Группа израильских исследователей установила, что одной из причин того, почему сон может быть так важен для животных и человека, является то, что он отключает нейроны, поэтому повреждение ДНК, накопленное в часы бодрствования, может быть восстановлено. Чем не повод поспать лишний час?
Научное исследование
Это наблюдение стало возможным только благодаря уникальному эксперименту, проводимому на животных. Ученые смогли заглянуть внутрь мозга живых рыбок данио, которые имеют прозрачную кожу и череп, а также занялись изучением ДНК в отдельных клетках мозга. Они обнаружили, что у рыб во время сна в нейронах система репарации ДНК, являющаяся, по сути, способностью исправлять разрывы и химические повреждения молекул, работала более эффективно.
Сон как универсальное средство
Как сказал Лиор Аппельбаум, доцент факультета естественных наук в Университете Бар-Илан в Израиле, все животные спят, даже медузы.
Исследования показали, что сон важен для души и тела. Он имеет жизненно важное значение для обучения и развития памяти, а длительное лишение сна может привести к депрессии, нарушению иммунной функции и другим хроническим проблемам со здоровьем.
С другой стороны, по мнению Аппельбаума, все же не до конца понятно, чем обусловлено исключительное значение сна для организма, потому что с точки зрения эволюции он имеет некоторые существенные недостатки.
Это рискованное поведение. Спящий организм может стать жертвой несчастного случая, его могут попросту съесть. Поэтому ученые занялись поисками серьезных преимуществ, объясняющих роль сна. Этот эксперимент разрабатывали с целью попытаться понять, как сон влияет на отдельные нейроны.
Глядя в мозг рыбок
Ученые использовали данио для проведения эксперимента, потому что они относятся, как и люди, к позвоночным, и имеют похожую, но гораздо более простую структуру мозга.
Кроме того, идеальным предметом для этого исследования их сделало то, что они прозрачны, что позволило заглянуть в их мозг и изучить нейронную активность без необходимости травмировать животных.
Аппельбаум и его команда использовали флуоресцентные белки для окрашивания ДНК и нейронов рыбок данио. Это позволило ему без проблем наблюдать активность хромосом в мозге рыбы.
Когда они рассмотрели замедленную фотографию мозговой деятельности рыбы, различия в активности стали очевидными. Динамика хромосомы, или движения, увеличилась во время сна. Это движение, казалось, было связано с эффективным восстановлением повреждений ДНК в хромосомах, которые накопились во время бодрствования.
Вид поражения ДНК, который они наблюдали, был естественной функцией генетической активности и стрессов клеточной функции. Даже в дневное время механизмы восстановления ДНК были активны. Однако во время бодрствования скорость накопления повреждения ДНК превышала скорость, с которой его можно было восстановить.
Однако после того как рыба погрузилась в сон, активность, приводившая к повреждению ДНК, была уменьшена, и повреждения больше не накапливались.
Движущиеся хромосомы стали сюрпризом
Как сказал Аппельбаум, то, что они обнаружили, было удивительным. Большинство людей считают, что во время сна нейроны в мозге, вероятно, отдыхают. Однако при тщательном изучении хромосом на самом деле было обнаружено обратное. Когда рыбы засыпают, хромосомы начинают больше двигаться, их скорость увеличивается почти вдвое. Это движение, казалось, способствовало восстановлению ДНК.
В качестве аналогии ученый использовал город, дневная жизнь которого связана с большим количеством проблем, пробками на дорогах, мусором, выбоинами на асфальте и т. д. Ночью, когда город затихает, к делу приступают те, кто занимается уборкой и техническим обслуживанием. При этом люди ночью, без дополнительных помех, начинают двигаться быстрее, как и хромосомы, и они восстанавливают все повреждения, которые произошли в течение дня, что позволяет быть готовым к следующему дню.
От рыбы к человеку
Аппельбаум предполагает, что развитие сна у живых организмов связано именно с необходимостью посвятить некоторое время и ресурсы восстановлению ДНК, выведенных из строя нейронов.
Возможно, когда человек чувствует себя очень уставшим, это связано с тем, что он накопил слишком много повреждений нейронов, и мозг сигнализирует организму, чтобы он заснул для восстановления ДНК.
Аппельбаум считает, что это может быть одной из многих причин, по которым нам нужно спать. Однако он предупреждает, что его наблюдения пока относятся только к рыбкам данио. Чтобы доказать, что это явление универсально, он планирует в будущем заняться его поисками в других типах клеток и организмов.
