24/04/2023 - 11:20
Cientistas registraram pela primeira vez a atividade cerebral em um mamífero marinho selvagem de vida livre, revelando os hábitos de sono dos elefantes-marinhos durante os meses que eles passam no mar.
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As novas descobertas, publicadas na revista Science, mostram que, embora os elefantes-marinhos possam passar 10 horas por dia dormindo na praia durante a época de reprodução, eles dormem em média apenas 2 horas por dia quando estão no mar em viagens de busca de alimentos que duram meses. Eles dormem por cerca de 10 minutos de cada vez durante mergulhos profundos de 30 minutos, muitas vezes descendo em espiral enquanto dormem profundamente e, às vezes, deitados imóveis no fundo do mar.
A primeira autora do artigo, Jessica Kendall-Bar, liderou o estudo como pós-graduanda da Universidade da Califórnia em Santa Cruz (UCSC, nos EUA), trabalhando com Daniel Costa e Terrie Williams, ambos professores de ecologia e biologia evolutiva na UCSC.
Sofisticação progressiva
“Durante anos, uma das questões centrais sobre elefantes-marinhos tem sido quando eles dormem”, disse Costa, que dirige o Instituto de Ciências Marinhas da UCSC. O laboratório de Costa liderou o programa de pesquisa de elefantes-marinhos da UCSC na Reserva Año Nuevo por mais de 25 anos, usando etiquetas cada vez mais sofisticadas para rastrear os movimentos e o comportamento de mergulho desses animais durante suas migrações de alimentação, quando se dirigem para o Oceano Pacífico Norte ao longo de cerca de 8 meses.
“Os registros de mergulho mostram que eles estão constantemente mergulhando, então pensamos que deveriam estar dormindo durante o que chamamos de mergulhos à deriva, quando param de nadar e afundam lentamente, mas realmente não sabíamos”, disse Costa. “Agora finalmente podemos dizer que eles estão definitivamente dormindo durante esses mergulhos, e também descobrimos que eles não estão dormindo muito em comparação com outros mamíferos.”
De fato, durante seus meses no mar, os elefantes-marinhos rivalizam com o recorde de menos sono entre todos os mamíferos, atualmente detido pelos elefantes-africanos, que parecem dormir apenas duas horas por dia com base em seus padrões de movimento.
“Os elefantes-marinhos são incomuns porque alternam entre dormir muito quando estão em terra, mais de 10 horas por dia, e duas horas ou menos quando estão no mar”, disse Kendall-Bar, que atualmente faz pós-doutorado no Scripps Institution of Oceanography da Universidade da Califórnia em San Diego.
Sistema confiável
Os elefantes-marinhos são mais vulneráveis a predadores como tubarões e baleias assassinas (orcas) quando estão na superfície em mar aberto, então eles passam apenas um ou dois minutos respirando na superfície entre os mergulhos.
“Eles são capazes de prender a respiração por um longo tempo, para que possam dormir profundamente nesses mergulhos abaixo da superfície, onde é seguro”, disse Kendall-Bar.
Kendall-Bar desenvolveu um sistema que pode registrar de forma confiável a atividade cerebral (como um eletroencefalograma, ou EEG) em elefantes-marinhos selvagens durante seu comportamento normal de mergulho no mar. Com uma capa de neoprene para proteger os sensores de EEG e um pequeno registrador de dados para registrar os sinais, o sistema pode ser recuperado quando os animais retornam à praia em Año Nuevo.
“Usamos os mesmos sensores que você usaria para um estudo do sono humano em uma clínica do sono e um adesivo removível e flexível para prendê-los à cabeça a fim de que a água não entrasse e interrompesse os sinais”, disse Kendall-Bar.
Espiral do sono
Além do sistema EEG, os elefantes-marinhos carregavam gravadores de tempo e profundidade, acelerômetros e outros instrumentos que permitiam aos pesquisadores rastrear os movimentos dos animais e a atividade cerebral correspondente. As gravações mostram esses mamíferos mergulhando e entrando no estágio de sono profundo conhecido como sono de ondas lentas, mantendo um deslizamento controlado para baixo e, em seguida, fazendo a transição para o sono de movimento rápido dos olhos (REM), quando a paralisia do sono os faz virar de cabeça para baixo e flutuar para baixo em uma “espiral do sono”.
“Eles entram em sono de ondas lentas e mantêm a postura corporal por vários minutos antes da transição para o sono REM, quando perdem o controle postural e viram de cabeça para baixo”, disse Kendall-Bar.
Nas profundidades em que isso acontece, os elefantes-marinhos geralmente flutuam negativamente e continuam a cair passivamente em uma espiral de saca-rolhas “como uma folha caindo”, disse Williams. Em águas mais rasas sobre a plataforma continental, os elefantes-marinhos às vezes dormem enquanto descansam no fundo do mar.
“Não parece possível que eles realmente entrem em sono REM paralítico durante um mergulho, mas isso nos diz algo sobre os processos de tomada de decisão desses elefantes-marinhos para ver onde na coluna de água eles se sentem seguros o suficiente para dormir”, disse Williams, que dirige o Laboratório de Neurofisiologia Comparada da UCSC.
Observações prolongadas
Depois de desenvolver o novo instrumento EEG, Kendall-Bar primeiramente o implantou em elefantes-marinhos alojados temporariamente nas instalações de mamíferos marinhos do Long Marine Laboratory da UCSC. O passo seguinte foi implantá-lo em animais da colônia de elefantes-marinhos na Reserva Año Nuevo, ao norte de Santa Cruz, onde os pesquisadores puderam observar os animais na praia.
“Passei muito tempo observando elefantes-marinhos adormecidos”, disse Kendall-Bar. “Nossa equipe monitorou animais instrumentados para garantir que eles pudessem se reintegrar à colônia e se comportassem naturalmente.”
Alguns desses elefantes-marinhos faziam pequenas excursões na água, mas, para observarem o comportamento de mergulho, os pesquisadores usaram um procedimento de translocação desenvolvido pelo laboratório de Costa. Elefantes-marinhos jovens equipados com sensores EEG e rastreadores foram transportados de Año Nuevo para Monterey e soltos em uma praia no extremo sul da baía de Monterey. Nos dias seguintes, os animais nadariam de volta para Año Nuevo através do profundo Monterey Canyon, onde seu comportamento de mergulho é muito semelhante ao observado durante viagens de busca de alimentos muito mais longas em mar aberto.
Com dados sobre atividade cerebral e comportamento de mergulho de 13 elefantes-marinhos fêmeas juvenis, incluindo um total de 104 mergulhos durante o sono, Kendall-Bar desenvolveu um algoritmo altamente preciso para identificar períodos de sono com base apenas nos dados do mergulho. Isso permitiu que ela estimasse as cotas de sono para 334 elefantes-marinhos adultos usando dados de mergulho registrados ao longo de vários meses durante suas viagens de busca de alimento.
Tour de force
“Por causa do conjunto de dados que Dan Costa selecionou ao longo de 25 anos de trabalho com elefantes-marinhos em Año Nuevo, pude extrapolar nossos resultados para mais de 300 animais e obter uma visão populacional do comportamento do sono”, disse Kendall-Bar. Ela agora planeja usar métodos semelhantes para estudar a atividade cerebral em outras espécies de focas e leões-marinhos e em mergulhadores humanos.
Williams chamou o trabalho de Kendall-Bar no projeto de tour de force. “É uma façanha incrível fazer isso”, afirmou ela. “Ela desenvolveu um sistema EEG para trabalhar em um animal que está mergulhando várias centenas de metros no oceano. Em seguida, ela usa os dados para criar animações baseadas em dados para que possamos realmente visualizar o que o animal está fazendo enquanto mergulha na coluna d’água.”
Os resultados podem ser úteis para os esforços de conservação, revelando uma “paisagem do sono” de áreas de descanso preferidas, disse Williams. “Normalmente, nos preocupamos em proteger as áreas onde os animais vão se alimentar, mas talvez os locais onde eles dormem sejam tão importantes quanto qualquer outro habitat crítico”, disse ela.
