Ученые вывели в лабораторных условиях две популяции мух, естественная продолжительность сна у которых отличалась почти на 15 часов.
Секвенирование ДНК мало спящих мух и «засонь» показало, что на продолжительность сна влияют полиморфизмы в генах из нескольких базовых сигнальных путей, которые определяют множество процессов в организме. Именно поэтому феномен сна невозможно объяснить какой-то одной причиной, резюмируют авторы в своей статье, опубликованной в журнале PLOS Genetics.
Сон является одной из главных нерешенных загадок в физиологии. В глобальном смысле потребность в сне пытаются объяснить необходимостью экономии ресурсов. Вероятно, во время сна организм избавляется от отходов метаболизма. Во сне изменяется пластичность мозга и происходит консолидация (сохранение) воспоминаний.
Процессы, напоминающие сон, есть у большинства живых существ, но его продолжительность различна у разных видов, и даже может меняться у одного и того же вида в процессе жизнедеятельности. К примеру, дети спят гораздо дольше, чем взрослые, поэтому считается, что сон необходим для нормального развития организма. Человек, по сравнению с другими приматами, отличается коротким сном — наши дальние родственники спят по 14-17 часов в сутки, в то время как среднестатистическому человеку достаточно семи часов.
Природные вариации в продолжительности сна заставили ученых предположить, что она определяется генетическими факторами. На модели мух-дрозофил, которые тоже спят, исследователи идентифицировали несколько мутаций, которые приводили к значительному сокращению длительности сна. Например, среди белков, мутации в которых снизили продолжительность сна у дрозофил, оказались калиевый канал, ответственный за поляризацию мембраны нейронов, и никотиновый рецептор. В упомянутых работах мутантные мухи отличались меньшей продолжительностью жизни, поэтому урезанный сон, вероятно, стал симптомом нарушения каких-либо базовых физиологических процессов.
Чтобы изучать влияние генетических факторов на более естественной модели, Сьюзан Харбисон (Susan Harbison) из подразделения Национального института здоровья США с коллегами провели среди мух искусственный отбор на продолжительность сна в течение 13 поколений. В результате ученым удалось вывести две популяции, которые разительно отличались по естественной потребности в сне. Мало спящие мухи в среднем тратили 3,3 часа в сутки на сон, а долго спящие — 17,8 часов.
Секвенирование ДНК мух из семи поколений обнаружило тысячи генетических вариаций, но исследователям удалось выделить среди них 126 основных, которые относились к 80 кандидатным генам. В работе ученые не разделяли полиморфизмы, характерные для длинного или короткого сна, а просто сосредоточились на поиске генов, которые были затронуты в обоих случаях. Тем не менее, исследователи отметили общую тенденцию для многих найденных генетических вариантов: редко встречающиеся в средней популяции варианты отбирались у мух с коротким сном, а часто встречающиеся оказывались характерны для длинного сна.
Многие найденные полиморфизмы попали в участки, кодирующие компоненты консервативных сигнальных путей, например, Wnt-пути, который вовлечен в эмбриогенез и дифференцировку клеток, и MAPK-пути, который реагирует на широкий спектр внеклеточных стимулов, и в числе прочего, регулирует циркадные ритмы у мух и млекопитающих. Кроме того, в список попали полиморфизмы в генах рецепторов и переносчиков нейромедиаторов.
Таким образом, на продолжительность сна повлияла большая совокупность разнообразных процессов в организме. Такое сложное генетическое «кодирование» говорит о том, что значение сна для животных не ограничивается какой-то одной функцией. Напротив, сон является базовой потребностью, которая эволюционировала вместе с другими ключевыми особенностями животных.
Никаких очевидных изменений в фенотипе мух , кроме длительности сна, исследователи не обнаружили. Количество сна не повлияло на продолжительность жизни мух. Тем не менее, когда после завершения основного эксперимента мало спящим мухам разрешили свободно размножаться в течение 47 поколений без давления отбора, продолжительность сна у них увеличилась. Вероятно, такой короткий сон в природе сложно поддерживать, поэтому без жесткого отбора эта особенность в популяции не сохраняется.
У людей нормальная продолжительность сна лежит между шестью и десятью часами. При этом сокращение сна ниже индивидуальной нормы чревато негативными последствиями для здоровья, в том числе ожирением, депрессией и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Мы рассказывали, что одна бессонная ночь несет столько же вреда для здоровья, как полгода неправильного питания. Долгий сон, напротив, не приводит к каким-либо нарушениям, главное, чтобы человек после него чувствовал себя отдохнувшим.
Автор: Дарья Спасская