Бодрствовать слишком долго и мыслить правильно может быть чрезвычайно трудным. Часто бывает достаточно нескольких мгновений сна, чтобы мозг снова начал работать. Но когда и почему животные начали нуждаться во сне, и обязательно ли при этом иметь мозг?
Теперь у нас есть веские доказательства того, что животные, должно быть, приобрели потребность во сне до того, как приобрели мозг.
Тайчи К. Ито, доцент факультета искусств и науки Университета Кюсю
В исследовании, которое поможет понять эволюционное происхождение сна у животных, международная группа исследователей показала, что крошечные водные гидры не только проявляют признаки сна, несмотря на отсутствие центральной нервной системы, но также реагируют на молекулы, связанные со сном у более развитых животных.
В то время как поведение во сне было недавно обнаружено у медуз, родственников гидр, новое исследование, проведенное учеными из Университета Кюсю в Японии и Национального института науки и технологий Ульсана в Корее, показало, что некоторые химические вещества, вызывающие сонливость и сон, имели аналогичные эффекты на виды Hydra vulgaris.
Основываясь на наших открытиях и предыдущих отчетах о медузах, мы можем сказать, что эволюция сна не зависит от эволюции мозга. Многие вопросы все еще остаются относительно того, как появился сон у животных. Гидры представляют собой простое в обращении существо для дальнейшего изучения детальных механизмов, вызывающих сон у животных без мозга.
Тайчи К. Ито, доцент факультета искусств и науки Университета Кюсю
Гидры длиной всего пару сантиметров, и они имеют разветвленную сеть нервов, но не имеют централизации, присущей мозгу. Хотя сон часто контролируется на основе измерения мозговых волн, это не вариант для крошечных безмозглых животных.
В качестве альтернативы исследователи использовали видеосистему для отслеживания движения, чтобы определить, когда гидры находились в состоянии сна, характеризующемся уменьшенным движением, которое могло быть нарушено вспышкой света.
Вместо того, чтобы повторяться каждые 24 часа, как циркадный ритм, исследователи обнаружили, что гидры демонстрируют четырехчасовой цикл активного и похожего на сон состояний. Что еще более важно, исследователи обнаружили множественное сходство, связанное с регуляцией сна на молекулярном и генетическом уровне, независимо от наличия мозга.
Воздействие на гидру мелатонина, широко используемого снотворного, умеренно увеличивало количество и частоту сна, в то время как ингибирующий нейротрансмиттер ГАМК, другое химическое вещество, связанное с активностью сна у многих животных, значительно увеличивало активность сна. С другой стороны, дофамин, вызывающий возбуждение у многих животных, у гидр способствовал сну.
В то время как некоторые механизмы сна, по-видимому, были сохранены, другие, возможно, переключили функцию в процессе эволюции мозга.
Тайчи К. Ито, доцент факультета искусств и науки Университета Кюсю
Кроме того, исследователи могли использовать вибрации и изменения температуры, чтобы нарушить сон гидр и вызвать признаки недосыпания, заставляя гидр спать дольше на следующий день и даже подавляя пролиферацию клеток.
При более тщательном исследовании ученые обнаружили, что лишение сна приводит к изменениям экспрессии 212 генов, включая ген, связанный с PRKG, белком, участвующим в регуляции сна у многих животных, включая мышей, плодовых мух и нематод.
Взятые вместе, эти эксперименты предоставляют убедительные доказательства того, что животные приобрели механизмы, связанные со сном, до эволюционного развития центральной нервной системы, и что многие из этих механизмов сохранялись по мере развития мозга.
Тайчи К. Ито, доцент факультета искусств и науки Университета Кюсю
Нарушение других генов плодовых мух, которые, по-видимому, имеют общее эволюционное происхождение с генами, связанными со сном, в гидрах изменило продолжительность сна, и дальнейшее исследование таких генов может помочь идентифицировать неизвестные в настоящее время гены, связанные со сном, у животных с мозгом.
Читайте также
Минздрав Аргентины раскрыл данные о побочных эффектах у получивших «Спутник V».
Утконос оказался генетической смесью млекопитающих, птиц и рептилий.
Стало известно, почему сперматозоиды двигаются по прямой.
Аборты и наука: что будет с детьми, которых родят.