Вы не поверите, что ученые увидели под микроскопом: рыбка дремала, а её глаза двигались как у человека во сне
Это меняет понимание эволюции REM-стадии
Мы привыкли, что быстрые движения глаз под веками — верный признак глубокого сна и ярких сновидений. У человека, кошки или крысы эту стадию видно сразу. А что насчет рыб? Долгое время биологи спорили, есть ли у них нечто подобное.
И вот группа из Института биологической кибернетики им. Макса Планка в Тюбингене решила вопрос экспериментально. Да — у рыб тоже бывает сложная архитектура сна. И с движениями глаз, и без них.
Как устроен сон у данио-рерио
Объектом исследования стала популярная лабораторная рыбка данио-рерио. Как и многие костистые рыбы, она периодически замирает на несколько минут и теряет чувствительность к внешним раздражителям. Но, как выяснили ученые, эти периоды покоя далеко не одинаковы.
Команде удалось выделить три типа сна с движениями глаз (их назвали QEM-состояния) и еще один — без малейшего движения глаз.
Предыдущие работы фиксировали эпизодические движения глаз у рыб, но никто не изучал их системно в течение полного цикла сна.
— Честно говоря, я был поражен, когда впервые увидел, как глаза рыб двигаются этим характерным образом, — признается Викаш Чоудхари, соавтор исследования.
Что дала новая технология
Секрет успеха — в хитрой экспериментальной установке. Исследователи первыми в мире одновременно регистрировали движения глаз и тела у свободно плавающих рыб на протяжении всех 24 часов.
Помог специализированный микроскоп слежения. Личинки данио-рерио имеют прозрачный мозг — это позволило фиксировать нейронную активность в реальном времени.
Сочетая записи активности мозга с видеонаблюдением, команда увидела четкую картину:
Ночью преобладает сон без движений глаз.
Из трех QEM-состояний одно достигает пика ночью.
Другое QEM-состояние усиливается под утро.
А вот самое неожиданное. QEM-1 — самый частый тип сна с движениями глаз — случается почти исключительно днем.
И это при том, что в фазе QEM-1 рыбу особенно трудно разбудить. Она становится легкой добычей для хищников. Зачем эволюции такой рискованный дневной сон? Загадка.
Дневной сон как защитный механизм?
В этой дневной фазе команда зафиксировала сильное общее снижение активности мозга. Вместе с другими нейронными и поведенческими маркерами это подтверждает: QEM-1 — это полноценное состояние сна. Что-то вроде нашей дневной дремоты, только глубже.
Более того, по записям активности мозга удалось предсказывать, как долго рыба продремлет и когда именно проснется.
Дополнительные опыты с разным освещением показали: архитектура сна у рыб определяется одновременной работой внутренних биологических часов и внешнего света. И это не случайность — те же четыре состояния нашли у двух родственных видов данио. Значит, такая структура сна передается по наследству.
А зачем вообще нужны движения глаз?
Результаты ставят ученых перед новыми вопросами. Выполняют ли сами движения глаз какую-то функцию? Или это просто побочный эффект нейронной активности?
— Нам очень любопытно, какую роль играют разные стадии сна, — говорит Дженнифер М. Ли, руководитель лаборатории. — Сон важен для восстановления памяти, выведения отходов и многого другого. Но мы пока не до конца понимаем, почему эти процессы так жестко распределены во времени.
Рыбки с их прозрачным мозгом — мощный инструмент для ответа на эти вопросы. Сейчас команда сосредоточилась на ночной нейронной активности, чтобы разобраться в механизмах и функциях каждой из стадий.
Одно ясно уже сегодня: сон устроен куда сложнее, чем мы думали. И его корни уходят гораздо глубже в эволюцию.
