Биологи из Европы открыли свидетельства того, что все многоклеточные живые существа нуждаются во сне по той причине, что он необходим для "починки" их митохондрий - главных клеточных энергостанций, повреждающихся в результате метаболических процессов во время бодрствования. Это говорит о том, что сон возник в результате перехода жизни к кислородному дыханию, пишут исследователи в статье в журнале Nature.
"Резкие колебания в концентрации О2 в атмосфере, произошедшие 2,4 млрд и 750 млн лет назад, дали первым сложным клеткам Земли возможность перейти кислородному дыханию, что открыло дорогу для появления всего современного многообразия многоклеточных животных. Проведенные нами опыты показывают, что сон, как и процесс старения, были своеобразной платой за переход к дыханию кислородом", - пишут исследователи.
К такому выводу пришла группа европейских молекулярных биологов под руководством профессора Оксфордского университета Геро Мизенбека при поиске ответа на одну из главных физиологических загадок биологии - зачем людям и другим многоклеточным существам нужен сон.
Для получения ответа на этот вопрос исследователи изучили на уровне отдельных клеток то, как меняется активность большого числа участков ДНК внутри "нейронов сна" в мозге мушек-дрозофил после чрезмерно долгого бодрствования. Также ученые проследили за тем, как недостаток сна влиял на структуру этих клеток и поведение различных органелл внутри них. Эти замеры помогли биологам выявить сдвиги в работе 122 генов, возникавшие при отсутствии сна.
Последующий анализ свойств и функций этих участков ДНК показал, что все они были связаны с двумя физиологическими процессами - работой клеточных энергостанций - митохондрий, а также с передачей сигналов через нервные окончания. Нехватка сна повышала активность генов, связанных с транспортировкой электронов и синтезом клеточной "энерговалюты" АТФ внутри митохондрий, а также подавляла активность участков ДНК, связанных с формированием синапсов и передачей сигналов между ними.
Наблюдения показали, что недостаток сна сопровождается переменами в форме митохондрий, а также нарастанием избытка электронов внутри этих органелл, что ускоряет повреждение их мембран и ведет к накоплению оксидантов в нейронах. Во время сна эти процессы подавляются, что дает клеткам время на "починку" митохондрий и ликвидацию сбоев в их работе. Эти же особенности в работе клеточных энергостанций могут объяснять то, почему маленькие животные с очень быстрым метаболизмом живут относительно недолго и спят необычно много, подытожили ученые.