Не хватает рекомендуемых 7 часов сна? Последствия могут быть катастрофическими. Недостаточное количество сна может нарушить обмен веществ и изменить поведение ваших генов на долгие годы. Недостаток сна также напрямую связан с некоторыми из наиболее распространенных в Америке заболеваний: ожирением, диабетом второго типа, депрессией и сердечно-сосудистыми заболеваниями.
"Нарушение сна - это не просто следствие" болезни, говорит Филипп Муррен, нейробиолог из Стэнфордского центра наук о сне и медицины, "но это случайность, часть этиологии".
Муррен - молекулярный генетик растений, ставший биологом развития, который сейчас, на "третьем этапе своей научной жизни", изучает сон. Почему? Потому что это происходит во всем животном мире. "От осьминогов, насекомых и позвоночных, - говорит Муррен, - все мы спим, чтобы выжить. Вопрос в том, что происходит в эти потерянные часы, столь важные для всех живых существ?
Он надеется найти ответы в крошечных светящихся рыбках. В исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Nature, Муррен и его команда сообщают, что у зебрафиш есть две фазы сна, как и у людей. Это говорит о том, что сон, как его воспринимают люди, существует в животном мире уже более 450 миллионов лет.
Вы наверняка слышали о двух фазах сна у человека, которые часто называют REM (rapid eye movement) и non-REM. Non-REM или медленноволновой сон - это глубокий сон, в котором мозговая активность медленна и синхронизирована, а мышцы полностью расслаблены. REM, с другой стороны, также называют парадоксальным сном, потому что он представляет собой парадокс: мозг ведет себя так, как будто он бодрствует. Но тело, в частности, мышцы, чрезвычайно расслаблены.
У людей и зебрафиш есть общие черты поведения во время сна. Но когда вы увеличиваете масштаб и смотрите на деятельность мозга, Муррен спрашивает: Что похоже, а что отличается?
Зебрафиши - это крошечные прозрачные позвоночные. Их легко выращивать в больших количествах, сравнимых с человеческими (тоже позвоночными), и вы можете наблюдать за физиологическими процессами в реальном времени через их прозрачную кожу. Они считаются модельным организмом, идеально подходящим для исследования сна. В отличие от мышей и крыс, которые ведут ночной образ жизни, зебрафиши ведут дневной образ жизни, как люди: они спят ночью и бодрствуют днем.
Команда Муррена разработала метод сканирования всей зебрафиш. Они вставили ген в штамм зебрафиш, который позволяет рыбам экспрессировать флуоресцентный белок. Белок флуоресцирует только при увеличении содержания кальция в клетке (что является показателем повышенной физиологической активности). Таким образом, чем активнее работали мышцы, мозг, сердце или веки глаз рыбы, тем сильнее они мигали.
"Мы провели запись всего бриана", - говорит Мурррен. "Записывается каждая клетка в мозге рыбы, а также [в] мышцах тела".
Они обнаружили, что сон снижает общую активность мозга у зебрафиш, как и у людей. Также существовали две различные фазы, одна из которых включала медленную синхронизированную активность нейронов, как мы видим в медленно-волновом сне у человека. Вторая фаза не сопровождалась быстрым движением глаз, говорит Муррен, поэтому ее нельзя назвать REM. Но это было столь же парадоксально, поскольку рыба демонстрировала активность мозга без движения мышц.
Муррен и его команда надеются, что дальнейшие исследования этих таких же дремлющих существ помогут раскрыть секреты человеческого сна, что может помочь нам оставаться более здоровыми и счастливыми.
"Нет такого аспекта здоровья или физиологии, на который бы не влиял сон", - говорит Пол Шоу, нейробиолог из Вашингтонского университета, изучающий сон у плодовых мушек. "Метаболизм удивительным образом зависит от сна: один час сна в день меньше [чем рекомендуется], и это разрушает ваш метаболизм, и вы можете стать преддиабетиком".
Шоу ссылается на исследование, в котором 10-летние дети, получавшие на один час меньше рекомендованных 10 часов сна, имели более высокий риск развития диабета второго типа. Другое исследование показало, что всего одна ночь может изменить поведение ваших генов на долгие годы. А исследования на животных, проведенные еще в 1894 году, показали, что длительное недосыпание приводит к смерти.
"Нейроны в вашем [человеческом] мозге остаются неизменными от рождения до смерти, более или менее. Вы с ними рождаетесь и с ними умрете", - говорит Муррен. "Их нужно лелеять и заботиться о них на протяжении десятилетий, и очень вероятно, что сон - это тот период, когда мы заботимся о своем мозге".
Эта работа - "новая стратегия для более точного определения сна", - говорит Шоу. Теперь, когда установлена общность между зебрафишами и людьми, Муррен хочет выйти за рамки сна как поведения и выяснить, что это такое на клеточном, молекулярном и генетическом уровне.
У спящих мышей есть доказательства того, что мозг занят удалением токсичных побочных продуктов, восстановлением ДНК и восстановлением связей между нейронами. Муррен подозревает, что аналогичные процессы происходят и у людей, и, вероятно, многие другие формы метаболической и неврологической уборки, но у нас пока нет прямых доказательств. Что бы ни происходило в спящих клетках, говорит Муррен, это необходимо для жизни всего животного царства.
Вывод, - говорит Муррен, - заключается в том, что люди не такие уж особенные". Наша ДНК на 80-90% идентична ДНК зебрафиш, говорит он. И благодаря этим маленьким светящимся дальним родственникам, возможно, мы наконец-то сможем понять, как ночной сон помогает нам выжить.