сон | когда появился быстрый сон?

Считается, что это относительно недавнее приобретение, развлечение для продвинутых – млекопитающих и птиц. Но в последнее время появились данные, что эволюция не обделила быстрым сном и рептилий, - по крайней мере бородатых агам, комодского варана и аргентинского тегу. Фаза быстрого сна у них длится совсем недолго, но и медленного тоже: так, у агам каждый период длится всего по 80 секунд, и они непрерывно меняются на протяжении всех 10 часов сна ящерицы. Не все ученые уверены, что это именно быстрый сон: еще пять лет назад журнал Current Opinion in Physiology публиковал статью с характерным названием «Есть ли фаза быстрого сна у рептилий? Ключевой вопрос, но пока он остаётся без ответа». Если это действительно периоды быстрого сна, то окажется, что ящерицы проводят в нем намного больше времени, чем мы (люди проводят в быстром сне 80-110 минут в сутки, а коты, хоть и спят по 12 часов, - всего 30 минут). Возможно, быстрый сон рептилий хуже выполняет свою загадочную функцию, чем наш, поэтому его требуется больше…

У рыб фаза быстрого сна не обнаружена. Но почти все они отдыхают — обычно в каком-нибудь безопасном месте, например в подводной пещере, между камнями, зарывшись в песок или ил, хотя некоторые просто плавают на месте. Во сне у рыб замедляется обмен веществ, расслабляется мускулатура — только время от времени двигаются плавники для сохранения равновесия.

Спят ли насекомые? Во всяком случае, они отдыхают - расслабляются на несколько часов. Во время отдыха они не двигаются, за исключением случайных подергиваний, и не реагируют на сенсорные раздражители. Кстати, исследователи обнаружили, что репутация муравьев как неутомимых трудяг не соответствует реальности – половина муравейника обычно отдыхает, и среди муравьев полно любителей избегать работы.

Получается, быстрый сон появился у позвоночных существ, причем на поздней стадии развития – у рыб его еще нет, а у некоторых рептилий уже что-то подобное начинает появляться? Не все так просто! Мы уже знаем, что быстрый сон есть у самых интеллектуальных беспозвоночных – осьминогов и каракатиц. То есть быстрый сон мог возникнуть у них независимо, потому что очень нужен обладателям солидного мозга (мозг у них, кстати, тоже не общего происхождения с нашим, а возник независимо).

Вопрос происхождения быстрого сна дополнительно осложнило исследование, обнаружившее, что аналог быстрого сна, возможно, есть и у мух-дрозофил: их сон неоднороден и тоже делится на два периода, - во время первого нервная система мухи малоактивна, а второй наступает на несколько минут перед пробуждением: муха не реагирует на внешние стимулы и не двигается, однако клетки в составе ее комплекса центральных ганглиев почти так же активны, как при бодрствовани.

бонусами:

Осьминоги меняют цвет в зависимости от фазы сна - далее.

Когда осьминог бодрствует, он меняет цвет тела для маскировки. Во время медленного сна кожа осьминога бледнеет, теряя цвета, а в быстрой стадии на его теле сменяются яркие цветные узоры. Исследователи предположили даже, что эта игра цветов во время сна может указывать на то, что снится осьминогу.

А ведь нервная система головоногих совсем не похожа на нашу. Небольшой центральный мозг, свёрнутый бубликом вокруг глотки, занимается лишь самыми важными философскими вопросами, отдавая сиюминутные заботы на откуп автономным нервным центрам, расположенным в щупальцах. При этом фазы сна у осьминогов похожи на наши: они уходят спать в свои домики, прищуривают глаза и замирают. Раз примерно в 15 минут подёргивают щупальцами и стремительно меняют цвет, а их глаза начинают быстро двигаться, - все это, по-видимому, указывает на состояние быстрого сна. Каракатицы тоже демонстрируют такие состояния телесного покоя с быстрыми движениями глаз, изменением окраски тела и подергиванием щупалец.

Получается, фазы сна - это, как и сам сон, что-то очень важное и фундаментальное для нервной системы. Динамика смены медленного и быстрого сна у осьминога не такая как у нас, цикл намного короче, больше похожий на цикл птиц и пресмыкающихся: полчаса медленного сна, потом 40 секунд сна с быстрыми движениями глаз 🐙

В 2023 году ученые наконец выяснили, чем занят мозг пингвина бесконечными полярными днями и ночами. Оказалось, антарктические пингвины засыпают и просыпаются по десять тысяч раз в сутки, - отрубаются в среднем каждые 8 секунд на 4 секунды, а потом снова приходят в себя (там большой разброс - часто отключаются на доли секунды, а дольше всего - на 34 с). И никто не скучает!

Такой микросон, длящийся секунды, знаком и людям, - это серьезная опасность для водителей. До сих пор не было понятно, может ли микросон выполнять функции полноценного сна, но пингвины сделали ставку именно на него. Если суммировать все периоды их микросна, наберется целых 11 часов, и никакого другого сна им не надо. Это крайне важно, когда они месяцами сидят на яйцах, которые норовят украсть хищники.

Сон пингвинов изучали с помощью дистанционного мониторинга электроэнцефалограммы. Оказалось, иногда у них спит только одно полушарие мозга, как у дельфинов. В эти моменты пингвин закрывает один глаз. А если спят оба полушария, закрыты оба глаза.

Похожие способности есть и у многих перелетных птиц. Они могут спать прямо во время полета, особенно во время длительных миграций, При этом они способны ориентироваться, благодаря тому, что спит только половина мозга. Некоторые из них даже умеют контролировать глубину сна, открывая пошире или прикрывая свой бодрствующий глаз.

Кашалоты, чтобы поспать, делают глубокий вдох, заныривают, и замирают минут на 15 в вертикальном положении, стаями по 5-6 китов. Очень зрелищно! Но обнаружили это совсем недавно, в 2017 году, а с той поры наблюдали и снимали много раз. Такое положение тела, видимо, связано с тем, что в верхней части, в легких, воздух, да и в пасти пусто, - а нижняя часть тела более плотная и тяжелая. Кашалоты замирают для сна каждые несколько часов, - но в целом спят не больше пары часов в сутки, примерно как слоны.

Морским животным, предки которых жили на суше, пришлось изменить многие привычки, приспосабливаясь к новому образу жизни. Это касается и сна. Китообразные живут в воде, а дышат воздухом — если они будут спать как другие млекопитающие, то захлебнутся и умрут.

Эволюция решала эту проблему по-разному: у каждого из вторичноводных животных свой способ спать. Наиболее радикальный — у дельфинов. В начале 1970-х годов советские ученые открыли однополушарный сон дельфинов. Оказывается, у них сначала отсыпается одна половина мозга, затем другая — медленный сон у дельфинов как бы расщепился пополам. Бодрствующее полушарие занимается мониторингом окружающей среды, поэтому у дельфинов во время сна один глаз всегда открыт.

А фаза быстрого сна у них как будто вовсе отсутствует. Исследования сна дельфинов продолжаются уже 40 лет, но пока так и не удалось объективно подтвердить существование быстрого сна ни у одного из видов дельфинов. Некоторые наблюдения за поведением показывают, что у них встречаются состояния, похожие на очень короткие эпизоды быстрого сна, однако подтвердить их данными энцефалографии пока не удалось.

Из наземных млекопитающих меньше всех спят слоны. Исследователи из ЮАР несколько лет назад изучили, как спят африканские слоны в дикой природе, - на них вешали датчики и отпускали обратно в саванну. Оказалось, спят они всего пару часов в сутки, - ночью и на ногах. А ложатся в среднем раз в трое суток всего на часок - специально для быстрой фазы сна (ложатся, потому что в этой фазе скелетные мышцы расслабляются). Ложатся они всей семьей, оставляя слонят лежать в центре для безопасности. И в этот час им всем одновременно снятся сны…

Так же поступают многие копытные, например, лошади или жирафы – обычно недолго спят стоя, и лишь изредка совсем ненадолго ложатся для фазы быстрого сна.

Зачем мы спим? Наука уже предложила немало ответов, но они, как правило, подходят для существ с мозгом, - а между тем, безмозглые тоже спят.

Сон — опасное состояние. Он делает вас уязвимым для хищников, отнимает время, которое можно было бы потратить на добывание ресурсов, спаривание или уход за потомством. Но все животные с нервной системой всё равно спят, - а значит, сон должен выполнять какую-то фундаментальную биологическую функцию.

Уже выходили исследования, показавшие, что спят даже животные, не обладающие мозгом, - например, брюхоногие моллюски. Внешние признаки сна находили даже у медуз, обладающих простейшей нервной системой без всякого центра, - а ведь медузы гораздо древнее большинства животных, им больше 600 млн лет. Получается, сон — состояние очень древнее, старше мозга!

«Есть убедительные доказательства того, что сон возник вместе с нейронами, — говорит нейробиолог из Стэнфорда Рави Нат, в 2017 году обнаруживший у медуз сноподобное состояние. — Вероятно, существует основная функция сна, но каждый вид также адаптировал сон к своим собственным потребностям».

Новое исследование впервые подробно описывает режим сна медуз и актиний (тоже древних существ без мозга, из класса коралловых полипов). Медуза с красивым именем Кассиопея Андромеда спит, как и мы, примерно восемь часов в сутки, в основном ночью, но немного и в полдень. Актиния Nematostella vectensis тоже спит около трети суток.

А теперь о главном. В экспериментах на обоих видах неизменно обнаруживалось, что повреждение ДНК в нейронах увеличивалось во время бодрствования и уменьшалось во время сна. А когда исследователи вызывали повреждение ДНК с помощью ультрафиолетового излучения, медузы с актиниями реагировали увеличением продолжительности сна. Исследователи пришли к выводу, что во время бодрствования повреждение ДНК происходит быстрее, чем его восстановление, а сон - это специальный период для восстановления ДНК. Это и есть та самая основная функция сна.

Андрей Константинов