Рыбы тоже спят днем

Фото из открытых источников

У человека и других млекопитающих наблюдаются различные фазы сна. Одна из них легко узнаваема по быстрым движениям глаз за закрытыми веками, отсюда и её название: REM-сон (сон с быстрыми движениями глаз). Именно в этом состоянии мы видим самые яркие и насыщенные сны.

Вопрос о том, испытывают ли другие животные, помимо млекопитающих, аналогичные различные состояния сна — и, в более узком смысле, сон, характеризующийся движениями глаз, — долгое время был предметом дискуссий. Исследователи из Института биологической кибернетики им. Макса Планка в Тюбингене, Германия, впервые обнаружили сложную архитектуру сна у рыб. Данио рерио (Danio rerio), как и большинство костистых рыб, известны тем, что переживают периоды бездействия, длящиеся несколько минут, в течение которых они менее восприимчивы к раздражителям. Исследование показывает, что эти длительные периоды покоя не все одинаковы: исследовательская группа выявила три типа сна, каждый со своим собственным характерным паттерном движений глаз, а также четвертый тип, при котором движения глаз полностью отсутствуют.

Предыдущие исследования отмечали эпизодические движения глаз у рыб в короткие периоды неподвижности, но никто систематически не характеризовал их во время естественного сна. — Поэтому я был поражен, когда впервые увидел, как глаза рыб двигаются таким характерным образом, — говорит Викаш Чоудхари, который вместе с Чарльзом Хеллером является соавтором исследования. Успех может быть обусловлен новой экспериментальной установкой, объясняет Чоудхари: — Наш подход отличается тем, что мы первыми одновременно регистрировали движения глаз и тела в течение полных 24 часов у свободно плавающих рыб. — Это стало возможным благодаря специализированному микроскопу слежения, который отслеживает личинки данио-рерио, когда они свободно передвигаются. У личинок данио-рерио прозрачный мозг, что позволяет микроскопу фиксировать нейронную активность всего мозга в режиме реального времени.

Сочетая записи активности мозга с поведенческими наблюдениями, команда обнаружила, что каждое состояние следует своему собственному циркадному ритму. Ночью преобладает сон без видимой активности глаз. Из трех состояний покоя с движением глаз (QEM) одно достигает пика ночью, а другое усиливается к утру. Что наиболее поразительно, QEM-1, наиболее часто встречающееся из состояний QEM, происходит почти исключительно днем. Это тем более удивительно, учитывая, что рыб в состоянии QEM-1 особенно трудно разбудить, что делает их уязвимыми для хищников.

В этой фазе дневного сна команда также наблюдала значительное снижение активности мозга в целом. Наряду с другими нейронными и поведенческими признаками, это подтверждает, что QEM-1 действительно является состоянием сна, подобным дневному дремоте. Записи активности мозга также выявили предсказуемые закономерности активности во времени, что позволило определить, как долго рыба дремала и когда она собирается проснуться. Дополнительные эксперименты в различных условиях освещения показали, что архитектура сна определяется взаимодействием внутренних биологических часов и воздействия света. Примечательно, что все четыре состояния сна и их архитектура также наблюдались у двух родственных видов данио, что предполагает, что эта архитектура сна является наследственной особенностью.

Полученные результаты поднимают множество вопросов, например, выполняют ли движения глаз какую-либо функцию или являются всего лишь побочным продуктом нейронной активности. — Нам очень любопытно узнать, какую роль играют разные стадии сна, — сказала Дженнифер М. Ли, которая вместе с Дрю Робсоном возглавляет лабораторию, где проводилось это исследование. — Сон важен для множества процессов, от восстановления памяти до выведения отходов, но мы пока не до конца понимаем, почему и как это организовано во времени. Рыбки данио-рерио с их прозрачным мозгом предоставляют нам мощный инструмент для выяснения этого вопроса. — Сейчас исследователи более внимательно изучают нейронную активность во время ночного сна, чтобы лучше понять механизмы и функции различных стадий сна.