Waar de mens gaat, gaat ook de fruitvlieg, oftewel de Drosophila. De beestjes houden dus van dezelfde temperatuur als wij. Een studie naar fruitvliegjes en hun centrale zenuwstelsel laat zien dat er een hersencircuit bestaat bij onze gevleugelde metgezellen, dat temperatuurgevoelig is en opteert voor een middagdutje op warme dagen.
Op een hete zomerdag kun je zomaar midden op de dag wegdoezelen en in slaap vallen. Dat is bij ons in Nederland niet heel gebruikelijk. De meeste mensen gebruiken hun lunchpauze om te eten en een blokje om te lopen. Maar in sommige delen van de wereld is het heel normaal om een siësta in te plannen tijdens de warmste uren van de dag en het bedrijf te sluiten. Het lijkt erop dat hier niet alleen een culturele, maar ook een biologische verklaring voor is.
Temperatuur beïnvloedt het menselijk gedrag, of het nou om het eetpatroon, de mate van activiteit of de slaap-waakcyclus gaat. We slapen slechter als het warm is en op een koude ochtend hebben we veel moeite om uit bed te komen. Maar het verband tussen de sensorische neuronen en de neuronen die deze cyclus controleren, begrijpen we nog niet helemaal.
Thermometer in het hoofd
Neurobiologen van de Northwestern University hebben een paar aanwijzingen gevonden en beginnen langzamerhand te begrijpen wat er aan de hand is. In een nieuwe studie, gepubliceerd in het tijdschrift Current Biology, ontdekten wetenschappers dat fruitvliegen voorgeprogrammeerd zijn om midden op de dag een dutje te doen. Dit onderzoek bouwt verder op een paper uit 2020, waarin een hersenthermometer werd geïdentificeerd die alleen bij koud weer actief is. De nieuwe studie onderzoekt nu een soortgelijk ‘thermometer’-circuit voor hoge temperaturen.
“Veranderingen in temperatuur hebben een sterk effect op het gedrag van zowel mens als dier en geven dieren een teken dat het tijd is om zich aan te passen aan de veranderende seizoenen”, zegt Marco Gallio, universitair hoofddocent neurobiologie aan het Weinberg College of Arts and Sciences. “Het effect van temperatuur op de slaap kan behoorlijk extreem zijn, waarbij sommige dieren besluiten door een heel seizoen heen te slapen – denk aan de winterslaap van een beer – maar de specifieke hersencircuits die de interactie tussen temperatuur en de slaapcentra regelen, zijn grotendeels onbekend.”
Onderzoeksleider Gallio legt uit dat fruitvliegen erg goed dienst kunnen doen als model om grote vragen te bestuderen, zoals waarom we slapen en wat slaap doet met de hersenen. Fruitvliegjes verstoren het slaapinstinct niet door bijvoorbeeld de hele nacht door te trekken. Ze stellen onderzoekers in staat om de invloed van externe prikkels zoals licht en temperatuur op celniveau te bestuderen.
25 graden is ideaal
Deze wetenschappelijke studie is de eerste die ‘absolute warmte’-receptoren in de vliegenkop identificeert, die reageren op temperaturen boven de 25 graden Celsius, de favoriete temperatuur van de vlieg. De gewone laboratoriumfruitvlieg, Drosophila, heeft bijna de hele planeet gekoloniseerd door een nauwe band met mensen te vormen. Het is dan ook geen verrassing dat zijn favoriete temperatuur overeenkomt met die van de mens.
De onderzoekers ontdekten dat de hersenneuronen die informatie over warmte ontvangen, deel uitmaken van het bredere systeem dat slaap reguleert. Dit komt overeen met de eerdere studie over hersenneuronen en koudere temperaturen. Wanneer het warme circuit actief is, dat parallel loopt aan het koude circuit, blijven de neuronen die de middagslaap bevorderen langer aan. Hierdoor gaat de fruitvlieg langer slapen in de middag op het heetste moment van de dag.
De studie werd mede mogelijk gemaakt door het Drosophila-connectoom. Dit is een complete digitale kaart van neurale verbindingen in het dier. Het heeft tien jaar geduurd om dit voor elkaar te krijgen. Onderzoekers hebben nu toegang tot een computersysteem met alle mogelijke hersenverbindingen voor elk van de circa 100.000 hersencellen van de vlieg.
Nut van temperatuurgevoelige hersencircuits
Gallio’s onderzoeksteam hoopt met vervolgonderzoek meer te weten te komen over het koude en warme circuit en te ontdekken op welke manier de hersencircuits de slaap beïnvloeden. Het team gaat kijken naar de langetermijneffecten van temperatuur op gedrag en fysiologie. Zo willen ze meer te weten komen over de impact van het broeikaseffect en de manier waarop verschillende diersoorten zich aanpassen.
“Mensen kunnen ervoor kiezen om een middagdutje te doen op een warme dag en in sommige delen van de wereld is dit onderdeel van de cultuur. Maar is dit wel echt een keuze of is dit gedrag voorgeprogrammeerd in onze hersenen?” vraagt Gallio zich af. “Natuurlijk is een siësta geen onderdeel van de Drosophilacultuur, dus het zou goed kunnen zijn dat we een heel sterk onderliggend biologisch mechanisme over het hoofd zien bij de mens.”
