Capítulo 4: Animales

Introducción

Los animales, como los leones, que comen muchos kilos de carne en una sola comida pueden pasar quince horas al día durmiendo. Compare esto con los animales que comen plantas, como las jirafas, que duermen una hora o menos cada día (Figura 4.1). Si tuvieras que hacer una encuesta apresurada, parece que los depredadores duermen más que otros animales. Sin embargo, hay excepciones a esa generalización y otras similares (como que los animales más pequeños duermen menos que los más grandes). Hay multitud de teorías sobre las diferencias de duración del sueño entre los animales, pero actualmente, no hay un claro favorito. Incluso dentro de grupos de animales que son similares genéticamente, a veces hay diferencias de duración del sueño más pronunciadas que entre animales muy diferentes. Sabemos que todas las criaturas estudiadas hasta ahora tienen un periodo de algo similar al sueño. Incluso los organismos unicelulares tienen tramos de tiempo, vinculados al ciclo de luz-oscuridad de la tierra, cuando apenas se mueven y tienen una reacción disminuida a los estímulos.

Dado que no es posible conectar un error a EEG, EOG y EMG para verificar fisiológicamente el sueño, para muchas formas de vida, debemos confiar en esta definición más conductual del sueño, por ejemplo, una postura de descanso estereotipada combinada con una respuesta reducida al ambiente externo. Y asegurémonos de agregar que el sueño es un estado reversible, una de las señas de identidad del sueño, gracias a Dios. A falta de polisomnografía, un factor adicional a sumar a la ecuación para verificar el sueño es notar el fuerte impulso que el organismo exhibe para regresar a ese estado “dormido” cuando se le priva de él. Pero, ¿cómo sabrías que un insecto privado de sueño se esfuerza más por dormir? Los científicos registran el nivel basal de estimulación requerido para despertar a la criatura dormida cuando se deja a su ritmo normal durante unos días. Entonces la criatura se mantiene despierta durante lo que sería su tiempo de dormir. En esta condición de privación de sueño, se requiere una estimulación más intensa para despertar a la criatura del sueño. Imagina que tu compañero de cuarto te despierta golpeándote suavemente en el brazo después de haber tenido varias noches de sueño completo y cómodo. Compara eso con el jab requerido si por fin te has dormido después de tirar toda la noche. Esto ejemplifica un aspecto del rebote del sueño: dormir más profundamente después de mantenerse despierto demasiado tiempo. El otro aspecto es quedarse dormido durante lo que normalmente son horas de vigilia.

En lugar de mediciones fisiológicas para verificar que un organismo está durmiendo, la definición conductual resulta útil. Al observar los comportamientos, incluso los insectos proporcionarán pistas adicionales, más allá de solo una postura de descanso, para hacernos saber que están durmiendo.

Insectos

Al igual que los humanos, las hormigas de fuego tienen diferentes etapas de sueño. Comienzan con la boca abierta y las antenas retraídas o caídas (Figura 4.2). Entonces las antenas comienzan a temblar a medida que la hormiga de fuego se mueve hacia un rápido sueño de movimiento antenal (RAM). ¿Podrían estar soñando? ¿Podría el sueño RAM ser equivalente al sueño REM, a pesar de que muchas investigaciones sugieren que los insectos no tienen equivalente a REM? En este punto, sigue siendo un enigma, motivando nuevas investigaciones.

Otro insecto, la mosca de la fruta, a menudo examinada cuando hay necesidad de descifrar la genética, es uno de los favoritos para la investigación del sueño. Las moscas de la fruta tienen muchas similitudes genéticas y fisiológicas con los humanos, incluida la obtención de un zumbido de la cafeína que mantiene despiertas a las moscas Al igual que con los humanos, si las moscas de la fruta no duermen lo suficiente tienen poca memoria, tienen una función de aprendizaje reducida y mueren antes. También se han utilizado para demostrar la reducción del sueño asociada a la inanición. Si una criatura no está recibiendo suficientes calorías, el cuerpo, en gran medida en su detrimento, reducirá el tiempo dedicado a dormir para buscar comida en su lugar. Uno de los hallazgos más convincentes relacionados con el sueño en esta investigación fue el descubrimiento de un gen que controla el ritmo circadiano (ver capítulo 3). Estos científicos fueron galardonados con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2017 por su trabajo.1

Pescado

Durante años, los científicos creían que los tiburones no duermen porque sus ojos están abiertos cuando se asientan en su tranquila postura de descanso. Tras una investigación adicional, se hizo evidente que los tiburones estaban durmiendo, pero no cierran los párpados durante el sueño (Figura 4.3). Algunos tiburones tienen una membrana transparente que cubre sus ojos, y otros tienen párpados que los cubren parcialmente. El propósito de los párpados de tiburón no está relacionado con el sueño; es proteger sus ojos al pelear o atacar. Los grandes tiburones blancos, que no tienen párpados, tienen que volver a poner los ojos en blanco para protegerlos al atacar. Este video de Discovery Channel capturó a un gran tiburón blanco dormiendo.2 Es posible que hayas escuchado que algunos tiburones necesitan moverse mientras duermen para obtener oxígeno a través de sus branquias, y esto es cierto. Pero otros tiburones tienen espiráculos que extraen el agua y la mueven sobre sus branquias para que no necesiten moverse durante el sueño.

Reptiles

Ya en 2016, muchos creían que los reptiles tienen sueño NREM pero no sueño REM. Sin embargo, cuando los investigadores del Instituto Max Planck para la Investigación del Cerebro en Frankfurt comenzaron a estudiar al dragón australiano, un tipo de lagarto que es una mascota popular en Alemania, surgió una historia sorprendente (Figura 4.4). Los científicos se propusieron estudiar comportamientos guiados visualmente y registraban continuamente la actividad cerebral de los lagartos usando electrodos. Lo hicieron durante varios días a la vez, también utilizando cámaras infrarrojas para grabar el comportamiento nocturno. Aunque el sueño no fue el foco del estudio, encontraron que los lagartos tenían la actividad típica de sueño de onda lenta NREM, y también actividad cerebral REM, combinada con pequeñas contracciones en los párpados durante las fases REM. Parte de la significación de este hallazgo se relaciona con cómo el sueño REM también se encuentra en aves y mamíferos, criaturas que evolucionaron por separado y mucho más tarde que los reptiles. Hasta esta investigación del dragón australiano, la sabiduría convencional era que la presión evolutiva a lo largo de dos vías evolutivas aisladas (las de aves y mamíferos) daba como resultado la aparición del sueño REM: la gente pensaba que el sueño REM no existía antes que las aves y los mamíferos. Ahora está claro que el sueño REM existió mucho antes en la línea evolutiva y probablemente se transmitió tanto a aves como a mamíferos.

Queda por examinar el sueño REM en otros reptiles, pero se han observado patrones de sueño conductual de reptilianos por edades. El amado honu (tortuga marina verde de Hawaiʻi) duerme en el océano durante varias horas, generalmente cerca de la superficie, conteniendo la respiración (Figura 4.5). Cerca de la orilla, duermen varios pies bajo el agua, acogedores bajo el borde de un arrecife de coral.

Puede ser difícil determinar si las serpientes están durmiendo o simplemente no se mueven. Dado que la delgada membrana que cubre sus ojos es clara, parecen dormir con los ojos abiertos.

Algunos geckos en realidad duermen con los ojos abiertos, pero contraen sus pupilas para proteger la retina. Otros geckos tienen la suerte de tener los párpados que cierran, tal como lo hacen los humanos cuando duermen.

Aves

Las aves han evolucionado para dormir con un hemisferio de su cerebro a la vez, vigilando las cosas mientras duermen. Esto deja alerta a la mitad despierta del cerebro y es capaz de procesar la información proveniente de su ojo asociado, que permanece abierto durante el sueño. Los patos y muchas otras aves utilizan esta habilidad no solo para su propia autoconservación sino también la de su comunidad. Al dormir en fila, los centinelas en cada extremo de la fila mantienen un ojo abierto, durmiendo con un solo hemisferio de su cerebro. Las aves entre los centinelas disfrutan de una noche completamente reparadora de ojos cerrados, con ambos hemisferios durmiendo a la vez (Figura 4.6). En cada extremo, el ojo abierto de cada ave centinela mira hacia afuera, por lo que después de un periodo de sueño en esta posición, el ave surge y se da la vuelta para mirar en dirección opuesta, abriendo el ojo cerrado y dejando que el hemisferio cerebral y el ojo previamente activos duerman un poco. A pesar de que están procesando información con solo la mitad de su cerebro, las aves guardianas tardan menos de una quinta parte de segundo en reaccionar ante un depredador. Aunque el sueño REM es normal para las aves, parece que ambos hemisferios deben dedicarse al sueño para generar REM. En consecuencia, estos guardianes vigilantes al final de la fila solo pueden dormir a NREM cuando están de servicio.

Los humanos tienen una versión bastante sutil de dormir con un hemisferio en aras de la vigilancia. ¿Alguna vez has notado que duermes un poco más ligero la primera noche que te quedas en casa de un amigo o familiar? Y entonces si te quedas con ellos por unas noches más, notas que tu sueño se siente más satisfactorio. Durante NREM en un nuevo entorno, la mitad de nuestro cerebro tendrá una versión más ligera de sueño profundo; la otra mitad tendrá su profundidad restauradora normal. Esto nos permite vigilar, aunque ligeramente, en nuestro entorno menos que familiar hasta que nos hayamos acomodado por algunas noches más y nos sintamos completamente cómodos.

Las aves tienen otra fascinante adaptación relacionada con el sueño. Debido a su necesidad de migrar miles de millas sobre el océano, han evolucionado para volar de manera segura sin parar durante horas y horas, aparentemente sin dormir.. ¿o duermen mientras vuelan? Sí, lo son, y es un patrón de sueño único. Las fragatas (ʻiwa en hawaiano) vuelan durante meses seguidos y así dormirán unos diez segundos a la vez, en vuelo, durmiendo menos de media hora cada día.

Algunas aves, como el gorrión de corona blanca, incluso han llamado la atención de grupos como el Departamento de Defensa de Estados Unidos. Este gorrión puede permanecer despierto dos semanas a la vez durante su periodo migratorio y al parecer no sufrir las habituales consecuencias perjudiciales de la privación del sueño. Durante estas fases, el ave también permanece capaz de responder de manera competente a los estímulos. El ejército estadounidense, con su historia de presionar a las tropas para que utilicen diversas formas de estimulantes como las anfetaminas (con consecuencias mortales), está muy motivado para determinar una manera de mantener despiertas a personas como los pilotos durante largos períodos a la vez sin que no comprometan su juicio ni dañen su salud. En este punto, la ciencia sugiere que no es posible. Esperemos por el bien de las tropas, sus familias y la comunidad mundial que también haya investigadores investigando activamente soluciones revolucionarias e innovadoras para minimizar la necesidad de poner en peligro a las personas.

Mamíferos

Imagínese nadar por el océano con la mitad de su cerebro dormido, o atrapar z mientras colgaba como un mango maduro de un árbol (Figuras 4.8 y 4.9). El sueño unihemisférico de los delfines les permite nadar y comunicarse, durante el sueño, con otros delfines. En los árboles, los murciélagos, con su estructura de alas única, son incapaces de crear el rápido despegue vertical dominado por las aves. La mejor manera para que un murciélago dormido escape de un mapache hambriento que leñaba hacia su gallinero es que el murciélago caiga del árbol y tome vuelo en el aire. En el mar, decenas de nutrias marinas se unen y se envuelven en algas, creando una balsa de nutrias marinas para la seguridad en números y para evitar que se alejen mientras duermen. Ocasionalmente, incluso se toman de la mano (Figura 4.10). En áreas cubiertas de hierba abiertas, vacas, caballos, cebras y elefantes pueden dormir de pie, capaces de huir rápidamente si son atacados. Cuentan con un “aparato de estancia” que les permite bloquear esencialmente sus piernas, minimizando el esfuerzo muscular para permanecer de pie. En ocasiones, estos grandes mamíferos también se acuestan a dormir para completar su arquitectura del sueño.

Al notar la gama de adaptaciones y comportamientos que hacen posible que los animales duerman y sobrevivan, vemos que el sueño ha persistido incluso ante ambientes donde parece que hubiera sido más sencillo simplemente eliminarlo de la mezcla. Como ha dicho Alan Rechtschaffen, un emprendedor de la ciencia del sueño, “Si el sueño no cumple una función absolutamente vital, entonces es el mayor error que el proceso evolutivo haya cometido jamás” 3. Entonces, ¿cómo podemos resistirnos a la pregunta: “¿Por qué es tan vital el sueño?” Investiguemos más a fondo el sueño animal y obtengamos algunas respuestas.

Aunque viven y duermen en el agua, las ballenas, las focas y los delfines son mamíferos y así deben respirar en el aire. Si se quedaran completamente dormidos bajo el agua, se ahogarían, así que como algunas aves, solo la mitad de su cerebro duerme a la vez. Cuando un hemisferio está durmiendo, el otro hemisferio guía al animal hacia la superficie y activa el cuerpo para respirar. El sistema visual del hemisferio despierto está atento al peligro y se mantiene conectado con otros animales de su grupo, como compañeros o crías. Estas elaboradas adaptaciones evolutivas sugieren que el sueño debe proporcionar una función crucial, ya que el sueño no llega a la mesa de negociación cuando la presión evolutiva busca comportamientos para eliminar. Al principio se ruboriza, parece que sería más fácil evolucionar para no dormir que evolucionar los mecanismos necesarios para dormir mientras se nada. En otras palabras, ¡dormir es indispensable!

Volviendo al sueño unihemisférico en mamíferos acuáticos, hay excepciones: las focas tienen sueño bihemisférico bajo el agua (contienen la respiración) y los cachalotes también duermen con ambos hemisferios, aparentemente colgando en el agua, con la cola hacia abajo, hasta que despiertan para nadar a la superficie para tomar aliento (Figura 4.11).

Los delfines y algunas ballenas no muestran signos obvios de sueño REM, pero los científicos especulan que pueden experimentar sueño REM transitorio o actividad cerebral REM en estructuras más profundas que la corteza. Esta motivación para no descartar el sueño REM de delfines y ballenas se debe en parte a las contracciones musculares observadas, erecciones del pene y movimientos de los párpados durante el sueño de los delfines. Estos comportamientos están asociados con el sueño REM en mamíferos terrestres pero también ocurren durante los estados de vigilia, por lo que el sueño REM en delfines sigue siendo un área de investigación activa. Los delfines están tan altamente evolucionados que tal vez veamos que tienen una forma única para REM que brinda beneficios adicionales de supervivencia más allá de los que nos dan los humanos durante el sueño REM.

Las focas peleteras tienen claramente sueño REM, pero agregan una variación única a su previsibilidad. En tierra, la foca peletera duerme con ambos hemisferios a la vez y pasa por etapas REM y NREM, similar a la mayoría de los mamíferos (Figura 4.12). Sin embargo, cuando una foca peletera duerme en el agua, su sueño es similar al de un delfín: duerme con un hemisferio a la vez, y NREM es la única etapa obvia del sueño. Debido a que las focas peleteras pasan semanas a la vez en el mar, van por largos tramos sin REM. Pero, ¿por qué una foca tendría dos patrones diferentes de sueño, dependiendo de si estaba durmiendo o no en el agua?

Una teoría actual sobre REM es que aumenta el metabolismo cerebral y calienta el cerebro y el tronco encefálico, equilibrando la menor tasa metabólica y la temperatura cerebral de NREM. Cuando las focas peleteras, los delfines y las ballenas duermen en el agua, un hemisferio a la vez, y exclusivamente en NREM, la teoría es que no necesitarían REM para calentar el cerebro, ya que la mitad del cerebro siempre está despierto y cálido. Luego, cuando el foca peletero duerme en tierra, vuelve al patrón típico de mamíferos terrestres de NREM bilateral intercalado con REM. Los humanos nos sentimos mucho más alertas si nos despertamos poco después o incluso durante un periodo REM, a diferencia de cuando nuestras alarmas se apagan en medio de un sueño profundo NREM, cuando nuestros cerebros son fríos y lentos.

Si el sueño REM no proporcionaba un beneficio esencial, entonces parece que la foca peletera continuaría su sueño NREM unihemisférico al posponer en tierra. Sin embargo, ha evolucionado para incorporar el sueño REM cada vez que regresa a su hogar terrestre. Con la miríada de sueño REM, beneficios asociados, incluida la curación emocional, la regulación del sistema cardiovascular y más, es tentador creer que el sueño REM se incorporaría al ciclo de sueño de una criatura si es posible.

Miremos atrás en el tiempo para comparar las variaciones en el sueño de los mamíferos. Durante las primeras etapas de la evolución de los mamíferos, los monotremos se ramificaron a partir de placentarios y marsupiales. Los monotremos (por ejemplo, ornitorrinco) son mamíferos ponedores de huevos. Esto contrasta con los placentarios (e.g., los humanos), que llevan al feto en el útero hasta una etapa de desarrollo relativamente tardía, y los marsupiales (por ejemplo, canguros), que dan a luz antes de que el animal esté completamente desarrollado, por lo que después del nacimiento, generalmente se lleva en una bolsa sobre el cuerpo de la madre (Figura 4.13). Si bien durante décadas, los científicos creían que los monotremos no experimentan sueño REM, ahora hay estudios que muestran que los ornitorrinco no solo tienen sueño REM sino que tienen una tasa más alta del mismo que los placentarios o los marsupiales.5 Durante el REM, el ornitorrinco tiene movimientos oculares rápidos y contrae su pico. Su EEG REM es similar en muchos aspectos a los mamíferos placentarios recién nacidos, que también tienen altas tasas de REM. El EEG del tronco encefálico de un ornitorrinco muestra que la REM ocurre al mismo tiempo que el sueño cerebrocortical de onda lenta, explicando por qué los investigadores tempranos pueden haber categorizado erróneamente su patrón de sueño.

Hibernadores

Un mito común es que la hibernación, que puede durar unas horas o hasta varios meses, es lo mismo que dormir. Sin embargo, aunque la hibernación ha evolucionado a partir del sueño, existen diferencias fundamentales entre ambos. De hecho, algunos animales se sacarán de la hibernación profunda para poder dormir y luego regresar a la hibernación después de una satisfactoria siesta. Además, el sueño se despierta fácil y rápidamente, pero toma una hora (o más, dependiendo del animal) despertar de la hibernación. ¿Y qué pasa con la función de hibernación comparada con el sueño? Un propósito fundamental de la hibernación es ahorrar energía. Si el sueño y la hibernación tuvieran como objetivo común la conservación de energía, no tendría sentido gastar energía para calentar el cuerpo durante la hibernación a fin de crear las condiciones necesarias para un sueño verdadero. Sin embargo, algunos animales, incluso en condiciones heladas, hacen exactamente eso.

La temperatura corporal de la ardilla terrestre puede permanecer cercana a los cero grados centígrados, la temperatura a la que se congela el agua, durante la hibernación, que podría durar todo el invierno (Figura 4.14). No obstante, una vez a la semana, alrededor de las veinticuatro horas, se sacan de la hibernación. Se necesita un tiempo, y mucha energía, para que aceleren su metabolismo y activen su cerebro. Cuando están hibernando, su EEG es prácticamente una línea plana, como si no estuvieran vivos. ¿Recuerdas haber aprendido sobre las dendritas en el capítulo 2? Durante el primer día de hibernación, las ardillas terrestres pierden alrededor de una cuarta parte de sus dendritas. Entonces, a las pocas horas de salir de la hibernación, se restauran las dendritas. Otras funciones fisiológicas, como la producción de orina, también se detienen casi durante la hibernación. Pero después de despertar de su semana de hibernación, durante ese periodo de veinticuatro horas a su temperatura corporal normal, comen, pasan desechos y duermen antes de regresar a otra semana de hibernación.

Si digo “animal hibernante”, ¿qué criatura te viene a la mente? Si es un oso, estás en buena compañía, ya que esta es la respuesta típica (Figura 4.15). Puede resultarle sorprendente que algunos científicos argumenten que los osos no son verdaderos hibernadores; otros sugieren que la suya es solo una forma diferente de hibernación. La temperatura corporal de un oso bajará solo unos pocos grados, incluso cuando las temperaturas exteriores estén por debajo del punto de congelación. Esta temperatura corporal más cercana a la normal permite a los osos generar sueño NREM y REM durante la hibernación. También permanecen en su estado de letargo durante todo el invierno, sin molestarse en invertir energía en el despertar semanal que practica la ardilla de tierra. Por último, y esta es una diferencia significativa con respecto a la ardilla terrestre, como te dirán los excursionistas intrépidos, un oso hibernante puede despertarse rápida y fácilmente.