На первый взгляд кажется, что люди имеют очень мало общего с Кассиопеей, примитивной медузой. Кассиопея безмозглая, бесхребетная и практически всю свою жизнь проводит, сидя вверх ногами на дне океана, пульсируя каждые несколько секунд. Однако теперь ученые из Калифорнийского технологического института обнаружили, что, какими бы разными ни казались наши распорядки дня, люди и медузы на самом деле начинают и заканчивают свой день одним и тем же поведением: сном. Этот вывод о том, что медузы спят, подразумевает, что сон - это древнее поведение, практически не затронутое тысячелетиями эволюции.
Работа была результатом сотрудничества между тремя лабораториями Калифорнийского технологического института под руководством: Пола Штернберга, профессора биологии Томаса Ханта Моргана и исследователя Медицинского института Говарда Хьюза; Вивиана Градинару (BS '05), доцент кафедры биологии и биологической инженерии, исследователь Медицинского исследовательского института Heritage и директор Центра молекулярной и клеточной неврологии Института неврологии Тяньцяо и Крисси Чен в Калифорнийском технологическом институте; и Леа Гоенторо, доцент биологии. Работа появится в Интернете в выпуске журнала Current Biology от 21 сентября..
«Возможно, неудивительно, что медузы спят - в конце концов, спят млекопитающие и другие беспозвоночные, такие как черви и плодовые мушки», - говорит Рави Нат, соавтор статьи и аспирант Штернбергского университета. лаборатория. «Но медузы - самые эволюционно древние животные, которые, как известно, спят. Это открытие поднимает еще много вопросов: является ли сон свойством нейронов? И, возможно, более надуманный вопрос: спят ли растения?»
Чтобы считаться «спящим», организм должен соответствовать трем критическим критериям. Во-первых, он должен демонстрировать период пониженной активности или покоя. Во-вторых, организм должен демонстрировать пониженную реакцию на стимулы, которые в противном случае вызывают возбуждение, в состоянии покоя. Наконец, организм должен проявлять повышенное влечение ко сну, когда его лишают сна.
Когда люди спят, мы неактивны, мы часто можем спать из-за шума или других помех, на которые мы могли бы иначе реагировать, если бы мы бодрствовали, и мы, вероятно, заснем в течение дня, если мы не будем высыпайтесь», - говорит Клэр Бедбрук, соавтор и аспирант лаборатории Градинару. «Может показаться, что мы сильно отличаемся от медуз, но у нас обоих одинаковое состояние сна».
Итак, как доказать, что медуза спит?
Во-первых, чтобы продемонстрировать спокойствие, команда установила систему камер для круглосуточного наблюдения за медузами. Они обнаружили, что медузы проходят периоды бездействия ночью, пульсируя всего около 39 раз в минуту, по сравнению с примерно 58 разами в минуту в течение дня..
Далее команда решила доказать, что у животных был повышенный порог возбуждения в этот период пониженной активности. Команда поместила медузу на платформу выше в аквариуме и вытащила платформу из-под животного, как только медуза показала признаки покоя. Обычно настороженная медуза сразу же плывет на дно аквариума. Но медуза в состоянии сна плавала в воде до пяти секунд, прежде чем «проснуться» и переориентироваться.
Наконец, исследователям нужно было показать, что, лишенные сна, желеобразные проявляют повышенное влечение ко сну - так же, как люди после бессонной ночи. Для этого исследователи каждые 10 секунд в течение 20 минут подавали воду на животных, эффективно «тыкая» их, чтобы они не заснули. Затем они заметили, что медузы с большей вероятностью впадают в состояние покоя в течение дня, когда они обычно активны.
Хотя эта работа демонстрирует, что медузы ведут себя во сне, генетические механизмы, лежащие в основе сна, остаются неизвестными.
«У многих животных есть одни и те же гены, которые управляют сном», - говорит Майкл Абрамс, соавтор и аспирант лаборатории Гоенторо. «Хотя измерение экспрессии генов у медуз выходило за рамки нашего проекта, мы проверили действие соединений, которые, как известно, способствуют сну у других животных, таких как мелатонин. Мы обнаружили, что эти соединения действительно влияют на сон медуз предсказанным образом., предполагая, что лежащий в их основе механизм сна аналогичен механизму сна других организмов, включая человека».
Этот проект стал результатом совместной работы нескольких лабораторий с разными областями знаний. Помимо трех первых авторов и их советников, в работе с медузой команде помогал Тай Бейсингер, лаборант из лаборатории Гоенторо; от Джастина Буа, преподавателя биологии и биологической инженерии, с вычислительным анализом; и от профессора биологии Дэвида Пробера, эксперта по тому, как гены и нейроны регулируют сон.
Доклад называется «Медуза Кассиопея находится в состоянии, похожем на сон». Финансирование было предоставлено Национальным институтом здравоохранения, Фондом сложных системных исследований Джеймса С. Макдоннелла, Национальным институтом психического здоровья, Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта, Национальным научным фондом, Институтом медицинских исследований наследия и Медицинский институт Говарда Хьюза.