Esse pinguim sobrevive dormindo apenas 4 segundos - milhares de vezes ao longo do dia!

Figura 1. Um pinguim-de-barbicha da espécie Pygoscelis antarcticus, dormindo momentaneamente em uma praia da Antártica enquanto incuba ovos no ninho.

A evolução e as funções do sono ao longo do Reino Animal são tópicos intensamente explorados no meio acadêmico. Padrões e tempo de sono podem variar dramaticamente entre espécies, e, no caso dos humanos modernos (Homo sapiens), sono é uma parte crucial do dia tanto para descanso quanto para a saúde geral. Agora, em um estudo publicado na Science (Ref.1), pesquisadores revelaram um novo e estranho padrão de sono exibido por pinguins da espécie Pygoscelis antarcticus: essas aves dormem mais de 11 horas por dia, porém, através de uma extrema intermitência, dormindo e acordando a cada ~4 segundos! Os milhares de "micro-sonos" ao longo do dia parecem ajudar na sobrevivência desses pinguins, ao permitir constante estado de alerta, especialmente durante a proteção de ovos e criação de filhotes.

"Nós não sabemos se os benefícios do micro-sono são os mesmos em pinguins e outros mamíferos, como ratos e humanos," disse em entrevista um dos coautores do estudo, Paul-Antoine Libourel, um ecólogo de sono no Centro de Pesquisa em Neurociência de Lyon, França (Ref.2). "Mas o estudo mostra que pelo menos uma espécie é capaz de dormir desse modo e se comportar normalmente, portanto eu não vejo por que outras espécies não possam ter evoluído a mesma adaptação de sono."

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A habilidade de um animal de engajar adaptativamente com o ambiente durante estado despertado depende do sono, um estado de total ou parcial desligamento ambiental (1) pensado de realizar funções restaurativas para o cérebro (2). À medida que o tempo acordado aumenta, o mesmo ocorre com a pressão homeostaticamente regulada para o início do sono. Em humanos, sono insuficiente - infelizmente comum nas atuais sociedades urbanas - causa frequentes e breves cochilos ao longo do dia, ou seja, episódios de interrupção do estado despertado de alguns poucos segundos e caracterizados por fechamento dos olhos, atividade eletroencefalográfica sono-relacionada e desativação das redes cerebrais envolvidas em excitamento. Esses episódios de "micro-sono" podem ser deletérios para humanos, especialmente quando o cochilo ocorre durante condução de um veículo automotor. E mesmo quando cochilos não impõem imediata ameaça, é pouco esclarecido se os micro-sonos fornecem qualquer tipo de benefício ao corpo.

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No cenário onde episódios de micro-sono são mais do que tentativas falhas de iniciar um sono mais profundo e longo, contribuindo para funções restaurativas, frequentes cochilos podem ser uma potencial estratégia adaptativa sob circunstâncias ecológicas que requerem vigilância constante. Em especial, o "desligamento" do ambiente que tipicamente caracteriza o sono torna os animais mais vulneráveis à predação. Animais podem reduzir esse risco ao buscar abrigos protegidos (ex.: tocas) ou dormir em grupo. Nesse último caso, a proteção fornecida pelo grupo é maior no centro, diminuindo significativamente para aqueles localizados nas bordas.

Para exemplificar, aves da espécie Anas platyrhynchos - popularmente chamadas de patos-reais - trocam de sono com ambos os olhos fechados e ambos os hemisférios centrais "desligados" (sono de ondas lentas bi-hemisférico) quando estão seguramente flanqueados por outros membros da mesma espécie para um sono uni-hemisférico com um dos olhos abertos e o hemisfério contralateral despertado quando expostos na bordas do agrupamento.

Como dormir nas bordas de um agrupamento é arriscada e resulta em menor qualidade de sono (ondas lentas em apenas um hemisfério do cérebro), as aves provavelmente competem entre si para obter e defender uma posição central dentro do grupo, especialmente quando estão protegendo ninhos em colônias. Porém, em aves coloniais como pinguins, agressão intraespecífica de vizinhos e distúrbios provocados por membros do grupo andando através da colônia podem ter um impacto negativo sobre o sono. Isso torna incerto os benefícios do "sono coletivo" em termos de qualidade e quantidade de sono.

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Para melhor esclarecer a questão, no novo estudo os pesquisadores resolveram investigar o padrão de sono de pinguins-de-barbicha em uma colônia de ninhos exposta a uma ave predatória, o mandrião-antártico (Stercorarius antarcticus), na Ilha do Rei George, Antártica. Durante a incubação dos ovos, os mandriões-antárticos são conhecidos de predar sobre os ovos de pinguins principalmente nas bordas das colônias. Como um dos pinguins do casal precisa proteger os ovos ou filhotes continuamente enquanto o parceiro está longe coletando alimento em viagens que podem durar vários dias, essas aves enfrentam o desafio de precisar dormir enquanto protegem o ninho, como mostrado no vídeo abaixo. Além disso, esses pinguins também precisam defender seus ninhos de outros pinguins intrusos.

Os pesquisadores analisaram o sono de 14 pinguins-de-barbicha incubando ovos na colônia durante o início de dezembro em 2019. Para coletar os dados, eles vestiram os pinguins com instrumentos ligados a eletrodos para medir a atividade cerebral e acelerômetros para registrar os movimentos dos músculos e posição corporal, além de GPS para rastrear a localização. Os dispositivos permitiram identificar quando as aves entravam em um estado de sono de ondas lentas - a qual é a forma dominante de sono entre as aves e que também ocorre em humanos. Ao longo de 10 dias de observação, as aves acompanhadas nunca engajaram em sono prolongado. O mais longo registro de cochilo foi de apenas 34 segundos.

Figura . (A) Pinguim equipado com instrumentos de sono e GPS sobre as costas e um instrumento de pressão sobre a perna (não mostrado na foto). (B) Registros mostrando típica atividade EEG (eletroencefalograma) durante sono de ondas lentas bi-hemisférico (BSWS, azul), e sono de ondas lentas uni-hemisférico esquerdo (USWS, roxo) e direito (USWS, verde). Ref.1

No geral, os pinguins acompanhados cochilavam mais de 10 mil vezes por dia durante uma média de 4 segundos para cada cochilo (micro-sono). A cada hora, eram mais de 600 micro-sonos caracterizados por atividade cerebral de ondas lentas, e esses cochilos se tornavam mais frequentes quando as aves estavam cuidando dos ovos - talvez porque precisavam ficar mais alertas enquanto incubavam. Somados, os cochilos totalizavam mais de 11 horas por dia de sono. A extrema fragmentação do sono foi observada sob todas as condições e posições em terra.

Figura 2. Um pinguim-de-barbicha adulto cochilando enquanto cuida dos seus filhotes. Macho e fêmea revezam entre as tarefas de cuidar do ninho e coletar alimento no mar.

Esse tipo de sono altamente fragmentado é uma descrição científica inédita, mesmo entre outras espécies de pinguins. Por exemplo, pinguins-imperadores (Aptenodytes forsteri) em cativeiro e fora de períodos reprodutivos também exibem períodos com frequente alternância entre padrões EEG de despertado e de sono de ondas lentas que lembram os micro-sonos observados nos pinguins-de-barbicha; no entanto, esses pinguins-imperadores passam apenas 14% do tempo nesse estado, complementando com >37% do tempo em prolongados episódios de sono de ondas lentas durando >4 minutos que ocorrem "apenas" 125 vezes por dia. De forma similar, pinguins-pequenos (Eudyptula minor) monitorados em pequenas câmaras metabólicas exibem curtos e sucessivos episódios de sono de ondas lentas, mas durando 42 s na média. É incerto se em ambiente natural e em colônias esses pinguins exibem o sono altamente fragmentado dos pinguins-de-barbicha.

E contrário ao esperado, pinguins-de-barbicha com ninhos na borda da colônia dormiam melhor (sono mais longo e profundo e menos fragmentado) do que aqueles com ninhos no centro, e não engajavam em mais sono de ondas lentas uni-hemisférico. Isso sugere que o padrão de sono já muito fragmentado nas bordas sofre ainda maior disrupção nas regiões mais próximas do centro da colônia devido a um maior nível de interações intraespecíficas. Isso é provavelmente fomentado por agressão intraespecífica e associado estresse, assim como o barulho excessivo no centro da colônia.

Apesar dos pesquisadores não terem medido o valor restaurativo dos micro-sonos nos pinguins-de-barbicha, o grande investimento desses animais nesse padrão de sono - potencialmente caracterizado por custosos lapsos temporários na vigilância visual (fechamento dos olhos) - e a habilidade de efetiva reprodução e criação de filhotes sugerem que os micro-sonos fornecem funções restaurativas nesses animais. O silêncio neuronal momentâneo que emerge em cada onda lenta pode fornecer janela para o descanso e a recuperação neuronais. De fato, atividade cerebral de ondas lentas durante o sono de humanos é crucial para o descanso e efeitos restaurativos, e, em contraste com os pinguins, essas ondas não são observadas quando experienciamos micro-sono (breve cochilo).

REFERÊNCIAS