В исследовании, которое могло помочь понять эволюционное происхождение сна у животных, международная группа исследователей показала, что крошечные водные гидры не только проявляют признаки сна, несмотря на отсутствие центральной нервной системы, но также реагируют на молекулы. связаны со сном у более развитых животных.
«Теперь у нас есть убедительные доказательства того, что животные, должно быть, приобрели потребность во сне до того, как приобрели мозг», – говорит Тайчи К. Ито, доцент факультета искусств и наук Университета Кюсю и руководитель исследования, опубликованного в Science Advances.
В то время как поведение во сне было недавно обнаружено у медуз, родственников гидр и других представителей филума Cnidaria, новое исследование, проведенное учеными из Университета Кюсю в Японии и Национального института науки и технологий Ульсана в Корее, показало, что некоторые химические вещества вызывают сонливость и сон. даже у людей имел аналогичные эффекты на виды Hydra vulgaris.
«Основываясь на наших выводах и предыдущих отчетах о медузах, мы можем сказать, что эволюция сна не зависит от эволюции мозга», – утверждает Ито.
«Остается еще много вопросов относительно того, как появился сон у животных, но гидры представляют собой существо, с которым легко обращаться, для дальнейшего изучения подробных механизмов, вызывающих сон у безмозглых животных, чтобы помочь, возможно, однажды ответить на эти вопросы."
Гидры длиной всего пару сантиметров имеют разветвленную сеть нервов, но не обладают централизацией, присущей головному мозгу.
Хотя сон часто контролируется на основе измерения мозговых волн, это не вариант для крошечных безмозглых животных.
В качестве альтернативы исследователи использовали видеосистему для отслеживания движения, чтобы определить, когда гидры находились в состоянии сна, характеризующемся уменьшенным движением, которое могло быть нарушено вспышкой света.
Вместо того, чтобы повторяться каждые 24 часа, как циркадный ритм, исследователи обнаружили, что гидры демонстрируют четырехчасовой цикл активного и похожего на сон состояний.
Что еще более важно, исследователи обнаружили много общего, связанного с регуляцией сна на молекулярном и генетическом уровне, независимо от наличия мозга.
Воздействие на гидры мелатонина, обычно используемого снотворного, умеренно увеличивало количество и частоту сна, в то время как ингибирующий нейротрансмиттер ГАМК, другое химическое вещество, связанное с активностью сна у многих животных, значительно увеличивало активность сна.
С другой стороны, дофамин, который вызывает возбуждение у многих животных, на самом деле способствует сну в гидрах.
«В то время как некоторые механизмы сна, по-видимому, были сохранены, другие, возможно, изменили функцию во время эволюции мозга», – предполагает Ито.
Кроме того, исследователи могли использовать вибрации и изменения температуры, чтобы нарушить сон гидр и вызвать признаки недосыпания, заставляя гидры спать дольше на следующий день и даже подавляя пролиферацию клеток.
При более тщательном изучении, исследователи обнаружили, что лишение сна приводит к изменениям экспрессии 212 генов, в том числе одного, связанного с PRKG, белком, участвующим в регуляции сна у широкого круга животных, включая мышей, плодовых мух и нематод.
Нарушение других генов плодовых мух, которые, по-видимому, имеют общее эволюционное происхождение с генами, связанными со сном, в гидрах изменило продолжительность сна у плодовых мух, и дальнейшее исследование таких генов может помочь идентифицировать неизвестные в настоящее время гены, связанные со сном, у животных с мозгом.
«Взятые вместе, эти эксперименты предоставляют убедительные доказательства того, что животные приобрели механизмы, связанные со сном, до эволюционного развития центральной нервной системы, и что многие из этих механизмов сохранялись по мере развития мозга», – говорит Ито.