauso wichtig wie alle anderen kritischen Lebensräume», so Williams.
Julia Hager, PolarJournal