У медуз отсутствует головной мозг и даже простая рудиментарная нервная система, но у них, по-видимому, проявляются какие-то признаки наличия высшей нервной деятельности.
Интересные открытия
Новые открытия биологов показывают, что медузы время от времени пребывают в фазе сна. Если научное изыскание, опубликованное в журнале Current Biology, будет подтверждено будущими исследованиями, то медузы станут первыми в мире беспозвоночными, у которых отсутствует высшая нервная организация, но которые способны спать. Это открытие могло бы подтвердить теорию о том, что сон является неотъемлемым свойством нейронов. Если быть точнее, сон может быть той способностью, которую нервные клетки обеспечивают даже без наличия сложной организации.
«Новизна открытия заключается в том, что это беспозвоночное животное, которое появилось на нашей планете очень давно, отличается от людей и высших животных механизмом сна», — утверждает соавтор исследования Клэр Бедбрук.
Истоки сна
Сон играет огромную роль в процессе выживания, но никто не может с уверенностью сказать, по каким причинам он развился в природе. Исследование, которое было проведено в 1995 году, выявило, что после полного лишения крыс ночного отдыха грызуны погибли в течение последующих трех недель. Также было установлено, что у простейших членистоногих, к примеру у червя Caenorhabditis elegans, у которого имеется 302 нейрона и неразвитая нервная система, проявляются фазы бодрствования и отдыха, похожего на сон.
Рави Нат, аспирант Калифорнийского технического института, и его лаборант, Пол Штернберг, задавались вопросом, могут ли быть найдены доказательства наличия сна у более простых животных.
Как оказалось, параллельно с этим другой аспирант института, Майкл Абрамс, растил медуз в лаборатории биолога Лиа Гоэнторо для совсем другого научного изыскания. Он заметил, что медуза Кассиопея или перевернутая медуза, становится менее активной ночью. В дикой природе большую часть своего времени беспозвоночное проводит щупальцами вверх на дне океана.
«Ее тело пульсирует примерно раз в секунду, — сказал Абрамс Live Science. — Такое положение делает медузу весьма легким объектом для научного наблюдения».
Поведение медуз
Абрамс, Нат и Бедбрук составили единую команду ученых. Целью их исследования стало изучение поведения медуз. Чтобы доказать, что медузы спят, биологам следовало аргументировать, что поведенческая модель животных соответствует общепринятым критериям сна.
К основным показателям следует отнести:
- пониженную физическую активность, которая отличается от наблюдаемой в коматозном или бессознательном состояниях;
- падение уровня чувствительности к стимулам по сравнению с состоянием бодрствования;
- регуляция на уровне гомеостаза, что предполагает существование какого-то врожденного механизма, обеспечивающего сон и потребность животного в отдыхе.
Проведенные опыты
Медуза Кассиопея, известная в биологии благодаря своему особому положению тела как медуза-перевертыш, по мнению ученых, спит по ночам. Чтобы произвести измерение активности животного, исследователи фиксировали показатель скорости пульсации колокола 23 медуз на протяжении недели. Было обнаружено, что интенсивность снижалась на 32 % в ночное время и составляла примерно 1 155 импульсов в течение 20 минут за день и 781 импульсов в течение 20 минут за ночь.
Когда научные сотрудники положили в емкость с медузами немного пищи, то беспозвоночные поменяли местоположение, а пульсация их тела достигла дневных показателей. В научном исследовании указывается, что этот период отдыха был легко обратимым.
Но становятся ли медузы менее активными, чем обычно? Чтобы выяснить это, биологи поместили животных в маленькие контейнеры из ПВХ-труб с сетчатым дном. Они осторожно клали медузу на дно бака, затем быстро встряхивали контейнер, заставляя ее всплыть. Медузы предпочитают сидеть так, чтобы суметь всплыть. Но они делали это намного быстрее в течение дня, начиная пульсировать через 2 секунды после того, как перемещались с глубины на поверхность воды. Им требовалось около 6 секунд, чтобы начать пульсировать и двигаться после пробуждения ото сна.
Лежит ли в основе сна медуз гомеостаз?
Затем исследователи проверяли, контролировалось ли сонное поведение у медуз посредством гомеостаза. Проще говоря, вопрос состоял в том, будут ли беспозвоночные проявлять активность на следующий день, если их сон был нарушен в течение ночи?
Чтобы узнать об этом, исследователи на протяжении 10 секунд каждые 20 минут искусственно создавали небольшие волны в контейнере. Они обнаружили, что, когда они мешали медузе отдыхать, то в течение последних 6 часов ночи у животного было отмечено снижение пульсаций, а на протяжении четырех часов следующего дня — на 12 %. Нарушение реакции выглядело так, как будто у животных были проблемы с пробуждением. Когда исследователи прерывали сон медузы всю ночь, активность животных на следующий день была снижена на 17 %. Интересно, что после полноценной ночи отдыха без каких-либо нарушений на следующий день медуза вернулась к нормальному уровню активности.
Эволюция сна
Главный вопрос заключается в том, является ли смена сна и бодрствования у медуз стабильной. Учеными давно установлено, что за контроль сна у червей, мух, рыбок данио и людей отвечают одни и те же гены и молекулы. Но они не были найдены у медуз.
В ходе одного интересного опыта биологи разбавили емкость с водой, где находились беспозвоночные, двумя веществами, которые влияют на торможение нервных клеток у людей. Это были мелатонин и антигистаминпириламин. При добавлении этих веществ медузы также проявляли меньшую активность. Таким образом, предполагается, что механизм сна у самых старых беспозвоночных животных на земле и людей может обладать одинаковыми биологическими корнями.
Поиск новых исследовательских подходов
«Каков же общий принцип, отвечающий за это состояние сна, который имеется у всех живых существ?» — задается вопросом биолог Бедбрук.
Следующим шагом в научном исследовании, по словам Натта, может стать применение электродов для отслеживания уровня активности нейронов медузы во время пребывания во сне.
«Предстоит установить, существуют ли другие разновидности медуз, которые так же отдыхают, — добавляет биолог Бедбрук. — Наша исследовательская группа также хотела бы понять, спят ли губки, которые являются живыми существами более низкого уровня, чем медузы». Губки вообще не имеют нервной системы, хотя у них имеются некоторые рудиментарные гены и белки, которые были обнаружены в нервных системах других животных.
