Durmiendo en caída libre: la curiosa manera de descanso de los elefantes marinos

Dormir parece ser una necesidad universal a través de todo el reino animal. Esto se hace evidente para nosotros, cuando en nuestro día a día nos enfrentamos a los efectos negativos que tiene el dormir menos, ya sea por quedarnos viendo una serie hasta tarde o por tener que trabajar un turno de noche: fatiga, irritabilidad, problemas para concentrarse y para recordar, entre muchos otros. Aún más grave es lo que nos muestran las estadísticas a nivel poblacional, con una asociación entre la falta de sueño y múltiples complicaciones severas como enfermedades cardíacas, depresión, diabetes e infartos cerebrales.

Estudios en otras especies animales también subrayan la importancia que tiene dormir, al mostrarnos una gran variedad de conductas de sueño que buscan lograr el equilibrio entre la necesidad de consumir alimento y la de dormir, desde las vacas que pueden seguir masticando la comida mientras duermen o los caballos que duermen estando de pie, hasta otras que resultan mucho más extremas, como las fragatas, un tipo de ave pariente de los alcatraces y cormoranes, las cuales realizan largos viajes migratorios de hasta meses de duración durante los cuales duermen mientras se encuentran volando a grandes alturas.

Siguiendo la línea de conductas de sueño extremas, aparece un animal de gran interés para el estudio del sueño en los mamíferos, los elefantes marinos. Los patrones de sueño de estos animales cuando se encuentran en tierra firme son similares a los de otros mamíferos, durmiendo en promedio 10 horas al día. Pero los elefantes marinos pasan la mayor parte de sus vidas en el mar cazando su alimento, por lo cual hasta hace poco era un misterio qué ocurría cuando estos animales realizan sus viajes de pesca en altamar, los que pueden durar de 2 a 3 días, ¿duermen los elefantes marinos durante estos viajes? Y si lo hacen, ¿cómo lo logran? Dormir en el mar no es para nada una tarea fácil para un mamífero marino, ya que, en primer lugar, necesitan volver a la superficie para respirar, y la parálisis asociada al sueño significaría una muerte segura por ahogamiento. A esto se suma el hecho que el mar está poblado por múltiples depredadores, como tiburones y orcas, para los cuales una foca inmóvil sería una presa fácil. Otros mamíferos marinos logran obtener el sueño que necesitan mediante un proceso llamado sueño unihemisférico, en el cual medio cerebro duerme mientras la otra mitad permanece atenta al ambiente, algo que se observa en otras especies de focas y en cetáceos, pero los elefantes marinos no tienen la capacidad de dormir de esta forma.

Un equipo de científicos liderado por la investigadora Jessica Kendall-Bar decidió echar luz sobre este misterio y desarrolló un equipo que les permitió medir la actividad cerebral y múltiples otras variables de interés en elefantes marinos del norte, mientras se encontraban realizando su vida libremente en altamar. El equipo en cuestión consistía en un conjunto de electrodos de electroencefalograma, para medir la actividad cerebral, electromiograma, para medir los movimientos musculares y electrocardiograma, para medir la actividad del corazón, conectados a un sistema de registro que almacenaba los datos, y que permitió obtener registros continuos por un total de 20 días. Además, contaba con sensores de presión del agua, para determinar la profundidad a la que se encontraba el animal, junto con acelerómetros, giroscopios y transmisores GPS que permitían determinar la ubicación geográfica y la orientación y posición relativas del animal en el espacio tridimensional. Todos estos sensores estaban ubicados en un gorro que se adhería mediante un pegamento especial a la piel del elefante marino, sin la necesidad de realizar una cirugía para colocar los electrodos, y además era resistente al agua, lo que permitía que el animal pudiese nadar sin problemas mientras se realizaban los registros.

El electroencefalograma es la herramienta que permitió determinar los momentos en que el animal dormía y en qué etapa del sueño se encontraba, a través del análisis de los cambios en las características de las ondas que produce la actividad eléctrica de las neuronas cerebrales.

El análisis del electroencefalograma mostró dos patrones de sueño, un sueño de ondas lentas, que podía ser superficial o profundo, y un sueño con movimiento ocular rápido, REM por sus siglas en inglés (rapid eye movement), que se observaba como ondas mucho más rápidas, en periodos intercalados con el sueño de ondas lentas. Este tipo de ondas cerebrales también se observa en los humanos, donde las etapas iniciales del sueño se asocian a ondas más lentas en el electroencefalograma, las que se vuelven aún más lentas conforme el sueño se profundiza, y se intercalan con períodos en los que el electroencefalograma muestra ondas más rápidas, que se parece más a las de una persona despierta, y los ojos se mueven rápidamente en distintas direcciones con los párpados cerrados, razón por la cual recibe el nombre de REM.

Lo más interesante surgió cuando se cruzó la información del estado del sueño con los datos de profundidad y de movimiento muscular, ya que mostraban un patrón muy particular e inesperado. Cuando el elefante marino decidía irse a dormir comenzaba un descenso hasta cerca de los 100 metros de profundidad, a partir de dicha profundidad disminuía sus movimientos progresivamente hasta entrar a la etapa de sueño superficial. Luego continuaba descendiendo, ahora dormido y vuelto de cabeza hacia el fondo, por cerca de 100 metros más hasta entrar en la etapa REM. Una vez en sueño REM, el animal seguía hundiéndose, pero dando múltiples vueltas en espiral por casi 100 metros más, para finalmente despertar y rápidamente volver a la superficie a respirar. Estos sueños en caída libre duraban alrededor de 20 minutos en total por evento y al sumar el total de sueño durante el día, los animales dormían en promedio cerca de hora y media. Este tiempo diario de sueño es el más corto que se ha documentado en un mamífero hasta la fecha, superando su homónimo terrestre, el elefante africano, que era el animal que mantenía el récord con 2 horas al día. Después del viaje, los elefantes marinos volvían a tierra firme por períodos de entre 18 a 43 horas y dormían durante la mitad del tiempo que permanecían allí, un sueño de rebote para recuperar el tiempo de sueño perdido en el mar.

Los investigadores proponen que dormir de esta forma les permite a los elefantes marinos hacer calzar la etapa REM, que está asociada a la parálisis profunda del sueño con zonas de mayor profundidad para así evitar a sus depredadores, los que se encuentran en general en aguas más superficiales. Además, el parcelar los tiempos de sueño en episodios de corta duración les permite aumentar el tiempo de caza para obtener alimento, sopesando el gran gasto energético asociado al viaje que se encuentran realizando, y da un margen de tiempo de seguridad para asegurar que tengan oxígeno suficiente al despertar para volver a la superficie.

Finalmente, utilizando la información obtenida en este estudio se desarrolló una herramienta que permitió analizar la información disponible de mediciones previas en más de 200 otros individuos de esta especie que habitan y se movilizan a través de la costa occidental de Estados Unidos y Canadá. Este nuevo análisis se usó para identificar la distribución en el mapa de los hábitats que los elefantes marinos utilizan para cazar y dormir durante sus viajes, información que resulta invaluable para focalizar iniciativas de cuidado y preservación de esta especie.

El peligroso e interesante patrón de sueño en caída libre hacia el fondo del mar de los elefantes marinos nos muestra una vez más los extremos a los que pueden llegar los animales para dormir, aunque sea por cortos periodos de tiempo, cementando lo fundamental que es el sueño en general para las distintas especies. Este estudio además nos entrega una nueva herramienta e información que pueden ser de gran utilidad para entender la evolución del sueño, sus funciones y las patologías a las que se puede asociar en los mamíferos en general y en los humanos en particular.

Fuentes: Brain activity of diving seals reveals short sleep cycles at depth.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf0566

Eavesdropping on the brain at sea: development of a surface-mounted system to detect weak electrophysiological signals from wild animals.

https://animalbiotelemetry.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40317-022-00287-x

*Este artículo surge del convenio con el Centro Interdisciplinario de Neurociencia de la Universidad de Valparaíso.