На первый взгляд, у дрозофилы, осьминога, птицы и человека нет ничего общего. Некоторые живут на суше, некоторые — в воде. Одни летают, другие ходят по земле. Некоторые из них — позвоночные, некоторые — беспозвоночные. Но представители всех этих видов нуждаются во сне. Журнал Wired сообщает, что ученые изучили сон осьминогов, кальмаров, птиц и мух, чтобы понять, как работают сны.
Почти все живые организмы (за исключением, пожалуй, одноклеточных) спят. Однако точно неизвестно, почему. Ученые считают, что сон способствует улучшению памяти, развитию и обучению. И нет сомнений в том, что человеку необходим сон для нормального функционирования. Но кроме этого, мы мало что знаем.
Маркос Франк, нейробиолог из Университета штата Вашингтон, сравнивает сон с загадочным органом. Его существование и важная роль очевидны, но его функции и механизмы остаются неизвестными.
Что еще более интересно, некоторые организмы имеют только одно состояние сна, при котором мозг в основном бездействует, в то время как другие организмы проходят через две фазы: фазу сна и активную фазу. У людей активная фаза сна называется фазой REM. Пока мы находимся на этой стадии, мы видим сны и просыпаемся с большим трудом.
Ранее ученые никогда не изучали эту стадию сна у амфибий и рептилий. Поэтому до недавнего времени считалось, что он возник на более поздней стадии эволюции. Однако в 2016 году активная стадия сна была обнаружена у ящериц, а в 2019 году такое же открытие было сделано у кальмаров. И вот, в марте этого года бразильские биологи опубликовали в журнале iScience статью, описывающую стадию REM-сна у осьминогов.
Поскольку головоногие моллюски как класс эволюционировали задолго до общего предка птиц и человека, ученые предположили, что быстрая стадия сна, вероятно, была более распространена, чем считалось ранее, и развивалась в разное время у разных видов, как и крылья и способность летать у насекомых, летучих мышей и птиц. развивались независимо друг от друга. Этот процесс известен как конвергентная эволюция.
Если мы сможем понять, чем вызвана эта адаптация и в каких генах она закодирована, это прольет свет на роль, которую играет сон в функционировании нервной системы», — объясняет СидартаРибейро, соавтор и руководитель исследования. Институт мозга Федерального университета Рио-Гранде-ду-Норти.
Чтобы узнать о функции сна в жизни животного, сначала нужно точно определить, когда они спят. И это сложнее, чем кажется. Представьте, что вы нашли организм на Марсе, — говорит Маркос Франк. -Как узнать, спит ли он?».
У млекопитающих ученые могут контролировать нейронную активность, вживляя электроды в мозг. Однако центральная нервная система осьминогов сильно дивергирует. Вместо мозга щупальца имеют восемь ганглиев, которые могут функционировать независимо друг от друга.
Поэтому коллеги Рибейро обратили свое внимание на поведенческие характеристики осьминогов. Для начала Сильвия Медейрос, аспирант и ведущий автор исследования, измерила порог возбуждения этих существ. Трем из четырех осьминогов дали визуальные стимулы — видео с движущимся крабом. Для четвертого был выбран вибрационный стимул в виде светового крана в аквариуме. Медейрош хотел проверить, насколько быстро они реагируют на раздражители в бодрствующем состоянии. Затем тест повторяли, когда они казались неактивными, и снова измеряли скорость реакции. Более медленные реакции указывают на глубокий сон.
Команда также направила камеру на спящего осьминога и наблюдала за изменениями в рисунке его кожи.
Когда осьминоги бодрствуют, они меняют цвет во время брачных игр, борются за территорию и пытаются спрятаться от хищников. Во всех этих случаях изменение цвета связано с тем, что происходит вокруг них. Мы обнаружили, что изменение цвета у спящих осьминогов никак не связано с внешними раздражителями, — говорит Медейрош. Моторные нейроны контролируют изменение цвета, добавляет он, поэтому узоры, возникающие во время сна, могут быть связаны со сновидениями.
В статье описывается простая ситуация, когда половина осьминога полностью белая, а другая половина полностью черная. Такая окраска обычно появляется во время ухаживания или территориальных состязаний. Животные, очевидно, не делали ни того, ни другого, что заставило исследователей предположить, что осьминогу могли присниться эти события. Однако есть и другое объяснение. Эти изменения не наблюдались во время самых глубоких стадий сна, что может указывать на сонное состояние.
Хотя в исследовании приняли участие только четыре осьминога, такой размер выборки является нормальным для подобного рода исследований, говорит Телесиглесиас, биохимический зоолог из Окинавского института науки и технологии и ведущий автор исследования кальмаров 2019 года. По ее словам, надежность эксперимента высока, поскольку изменения наблюдались неоднократно.
Иглесиас утверждает, что существует «все больше доказательств» того, что головоногие моллюски видят сны. Во время экспериментов с кальмарами ей было трудно определить, когда они спят. После недели бесплодных наблюдений он решил посмотреть видео в поисках непрозрачных подсказок. Именно тогда он заметил изменение в рисунке их кожи. Как и у осьминога, эти изменения не соответствовали типичным реакциям на окружающую среду. Наблюдаемые изменения цвета являются признаками нейронной активности на поверхности кожи, — говорит Иглесиас.
Однако сны головоногих могут отличаться от человеческих. Группа бразильских исследователей обнаружила, что активная фаза сна осьминогов длится менее минуты, в то время как у человека она может продолжаться до часа.
Более длительные стадии REM-сна позволяют видеть сны со сложными и запутанными сценариями, множеством персонажей и символическим значением. Если осьминог видит сон, говорит Медейрос, он, скорее всего, будет очень коротким, как анимированный GIF. Сон кальмара, вероятно, был бы еще короче.
Даже если они очень короткие, активные стадии сна подвергают осьминогов опасности. Глубокий сон делает животное уязвимым, не позволяет ему заметить приближающихся хищников, а в случае с осьминогами также препятствует камуфляжу.
Существование этой опасной адаптации предполагает, что она дает некое эволюционное преимущество, утверждают исследователи. Рибейро считает, что активная фаза сна — это период взаимодействия между различными частями мозга, который укрепляет связи между нейронами и помогает перенести информацию о пережитом из краткосрочной памяти в долгосрочную.
Он утверждает, что исследования показали, что птицы исполняют свои песни во время активной фазы сна. Даже у простой дрозофилы, демонстрирующей признаки активного сна, мозг состоит из множества частей, и между ними должны быть установлены связи.
Многие другие виды животных также могут видеть сны, но мы об этом не знаем. Кроме того, Иглесиас отметил, что ученые распознают стадии сна по таким признакам, как быстрые движения глаз и снижение порога возбуждения, но может оказаться, что у некоторых животных активные стадии сна проявляются иначе, чем у людей.
Медейрос и Рибейро уже начали дальнейшие исследования. Теперь они хотят выяснить, помогают ли состояния сна осьминогам усваивать информацию и обучаться новым навыкам, и вынуждены ли они спать больше, если накануне были лишены сна. Эта информация позволит выяснить, имеет ли сон ту же функцию у осьминогов, что и у людей. Возможно, мы никогда не узнаем, видят ли осьминоги, дрозофилы или птицы сны и что им снится. Нет сомнений в том, что люди мечтают, — говорит Фрэнк.
