Общаемся на темы, связанные с происхождением жизни
Ответить
Профессор
Участник
Баланс:2501
 
Сообщения: 167
Регистрация: 26.10.2019

Сон появился раньше головного мозга

Профессор » 03.08.2021 14:24

+
5
-
Обычно сон связывают с мозгом. Однако некоторые животные заставили учёных сделать вывод, что сон возник задолго до появления головного мозга и вообще головы. Исследователи предполагают, что спать умеют даже существа, у которых нет ни одного нейрона.

Изображение

Гидра — простое существо. У нет головного мозга, более того: отсутствуют многие элементы развитой нервной системы. И всё же, она способна спать. Гидра периодически погружается в состояние покоя, отвечающее основным критериям сна.

Более ста лет исследователи сна (сомнологи) изучали его роль и структуру в головном мозге. Учёных интересовало, как сон связан с памятью и научением. Они пронумеровали нейронные цепи, которые погружают нас в сонное состояние и выводят из него. Они записали, как при прохождении разных стадий сна меняются ритмы головного мозга, и попытались найти причину этого. Масса научных исследований и бытовых наблюдений подтверждает связь человеческого сна с головным мозгом.

Но помимо неврологического подхода к изучению сна появился другой. Исследуя мышцы и некоторые другие ткани за пределами нервной системы, учёные установили, что производимые этими тканями молекулы способны регулировать сон. Сон широко вмешивается в обмен веществ и, следовательно, оказывает не только неврологическое влияние. На протяжении десятилетий медленно, но неуклонно рос объём научных работ, свидетельствующих о том, что простые организмы, несмотря на незначительное количество головного мозга, тратят значительное время на нечто, очень напоминающее сон. Иногда поведение этих животных классифицируется как всего лишь «похожее на сон», но чем тщательнее проведено исследование, тем менее понятно, почему нельзя заявить прямо: это сон.

Простые существа — теперь в их числе и безмозглая гидра — способны спать. Из этого открытия вытекает интригующий вывод: если для сна не нужен головной мозг, то сон может представлять собой гораздо более широкое явление, чем принято считать.


Сон — не то же, что зимняя спячка, кома, состояние опьянения или какое-то ещё состояние покоя, писал французский сомнолог Анри Пьерон (Henri Piéron) в 1913 году. Хотя у всех существ наблюдаются похожие друг на друга формы отсутствия движения, у каждой из них своя специфика, а у нас ежедневная потеря активности выглядит особенно странно, ибо сопровождается замиранием сознания. Человек, которому не удалось поспать, ходит, как в тумане, легко теряется, не способен ясно мыслить. Исследователи сна считали важным понять его воздействие на головной мозг.

Как следствие, в середине ХХ века сложилась следующая ситуация: хочешь изучать сон — становись специалистом по чтению электроэнцефалограмм (ЭЭГ). Прикрепляя электроды к людям, кошкам или крысам, исследователи научились точно определять, спит ли объект и в какой стадии сна он пребывает. Такой подход привёл к массе открытий, но при этом сформировал в сомнологии мешающий её развитию уклон: почти всё, что ей удалось установить, дало исследование организмов, к которым можно прикреплять электроды, и сомнологи стали оказывать всё большее предпочтение определению сна с точки зрения связанной с ним активности головного мозга.

Это расстроило Ирен Тоблер (Irene Tobler), физиолога сна из Цюрихского университета (University of Zurich). Работая там в конце 1970-х годов, Тоблер решила выяснить, способны ли беспозвоночные, в частности насекомые, спать, как и млекопитающие. Для этого она взялась исследовать поведение тараканов. Благодаря Пьерону и другим сомнологам Тоблер знала, что сон можно определять не только в терминах неврологии, но и поведенчески.

Она выделила набор поведенческих критериев для определения сна без опоры на ЭЭГ. У спящего животного отсутствует локомоция. Пробудить его труднее, чем вынудить активизироваться, когда оно просто отдыхает. Оно может принимать позу, отличающуюся от принимаемых при бодрствовании, или искать для сна определённое место. Пробудившись, ведёт себя нормально, а не вяло. И ещё один критерий Тоблер сформулировала сама, в результате работы с крысами: животное, которое разбудили, потревожив, позднее спит дольше или глубже, чем обычно. Это называют гомеостазом сна.

Вскоре Тоблер заявила, что у тараканов есть либо сон, либо что-то очень похожее. Реакция её коллег, большинство из которых изучало высших млекопитающих, последовала незамедлительно. «Считалось ересью даже думать об этом, — вспоминает Тоблер. — Поначалу меня прямо-таки высмеивали. Это было не очень-то приятно. Но у меня было предчувствие, что со временем всё станет на свои места». Она изучала скорпионов, жирафов, хомяков, кошек — всего 22 вида. В ней жила уверенность, что в конечном итоге наука признает широкую распространённость сна и сомнологи увидят необходимость руководствоваться выделенными ею поведенческими критериями.

В конце 1990-х годов эти критерии взяли на вооружение Амита Сехгал (Amita Sehgal) из Медицинской школы Пенсильванского университета (University of Pennsylvania School of Medicine), Пол Шоу (Paul Shaw) (в настоящее время работающий в Медицинской школе Вашингтонского университета (Washington University School of Medicine) в Сент-Луисе) и их коллеги. Они входили в состав двух независимых групп исследователей, приступивших к тщательному изучению состояния покоя плодовых мушек. По-прежнему считалось, отмечает Амита Сехгал, что сном должны заниматься психологи, а не генетики или специалисты в области клеточной биологии. Тогдашние научные знания о молекулярных механизмах сна Сехгал охарактеризовала так: «сомнология спала».

Однако после открытия генов, регулирующих суточную активность организма, бурно развивалась соседняя область — биология циркадных ритмов. Если бы удалось выявить молекулярный механизм сна — если бы для его изучения подошла такая прекрасно изученная модель, как плодовая мушка, — тогда появилась бы возможность совершить сомнологическую революцию. Мушек, как и тоблеровских тараканов и скорпионов, подключить к аппарату ЭЭГ весьма проблематично. Зато не составляет особого труда установить за ними ежеминутное наблюдение и их реакцию на депривацию сна можно тщательно фиксировать.


Роль мозга всё меньше

В январе 2000 года Сехгал и её коллеги опубликовали научную статью, где, опираясь на полученные ими экспериментальные данные, заявили, что плодовые мушки способны спать. К такому же выводу пришли Шоу и его коллеги, опубликовавшие результаты своей работы, проведённой независимо от команды Сехгал, в марте того же года. Сомнология, отмечает Шоу, упорно не хотела признавать, что самый настоящий сон есть и у беспозвоночных и что человеческий сон можно успешно исследовать с помощью мушек. Но мушки доказали свою ценность для сомнологии. Сегодня, исследуя сон, их используют более 50 лабораторий, и сделанные в ходе этих исследований открытия свидетельствуют о том, что основные свойства сна одни и те же у всех животных. И мушками биологи не ограничились. «Показав наличие сна у мушек, — говорит Шоу, — мы сделали возможным говорить о наличии сна везде».

Сон животных не всегда похож на стандартный сон людей. Исследователи выяснили, что дельфины и перелётные птицы, бодрствуя, способны погружать в сон половину головного мозга. Слоны бодрствуют почти ежечасно, а маленькие коричневые летучие мыши почти ежечасно спят.

В 2008 году Дэвид Райзен (David Raizen) и его коллеги даже заявили о наличии сна у круглого червя (Caenorhabditis elegans). В биологических лабораториях этот организм широко используют в качестве модельного. Его тело включает в себя всего-навсего 959 клеток (не считая гонад) с 302 нейронами, которые в основном находятся в голове, образуя несколько кластеров. В отличие от многих других существ, C. Elegans не делит каждые сутки своей жизни на два периода — время бодрствования и время сна. Вместо этого он спит — крохотными порциями — во время своего развития. А взрослый червь спит только после периодов стресса.

Изображение
У медуз рода Cassiopea, живущих «вверх тормашками», нет центральной нервной системы, но есть сон. Эти животные постоянно пульсируют, но ночью их пульсация ослабевает, и они демонстрируют другое, связанное со сном поведение.

Свидетельства о наличии сна у существ с примитивной нервной системой, казалось, достигли вершины около пяти лет назад, когда были опубликованы результаты исследования медуз. Медуза из рода Cassiopea, длина которой около четырёх дюймов, проводит бóльшую часть времени головой вниз. Её щупальца, направленные к поверхности океана, пульсируют, проталкивая морскую воду через её тело. Когда Майкл Абрамс (Michael Abrams), ныне научный сотрудник Калифорнийского университета (University of California) в Беркли, и два аспиранта Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology) задались вопросом, есть ли у кассиопей сон, они решили действовать так же, как Тоблер, когда та, чтобы узнать, способны ли спать примитивные организмы, взялась исследовать тараканов. Наличие сна у медуз означало бы, что, возможно, сон появился более 1 миллиарда лет назад и является одной из основных функций почти всех животных, даже тех, у которых нет головного мозга.

https://www.quantamagazine.org/sleep-ev ... f-20210518
https://advances.sciencemag.org/content/6/41/eabb9415
Поделиться:

Аватара пользователя
MoonBear
Участник
Баланс:5328
 
Сообщения: 319
Регистрация: 02.06.2020

Re: Сон появился раньше головного мозга

MoonBear » 04.08.2021 08:29

+
7
-
Действительно, предположения не только интересные, из разряда, - ну надо же, что бывает, но и заставляющие задуматься несколько шире высказанного, взглянув на ситуацию с ракурса эволюционного развития всей биосферы в целом. При этом, стоит учесть условия окружающей среды: изменение продолжительности дня, климатические колебания и другие, что влияют на формирование нишевой приспособляемости.

В таком случае сон, можно рассматривать как способ адаптации живых существ, что повышает конкурентоспособность особи, а, следовательно, и вида. Механизм основывается на обязательном многофакторном изменении окружающей среды, особенно, когда колебания имеют ритмичный характер: смена дня и ночи, прилив-отлив и т.д. Во время сна происходит не только «разрядка» нервной системы и снятие напряжения, но и глубокие биохимические процессы в клетках, связанные, в первую очередь, с восстановительными реакциями внутриклеточных структур. Не зря еще наши предки заметили – ночью все заживает лучше.

С учетом этого фактора, становится понятным «выбранный» эволюцией способ организации жизни существ. Те, кто на заре времен, не использовал цикличный способ внутренней регуляции, а параллельно осуществлял весь спектр необходимых процессов в организме, проиграл максимально эффективным (пусть и не постоянно), умеющим менять фазу активности на отдых под условным камнем (нора, темнота и т.д.).

Каждая среда индивидуально выработала ритм, хотя за основу смены периодов большинства живых существ, выступила смена дня и ночи, разделив на два условных лагеря: активных днем и активных ночью. С точки зрения возникновения жизни на земле, как материи, в виде вирусов, бактерий и многоклеточных структур, подобное положение дел логично. В те далекие времена климат и прочие условия на территории всей планеты, фактически не различались, представляя собой однородную среду с одной глобальной переменной свет-тьма.

По моему предположению, именно этот приобретенный цикл «активность-восстановление», за счет смены дня и ночи, лег в основу дальнейшего развития биосферы нашей планеты. Заложенный изначально механизм, неизбежно отразился и на функционале нервных тканей, вызывая эффект сна, который мы воспринимаем только с точки зрения неотъемлемой черты высших животных. А, это, не так.

Кроме того, выработанный цикличный механизм внутренней регуляции при дальнейшей эволюции, развивался не только в сторону смены освещенности, но запускался и от других полярных, но, обязательно периодических факторов окружающей среды. Например: сезон дождей, изменение содержания в воде: кислорода, соли и многое другое.

Аватара пользователя
Director
Эксперт
Баланс:13642
 
Сообщения: 680
Регистрация: 20.06.2018

Re: Сон появился раньше головного мозга

Director » 04.08.2021 17:23

+
0
-
Как говорится, я аплодирую стоя выступлению коллеги MoonBear
MoonBear писал(а):
04.08.2021 08:29
... сон... способ адаптации живых существ, что повышает конкурентоспособность особи, а, следовательно, и вида.

Механизм основывается на обязательном многофакторном изменении окружающей среды, особенно, когда колебания имеют ритмичный характер: смена дня и ночи, прилив-отлив и т.д.

Во время сна происходит не только «разрядка» нервной системы и снятие напряжения, но и глубокие биохимические процессы в клетках, связанные, в первую очередь, с восстановительными реакциями внутриклеточных структур.

Не зря еще наши предки заметили – ночью все заживает лучше.

С учетом этого фактора, становится понятным «выбранный» эволюцией способ организации жизни существ. Те, кто на заре времен, не использовал цикличный способ внутренней регуляции, а параллельно осуществлял весь спектр необходимых процессов в организме, проиграл максимально эффективным (пусть и не постоянно), умеющим менять фазу активности на отдых под условным камнем (нора, темнота и т.д.).

... В те далекие времена климат и прочие условия на территории всей планеты, фактически не различались, представляя собой однородную среду с одной глобальной переменной свет-тьма.

По моему предположению, именно этот приобретенный цикл «активность-восстановление», за счет смены дня и ночи, лег в основу дальнейшего развития биосферы нашей планеты. Заложенный изначально механизм, неизбежно отразился и на функционале нервных тканей, вызывая эффект сна, который мы воспринимаем только с точки зрения неотъемлемой черты высших животных. А, это, не так.

Кроме того, выработанный цикличный механизм внутренней регуляции при дальнейшей эволюции, развивался .... запускался и от других полярных, но, обязательно периодических факторов окружающей среды. Например: сезон дождей, изменение содержания в воде: кислорода, соли и многое другое.
Я полагаю, что коллеге MoonBear можно оформлять докторскую диссертацию по биологии (может быть на пару с Иваном Пигаревым).

П.С. Понятно, что официальные академики никакую степень не присвоят, но что нам эти официальные академики. Со временем мы сами внедрим свою систему отличия и тогда коллега MoonBear несомненно получит заслуженную награду.

Аватара пользователя
MoonBear
Участник
Баланс:5328
 
Сообщения: 319
Регистрация: 02.06.2020

Re: Сон появился раньше головного мозга

MoonBear » 04.08.2021 18:13

+
1
-
Спасибо уважаемому коллеге Director'у за высокую оценку моих теоретических предположений, но, к великому сожалению, с Иваном Пигаревым оформить совместную диссертацию не получится. Некоторое время назад я писал о нелепом дорожном происшествии, в следствие которого он погиб.

Ответить
   ПОМОЩЬ по форуму!