0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сон важнее, чем мы думаем: даже медузы спят

Сон важнее, чем мы думаем: даже медузы спят

Сон важнее, чем мы думаем: даже медузы спят 12.02.2018 16:19

Исследователи из Калифорнийского технологического университета обнаружили, что медузы способны спать. Ранее ни у одного существа, не обладающего головным мозгом, подобное поведение не регистрировалось.

Открытие, сделанное Рави Натом (Ravi Nath), Майклом Абрамсом (Michael Abrams) и Клер Бедбрук (Claire Bedbrook) полностью меняет наше представления об эволюции сна: необходимость в сне появилась гораздо раньше, чем принято считать и нужен он, оказывается, не только для перезагрузки мозга.

Изучая спящих медуз вида Cassiopeia, авторы, возможно, приблизятся к разгадке причин существования «парадокса сна». Спящая особь может стать жертвой хищника и погибнуть, может упустить источник пищи и умереть от голода, а также избежать встречи с особью противоположного пола – так будет упущена возможность передать свои гены следующим поколениям. Таким образом, сон мешает осуществлять многие действия, способствующие естественному отбору.

Но, тем не менее, сон сохранился, а не исчез в процессе эволюции. Это значит, что он по-прежнему необходим живым существам, причем, как оказывается, нужен не только высокоразвитым позвоночным, но и менее совершенным беспозвоночным животным.

Хорошо известно о том, что недостаток сна может привести к ряду серьезных проблем со здоровьем – в экспериментах, где мышей лишали сна, грызуны достаточно быстро погибали. Подобная картина наблюдалась и с круглыми червями, чей мозг состоит всего из 302 нейронов – даже нематодам был нужен сон для того, чтобы жить.

У медуз, которых изучали американские исследователи, нет мозга в привычном нам понимании. Они обладают нервной системой диффузного типа – нервные клетки распределены по всему телу, а поведение этих существ серьезно отличается от поведения большинства животных. Авторы отмечают, что это скорее животные-растения. Энергию они получают благодаря симбиозу с крошечными фотосинтезирующими организмами, живущими в их клетках. Рот у них отсутствует – пищу они всасывают с помощью пор в своих щупальцах.

Чтобы продемонстрировать, что такие примитивные существа действительно могут спать, ученые проверили, соответствует ли поведение медуз в состоянии покоя нескольким критериям сна.

Оказалось, что да. Животные становились неактивны, но при этом не были парализованы – ночью медузы двигались на 30% менее активно, чем в светлое время суток. В то же время они реагировали на еду, брошенную в аквариум – это свидетельствовало о том, что они действительно не были парализованы.

Кассиопеи не сразу реагировали на раздражители и изменения окружающей среды – это значило, что для того, чтобы привлечь их внимание, нужно было «разбудить» медуз. Они по-разному реагировали на одни и те же изменения в дневное время и то время, когда они находились в состоянии сна.

Наконец, сон был связан с работой некоторых внутренних механизмов, существующих в организме медузы – при их нарушении и отсутствии сна, организм животных начинал функционировать ненормально. Ученые объясняют, что это характерно и для людей – если мы не высыпаемся, мы становимся раздражительными и нервными, нам сложнее выполнять ежедневные дела и наши постоянные обязанности.

Авторы целую ночь лишали медуз сна, вызывая каждые 20 минут волны в аквариуме: на следующий день животные были менее активны, а на следующую ночь спали крепче обычного.

Руководитель лаборатории, биолог Пол Стернберг (Paul Sternberg) считает проведенное исследование очень важным. И он, и его коллеги поясняют, что сон – очень древнее эволюционное приобретение, которое существует уже миллионы лет. Авторы собираются продолжать свои эксперименты чтобы понять, для чего же он нужен медузам, чья нервная система является более, чем примитивной – это поможет лучше понять, для чего сон нужен более развитым существам, в том числе и людям.

Для сна не нужен мозг: медузы гарантируют

Ученые из Caltech выяснили, что, вопреки расхожему мнению, сон — вовсе не привилегия существ, обладающих мозгом и сложной нервной системой. Оказалось, что и медузы с их крайне примитивным строением спят практически так же, как человек.

Мы привыкли думать о сне как о способе восстановить мозговую активность: обработать накопленную за день информацию, очистить ткани от токсинов и подготовить организм к новому дню. Но оказалось, что сон необходим даже животным, у которых мозга попросту… нет. Биологи выяснили, что, подобно людям, даже медузы порой засыпают, а если их разбудить раньше срока, то они испытывают тот же ряд проблем, что и мы. Поскольку на генеалогическом древе животных эти существа находятся почти в самом низу, новая работа демонстрирует, что и способность спать у живых существ появилась весьма рано.

Чем сон отличается от простого отдыха

Дэвид Райзен, специалист по нейробиологии и сна в Университете Пенсильвании, не участвовавший в новом исследовании, уверен, что сон был доступен уже самым первым животным на нашей планете. Другой специалист, Уильям Стонер, невролог Калифорнийского университета в Сан-Диего, отмечает, что новое исследование бросает вызов некоторым общепринятым убеждениям — к примеру тому, что сон требует централизованной нервной системы и связанных нейронных кластеров.

Читать еще:  У иммунных клеток нашелся неожиданный помощник

Самой большой проблемой в подобных исследованиях является, как ни странно, определение самого понятия «сон». Автор исследования, Пол Штернберг, биолог Калифорнийского технологического института (Caltech) в Пасадене, утверждает, что спать могут рыбы, мухи и даже черви. Да, люди и другие животные часто просто отдыхают, но сон качественно отличается от передышки по нескольким ключевым факторам.

Во-первых, во время дремы организм не реагирует на легкие прикосновения и тихие звуки, но стоит превысить определенный предел — и спящий сразу проснется. Кроме того, если один сеанс сна будет недостаточно длинным, то в следующий раз живое существо будет вынуждено спать дольше, чтобы полностью восстановиться. Рыбы, мухи и даже черви, которые соответствуют этим критериям, имеют своего рода «мозг», где нервные клетки группируются в ганглии и могут координировать процесс сна. Но три аспиранта из Caltech решили выяснить, способна ли спать простая медуза, у которой вместо головного мозга лишь примитивная кольцевая нервная система. Рави Нат, Клэр Бедбрук и Майкл Абрамс изучили несколько видов медуз из рода Cassiopea, которые, как правило, ведут малоподвижный образ жизни в мелководных тропических водоемах. В отличие от большинства медуз, Cassiopea подобно кораллам питаются микроскопическими водорослями, раз в секунду производя мантией пульсирующие движения — так медузы фильтруют воду и избавляются от несъедобных отходов.

Спят ли медузы?

Чтобы узнать, могут ли эти в высшей степени пассивные организмы спать, студенты построили специальные аквариумы, где камеры в течение недели отслеживали пульсацию 23 медуз. Оказалось, что ее ритм меняется в зависимости от времени суток: ночью медузы замедлялись до 39 импульсов в минуту, в сравнении с 60 импульсами днем. Результат исследования опубликованы на портале Current Biology. Чтобы убедиться, что это именно сон, ученые извлекали животных на поверхность и наблюдали за тем, с какой скоростью они снова вернутся на прежний уровень. Днем медузы реагировали быстро, однако ночью им требовалось примерно 30 секунд на то, чтобы сориентироваться и восстановить положение в пространстве.

Но необходим ли медузам сон в той же степени, что и людям? Чтобы выяснить это, студенты не давали животным спать, каждые 20 минут ночь перемешивая воду. После 6 часов подобных испытаний на утро медузы были вялыми и малоактивными, а после 12 часов и вовсе почти не двигались, пока на следующий день им не дали поспать вволю. В качестве контрольного испытания исследователи ввели медузе мелатонин — вещество, вызывающее состояние сна, которое моментально «вырубило» животное. Это стало окончательным доказательством того, что сон медузы мало чем отличается от сна человека.

Значение исследования и мнение экспертов

Впрочем, с результатами исследования согласны далеко не все. Андерс Гарм, невролог из Копенгагенского университета, считает, что без детального исследования процессов, происходящих в нервной системе, говорит о том, что медузы спят полноценным сном пока рано. Он полагает, что могут существовать и другие физиологические процессы, объясняющие подобное поведение: к примеру, активность пульсации может быть эволюционно завязана на уровне освещения.

Другие специалисты поддерживают работу ученых из Caltech. Их работа показала, что не только мозговые ткани, но и отдельные нервные клетки нуждаются в отдыхе. Следующим шагом станет аналогичное исследование, проведенное на губках — существах еще более древних, чем медузы.

Даже медузы спят

Три студента Калифорнийского технологического университета доказали, что у этих живых существ есть своя версия сна.

Когда Рави Нат задал знакомым вопрос спит ли медуза, то обнаружил, что большинство считает, что знает ответ. Примерно половина говорит «да», а половина — «нет». Некоторые учёные утверждают, что в общепринятом понимании только млекопитающие и птицы могут действительно спать. Другие люди думают, что даже растения имеют что-то похожее на сон. «У каждого человека, которого я спрашивал, есть своё мнение» — говорит Нат — «даже у 10-летнего ребёнка есть ответ».

Свой вариант есть и у Ната. Вместе со своими друзьями и коллегами из Калифорнийского технологического института Клэр Бедбрук и Майклом Абрамсом он провёл ряд экспериментов над медузой по имени Кассиопея, которые подтвердили, что медузы действительно входят в состояние спячки. Каждую ночь они становятся менее активными и отзывчивыми. Их можно легко разбудить, но если они слишком долго лишены этих медленных периодов, то становятся ещё более пассивными и вяло реагируют на следующий день, как если бы они «валились с ног». А это, в свою очередь имеет большое значение для понимания того, как развивается сон, и почему.

Сон широко распространён в животном мире. Спят рыбы, мухи, даже черви нематоды, которых изучает Нат. Но медузы принадлежат к одной из самых древних групп живых существ, которые отделились остальных не менее 600 миллионов лет назад. Если у них также есть версия сна, это говорит о том, что корни такого поведения более древние, чем кто-либо подозревал.

Читать еще:  Остеохондроз шейного отдела позвоночника костоправ

Снятся ли медузам водные овцы? Никто не может ответить

Пока неясно, почему живые существа вообще спят, но недостатка в версиях нет. Учёные утверждали, что сон помогает людям чистить мозг от токсинов, закреплять информацию или восстанавливать его для нового дня обучения. Но ни одна из этих гипотез не имеет большого смысла в случае медузы, потому что у них вообще нет мозгов. У них просто нервная сеть — свободное кольцо нейронов, которое располагается по краю пульсирующих колоколов. «Возможно, причина существования сна — нечто более основательное, чем сохранение энергии» — говорит Бедбрук — «это может быть что-то необходимое для нервной системы, независимо от того, насколько она проста или сложна».

Бедбрук и друзья начали изучать Кассиопею в квартире учёной, наблюдая за её движениями за светом от iPhone. Кассиопея — перевёрнутая медуза. Он редко плавает, а вместо этого сидит, перевернувшись на поверхности, используя свой пульсирующий колокол, чтобы направлять воду к щупальцам. И эти пульсирующие движения становились медленнее ночью. «Вы действительно можете сказать, когда смотрите на них по ночам, что они менее активны, чем в течение дня» — говорит Бедбрук.

Вместо того, чтобы полагаться на наблюдения, трио разработало систему визуализации, которая автоматически подсчитывала импульсы медузы в течение нескольких дней и ночей. «Мы сразу увидели цельную картину» — говорит Бедбрук. Медузы на 30 процентов менее активны ночью. Они пульсируют реже, и проходят через несколько пауз, длительностью 10-20 секунд, в ходе которых полностью прекращают пульсировать.

Но сон — это не просто бездействие. Он определяется несколькими другими критериями — и трио начало проверять каждый.

Во-первых, бездействие должно быть обратимым, если вы не можете проснуться, то ваше состояние можно скорее охарактеризовать как коматоз а не как сон. И действительно, когда трио разбудило медуз, предложив им ночную пищу, они отметили, что животные стали такими же активными, как обычно днём.

Во-вторых, спящее животное должно быть невосприимчивым — нужно приложить больше усилий, чтобы привлечь их внимание когда они спят, чем когда они бодрствуют. Чтобы проверить это, трио поместило свою медузу в трубу из ПВХ с прозрачным дном. Подняв трубку, а затем опустив ее, они смогли ненадолго поместить животное в середину воды. Кассиопея не любит свободно плавать и обычно всплывает вверх. Но ночью она реагировала гораздо медленнее; это напоминало то, как другие существа после сна становятся более неуклюжими.

«Это было очень убедительно» — говорит Бедбрук. «Иногда, когда мы бросали медузу в воду ночью, она не пульсировала, а просто плавала на дне. Это сильно отличается от того, как она реагировала на стимулы в течение дня». Но если учёные повторяли эксперимент всего через 30 секунд, медуза реагировала так же, как и в течение дня. «Теперь она проснулась!» — говорит Абрамс.

Наконец, спящее существо должно страдать, если лишено сна, и добирать необходимое на следующую ночь. «Если не спим ночью, то на следующий день чувствуем усталость», объясняет Рат. Он и его друзья проверили этот эффект на своей медузе, беспокоя её струями воды каждые 20 минут. После каждого впрыска существо пульсировало быстрее, а затем возвращалось в неактивное состояние. И после целой ночи тревожности она и другие медузы были менее активны на следующий день. Напротив, те же самые водяные струи, которыми их беспокоили в течение дня, когда существа бодроствовали, не имели такого эффекта.

Сон медуз – не такой как сон человека. Он гораздо древнее.

Это впечатляющий набор результатов. Но для Надин Граветт из Университета Витватерсранда, которая работала над изучением сна слонов, этого недостаточно. Она рассказывает, что учёные обычно изучают сон с помощью электродов на головах животных, с помощью которых они измеряют электрическую активность мозга. Без этого «нельзя утверждать, что у медуз есть состояние сна» — говорит Граветт. «Самое большее, что можно сказать, заключается в том, что в контролируемых лабораторных условиях они показывают определённые периоды бездействия — и, возможно, сон происходит в течение этих периодов».

Но Изабелла Капеллини из Университета Халла отмечает, что электрические записи используются только для количественного определения сна у млекопитающих и птиц, но не, скажем, у рыб или насекомых. «При изучении сна у таких живых существ мы можем полагаться только на поведение» — говорит она.

Основываясь на этом определении, эксперименты трио из Калифорнийского университета «служат серьёзными доказательствами существования сна у медуз», добавляет Шерил Ван Бускирк из Калифорнийского государственного университета. «Это говорит о том, что сон не может быть результатом сложности нервной системы, а скорее является основным свойством нейронов. Почему для возбудимых клеток требуются периоды снижения активности, остаётся загадкой, но меня не удивило бы, если бы ответ был получен из исследований, подобных этим».

Нат понимает скептицизм. Это та же реакция, с которой сталкивались исследователи, когда они впервые начали утверждать, что мухи или черви могут спать. Но он не утверждает, что сон медузы точно такой же, как сон человека. Он гораздо древнее. У него масса таких же функций, но, например, нет очевидного аналога сна REM — периода, когда наши закрытые глаза быстро двигаются, мышцы расслабляются, а мозги демонстрируют яркие сны. Снятся ли медузам водные овцы? Никто не может ответить.

Читать еще:  Дисторсия шейного отдела позвоночника — что это такое

Следующим шагом команды является изучение генов медузы. Гены, которые влияют на сон у мух и червей, такие же, как и у мышей и людей, и, основываясь на предварительном изучении генома Кассиопеи, они считают, что у неё то же самое. «Нам нужно каким-то образом заблокировать их, чтобы понять, как они влияют на поведение», — говорит Абрамс.

Конечно, медуза, похоже, реагирует на те же самые вызывающие сон химикаты, которые воздействуют на человеческий мозг. Когда учёные вводили существам мелатонин, гормон, который заставляет людей спать, они пульсировали медленнее. И когда они лечили медузу антигистамином — класс наркотиков, который часто вызывает у людей сонливость – реакция была такая же.

«Однако мы пробовали пробовали кофеин, и не обнаружили реакции» — говорит Бедбрук.

«Так что всё гораздо сложнее» — добавляет Абрамс — «кофе, например, не работает».

Сон важнее, чем мы думаем: даже медузы спят

Исследователи из Калифорнийского технологического университета обнаружили, что медузы способны спать. Ранее ни у одного существа, не обладающего головным мозгом, подобное поведение не регистрировалось.

Открытие, сделанное Рави Натом (Ravi Nath), Майклом Абрамсом (Michael Abrams) и Клер Бедбрук (Claire Bedbrook) полностью меняет наше представления об эволюции сна: необходимость в сне появилась гораздо раньше, чем принято считать и нужен он, оказывается, не только для перезагрузки мозга.

Изучая спящих медуз вида Cassiopeia, авторы, возможно, приблизятся к разгадке причин существования «парадокса сна». Спящая особь может стать жертвой хищника и погибнуть, может упустить источник пищи и умереть от голода, а также избежать встречи с особью противоположного пола – так будет упущена возможность передать свои гены следующим поколениям. Таким образом, сон мешает осуществлять многие действия, способствующие естественному отбору.

Но, тем не менее, сон сохранился, а не исчез в процессе эволюции. Это значит, что он по-прежнему необходим живым существам, причем, как оказывается, нужен не только высокоразвитым позвоночным, но и менее совершенным беспозвоночным животным.

Хорошо известно о том, что недостаток сна может привести к ряду серьезных проблем со здоровьем – в экспериментах, где мышей лишали сна, грызуны достаточно быстро погибали. Подобная картина наблюдалась и с круглыми червями, чей мозг состоит всего из 302 нейронов – даже нематодам был нужен сон для того, чтобы жить.

У медуз, которых изучали американские исследователи, нет мозга в привычном нам понимании. Они обладают нервной системой диффузного типа – нервные клетки распределены по всему телу, а поведение этих существ серьезно отличается от поведения большинства животных. Авторы отмечают, что это скорее животные-растения. Энергию они получают благодаря симбиозу с крошечными фотосинтезирующими организмами, живущими в их клетках. Рот у них отсутствует – пищу они всасывают с помощью пор в своих щупальцах.

Чтобы продемонстрировать, что такие примитивные существа действительно могут спать, ученые проверили, соответствует ли поведение медуз в состоянии покоя нескольким критериям сна.

Оказалось, что да. Животные становились неактивны, но при этом не были парализованы – ночью медузы двигались на 30% менее активно, чем в светлое время суток. В то же время они реагировали на еду, брошенную в аквариум – это свидетельствовало о том, что они действительно не были парализованы.

Кассиопеи не сразу реагировали на раздражители и изменения окружающей среды – это значило, что для того, чтобы привлечь их внимание, нужно было «разбудить» медуз. Они по-разному реагировали на одни и те же изменения в дневное время и то время, когда они находились в состоянии сна.

Наконец, сон был связан с работой некоторых внутренних механизмов, существующих в организме медузы – при их нарушении и отсутствии сна, организм животных начинал функционировать ненормально. Ученые объясняют, что это характерно и для людей – если мы не высыпаемся, мы становимся раздражительными и нервными, нам сложнее выполнять ежедневные дела и наши постоянные обязанности.

Авторы целую ночь лишали медуз сна, вызывая каждые 20 минут волны в аквариуме: на следующий день животные были менее активны, а на следующую ночь спали крепче обычного.

Руководитель лаборатории, биолог Пол Стернберг (Paul Sternberg) считает проведенное исследование очень важным. И он, и его коллеги поясняют, что сон – очень древнее эволюционное приобретение, которое существует уже миллионы лет. Авторы собираются продолжать свои эксперименты чтобы понять, для чего же он нужен медузам, чья нервная система является более, чем примитивной – это поможет лучше понять, для чего сон нужен более развитым существам, в том числе и людям.

«Почти треть нашей жизни мы проводим во сне, так зачем же мы это делаем?», – задается вопросом Стернберг.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector