Хотя мы можем более или менее воздерживаться от некоторых основных биологических побуждений – еды, питья и секса – мы не можем делать то же самое со сном. В какой-то момент, сколько бы эспрессо мы ни выпили, мы просто рушимся. И каждое животное, которое было изучено, от плодовой мухи до лягушки, также демонстрирует какое-то поведение, похожее на сон. (Пол Стернберг, профессор биологии Моргана, был одним из первых, кто показал, что даже миллиметровый червь, называемый нематодами, впадает в своего рода сонное состояние.) Но почему мы ?? и весь остальной животный мир ?? спим в первую очередь??
«Мы так много времени проводим во сне, что, должно быть, делаем что-то важное», – говорит Дэвид Пробер, доцент биологии и эксперт по регулированию сна генами и нейронами. Да, мы дремлет, чтобы отдохнуть и восстановить силы, но что это означает на молекулярном, генетическом или даже клеточном уровне, остается загадкой. «Сказать, что мы спим, потому что мы устали, – это все равно что сказать, что мы едим, потому что мы голодны», Пробер говорит. Это не объясняет, почему лучше есть одни продукты, а не другие, и что эти разные виды продуктов делают для нас.??
По словам Пробера, никто точно не знает, почему мы спим, но есть четыре основных гипотезы. Во-первых, сон позволяет организму восстанавливать клетки, поврежденные побочными продуктами метаболизма, называемыми свободными радикалами. Производство этих высокореактивных веществ увеличивается в течение дня, когда метаболизм ускоряется. Действительно, ученые обнаружили, что экспрессия генов, участвующих в фиксации клеток, повышается во время сна. Эта гипотеза согласуется с тем фактом, что более мелкие животные, которые, как правило, имеют более высокий уровень метаболизма (и, следовательно, производят больше свободных радикалов), как правило, больше спят. Например, некоторые мыши спят по 20 часов в день, в то время как жирафам и слонам требуется только двух-трехчасовой сон.
Другая идея заключается в том, что сон помогает восполнить запасы топлива, которое сжигается во время бодрствования. Одним из возможных видов топлива является АТФ, универсальная молекула, несущая энергию, которая при сгорании создает конечный продукт, называемый аденозином. Поэтому, когда АТФ низкий, аденозин высокий, что говорит организму, что пора спать. Будучи постдоком в Гарварде, Пробер помог провести несколько экспериментов, в которых рыбкам данио давали лекарства, которые не позволяли аденозину цепляться за молекулы рецепторов, в результате чего рыба меньше спала. Но когда давали препараты с противоположным действием, они спали больше. С тех пор он расширил эти исследования в Калтехе.
Сон также может быть временем для вашего мозга, чтобы немного поработать. По мере того, как вы изучаете и усваиваете информацию в течение дня, вы постоянно генерируете новые синапсы, соединения между нейронами, через которые проходят мозговые сигналы. Но ваш череп имеет ограниченное пространство, поэтому перед сном может быть вычищены лишние синапсы.
И, наконец, во время ежедневного сна ваш мозг может воспроизводить события дня, укрепляя память и обучаясь. Танос Сиапас, доцент кафедры вычислений и нейронных систем, является одним из нескольких ученых, которые провели эксперименты, предлагающие такое объяснение сна. Он и его коллеги изучали активность мозга крыс, когда грызуны бегали по лабиринту, а затем еще раз, когда они спали. Образцы были похожи, предполагая, что крысы заново переживали свой день во сне.
Конечно, настоящая причина для сна может быть любой комбинацией этих четырех идей, говорит Пробер. Или, возможно, только одна из этих гипотез могла быть верной в эволюционном прошлом, но по мере развития организмов они нашли дополнительные применения для сна.
Исследователи лаборатории Пробера ищут генетические и нейронные системы, которые влияют на режим сна рыбок данио, изменяя их гены и наблюдая, как они засыпают. Верхняя камера снимает сотни крошечных личинок рыбок данио, когда они плавают в множестве неглубоких квадратных тарелок. Компьютер автоматически определяет, бодрствуют рыбы или нет, в зависимости от того, движутся они или неподвижны, и реагируют ли они на различные раздражители. Пробер идентифицировал около 500 лекарств, влияющих на их режим сна, и теперь его лаборатория ищет соответствующие генетические пути. Изучая рыб, исследователи надеются лучше понять сон более сложных организмов, таких как люди. «Даже если мы найдем только несколько новых генов, это действительно откроет поле», он говорит. Он добавляет, что будущее многообещающее, и для этого стоит бодрствовать.