Аквариумная рыбка помогла приблизиться к разгадке роли сна

В новом исследовании учёные приблизились к пониманию того, зачем почти всем живым организмам нужен сон.

Фото luxstorm/Pixabay.com

Прозрачные эмбрионы делают данио-рерио отличным модельным организмом.

Фото Edhendel/Wikimedia Commons.

Учёные до сих пор не знают точного ответа на вопрос, зачем животным нужен сон. В попытке решить эту загадку они всесторонне исследуют это состояние. Так, всё больше становится известно о структуре сна и его оптимальной длительности, изучены последствия недосыпания и бессонницы и даже воздействие современных технологий на сновидения.

Кажется, вопросов в этой области остаётся всё меньше, но недавно группа израильских учёных из Университета имени Бар-Илана (BIU) сделала новое открытие: оказалось, во время сна в клетках мозга происходит ремонт повреждений ДНК, которые накапливаются во время бодрствования.

Отметим, что изменения химической структуры ДНК происходят в клетках под влиянием внешней среды постоянно. Этот процесс может запускать, к примеру, ионизирующее излучение, а также вещества, образующиеся в живом организме (такие как активные формы кислорода).

Чтобы изучить механизмы восстановления ДНК, происходящие во сне, исследователи наблюдали за рыбками данио-рерио. Эта популярная аквариумная рыбка является модельным организмом в биологии.

В эмбриональный период данио-рерио имеют прозрачные тела, что даёт удивительную возможность детально изучить процессы, происходящие внутри клеток их организма.

Прозрачные эмбрионы делают данио-рерио отличным модельным организмом.
Прозрачные эмбрионы делают данио-рерио отличным модельным организмом.
Фото Edhendel/Wikimedia Commons.

С помощью микроскопа высокого разрешения учёные наблюдали активность хромосом в отдельном нейроне. Оказалось, что во время бодрствования данио-рерио, неисправленные дефекты накапливаются, так как естественные процессы восстановления ДНК идут слишком медленно. Однако после засыпания рыбки их скорость удваивается. А значит, увеличивается эффективность естественной системы восстановления ДНК.

Руководитель научного исследования Лиор Аппельбаум (Lior Appelbaum) в интервью изданию New Atlas сравнивает процесс восстановления поломок ДНК во сне с дорожными работами. Сами повреждения он при этом называет "платой за бодрствование".

"Дефекты – как выбоины на дороге. Её поверхность изнашивается и покрывается трещинами, особенно днём в часы пик. Удобнее и эффективнее всего вести ремонтные работы ночью, при минимальном автомобильном движении", – объясняет он.

Авторы работы также предполагают, что ощущение усталости и сонливости возникает тогда, когда нейроны накапливают такой объём повреждений ДНК, который организм может восстановить только во сне. Идея захватывающая, но пока исследования проведены лишь на рыбке и глобальные выводы делать рано, отмечают учёные.

Соответственно, следующим шагом в работе станет поиск подобного механизма у более сложных и крупных млекопитающих. Если процесс восстановления ДНК удастся проследить и у них, учёные, вероятно, поймут, почему все живые существа спят.

"Несмотря на опасность, связанную с утратой бдительности во время сна, живым существам – от медузы и рыбки данио-рерио до человека – необходимо спать. Только так нейроны могут эффективно восстанавливать свою ДНК. Возможно, именно это является причиной развития и закрепления такого явления, как сон, в царстве животных", – отмечает Аппельбаум в пресс-релизе.

Не исключено, что в дальнейшем присутствие подобного механизма будет обнаружено и у людей. Однако уже сейчас есть данные, говорящие в пользу теории израильских исследователей. Так, недавняя работа гонгконгских учёных выявила повышенный уровень дефектов ДНК в образцах крови врачей, которые провели всего одну ночь без сна. Это позволяет предположить, что отсутствие сна и у людей негативно сказывается на способности организма восстанавливать ДНК.

Научная работа израильских исследователей опубликована в открытом доступе в журнале Nature Communications.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, как на ДНК влияет стресс и чем опасна бессонница для будущих мам, а также о том, как меняется качество сна с возрастом, как стресс отражается на геноме ребёнка и почему жировым клеткам тоже необходим отдых.