В рамках статей цикла «смысл разума» на канале поднимались вопросы, касающиеся сна, его необходимости и осознанных сновидений.
Я же предлагаю рассмотреть вопрос сна несколько под другим углом. Учитывая, что человек не взялся из ниоткуда, и сон не является нашей уникальной особенностью, встаёт вопрос не о том, нужен ли нам сон (реальность показывает, что жизненно необходим), а о том, чем эволюционно обусловлена необходимость сна. Давайте же отправимся вниз по эволюционному дереву в поисках того, кто первый зачем-то придумал спать, и того, кто не спит вовсе.
Но для начала определимся, что мы будем считать сном.
Сон – это функциональное состояние организма, характеризующееся отсутствием активного взаимодействия с окружающей средой, обратимостью, возможностью перехода в состояние бодрствования под воздействием внешних факторов, а также способностью к восполнению недостатка сна после вынужденного бодрствования. Для того, чтобы отделить обычный сон – предмет нашего интереса – от спячки или анабиоза, у животных введено понятие «поведенческий сон».
Как же определяют, что животное спит?
Основные внешние признаки сна – это уменьшение двигательной активности, типичная поза и снижение реакции на раздражители. Доказательством того, что выделенные периоды покоя действительно являются сном, считается увеличение продолжительности покоя после навязанной двигательной активности, а также то, что седативные препараты увеличивают (а активирующие - сокращают) время покоя. Наличие характерной для сна активности на электроэнцефалограмме (ЭЭГ) также является доказательством сна, однако метод имеет свои ограничения: чем проще нервная система, тем сложнее получить какие-то ЭЭГ-данные.
Известно, что во сне человека можно выделить фазы быстрого (до 25% от общей продолжительности сна) и медленного сна. Поскольку у человека сон исследован лучше всего, результаты всех дальнейших исследований сравнивались с ЭЭГ человеческого сна.
Все млекопитающие тоже спят.
ЭЭГ снимали многим видам млекопитающих и, в зависимости от развития головного мозга и среды обитания, доля быстрого сна составляет от практически от 0 до 20%. Не регистрируется быстрый сон у утконоса и ехидны, которые имеют фазу медленного сна и некую короткую фазу, сочетающую признаки быстрого и медленного сна.
Сон морских млекопитающих существенно отличается от сна наземных. Так, у китообразных имеется способность к однополушарному сну, и не регистрируется фаза быстрого сна.
Птицы, естественно, тоже спят.
Проводились ЭЭГ-исследования примерно тридцати классов птиц, в основном новонёбных, но и пару видов древненёбных тоже зацепили. Выявили медленный сон, вполне себе похожий на сон млекопитающих, хоть и попроще организованный, и короткие периоды (несколько секунд) быстрого сна.
Отмечена способность к однополушарному сну.
Также считается, что птицы могут спать в полёте, хотя общая продолжительность сна при этом ниже, чем на земле.
Идём дальше вниз и переходим к рептилиям.
Тут мозг проще, поэтому проводить аналогии по ЭЭГ-активности сложнее, однако, учёные справились. Подтвердили наличие фазы, схожей с фазой медленного сна млекопитающих. Была также осуществлена попытка выявить у рептилий фазу быстрого сна. Её наличие казалось логичным, ведь именно рептилия – общий предок млекопитающих и птиц. И раз и у тех, и у других выявлена фаза быстрого сна, логично было найти её и у рептилий. Однако - не срослось. Хоть у различных видов ящериц и черепах и были получены свидетельства наличия некоторых признаков парадоксального сна (например, активация нейронов ретикулярной формации или быстрые повторяющиеся движения глаз), убедительных данных о существовании фазы быстрого сна у рептилий до сих по не получено.
Амфибии исследованы крайней мало.
У лягушек и жаб выявили и поведенческий сон, и ЭЭГ-активность с признаками, характерными для медленного сна более высокоразвитых животных. У других видов амфибий признаки поведенческого сна обнаружены, но не обнаружено соответствующей ЭЭГ-активности. У третьих до сих пор не обнаружили даже признаков поведенческого сна, что, конечно, не доказывает его отсутствие.
Чем проще нервная система, тем сложнее её исследовать в живом состоянии, поэтому, двигаясь дальше вниз по дереву эволюции, мы будем вынуждены всё больше опираться на поведение, и все меньше - на электроволновую активность нервной системы.
У рыб: выявлены внешние признаки поведенческого сна, причём длительность сна в рамках одного вида рыб может различаться в зависимости от условий жизни конкретной популяции. ЭЭГ-данные противоречивы. У сома, например, зарегистрированы электроэнцефалографические признаки медленного сна, а у других рыб таких данных не получено. При этом в анатомических исследованиях продемонстрирована схожесть активирующей и сомногенной систем мозга рыб с таковыми у позвоночных. Таким образом, сомневаться в том, что рыбы спят, только по-своему, оснований нет.
У беспозвоночных: у тех, у кого нет ЦНС, само собой, энцефалограмму не запишешь ни в каком виде, но у обладателей простейшей нервной системы кое-какие результаты имеются. Например, снижение двигательной активности и рост порогов пробуждения у фруктовой мушки происходили параллельно уменьшению амплитуды электрической активности грибовидного тела и замедлению уровня метаболизма. А у речного рака развитие поведенческого сна происходит, наоборот, параллельно с ростом амплитуды электрической активности, что напоминает медленный сон у более сложных животных. Особенно важно, что поведенческие признаки сна наблюдаются абсолютно у всех беспозвоночных - даже у тех, у кого нет центральной нервной системы. Выходит, сон – это не следствие наличия мозга, он гораздо древнее!
Ну а что растения? У них-то вообще нет нервной системы - ни центральной, ни распределённой. Уж они-то, наверное, не спят (зимнее сбрасывание листьев не в счёт, так как мы ведём речь про поведенческий сон, а не про зимнюю спячку). Однако современные исследования демонстрируют, что, несмотря на то, что у растений нет нервной системы в животном понимании, выявлен её растительный аналог. Если не углубляться, то у высших растений выявлены упрощённые аналоги наших нервных импульсов, и проводящие пучки, аналогичные нашим нервам. Понятно, что аналогии с нашей нервной системой отчасти ложны, как любые аналогии, однако сам факт наличия у растений подобия нервной системы снова возвращает нас к вопросу наличия подобия поведенческого сна у растений.
Известно, что процесс образования органических веществ в листьях, как и испарение воды цветковыми растениями, в темноте прекращается, а с восходом Солнца эти процессы возобновляются.
Кажется, всё просто: нет солнца - нет фотосинтеза, однако проведённые эксперименты показали, что если освещение не прекращается, то процессы фотосинтеза и испарения воды всё равно протекают гораздо слабее, чем при регулярной смене дня и ночи.
Также над растениями, которые открываются днём и закрываются на ночь, были проведены эксперименты, показавшие, что растения будут находиться в открытом виде тем меньше, чем интенсивнее освещение, как будто бы растения «устают» фотосинтезировать. То есть можно сказать, что какое-то подобие сна (со скидкой на простоту растительного аналога нервной системы) есть и у растений.
- А вообще, нейробиология растений – совсем молодая наука, которая только начинает развиваться, и готовит нам много открытий.
Что ж! Растения "как бы" спят, животные - точно спят.
Логично, что спит и их общий предок – одноклеточные, да?
Естественно, этот вопрос заинтересовал учёных. Изначально доминировала точка зрения, что сон у одноклеточных отсутствует. Нет никаких оснований считать иначе, особенно, учитывая то, что многие одноклеточные живут менее суток, и они не подвержены суточным ритмам. Тем не менее, был поставлен эксперимент над культурами цианобактерий. Суть эксперимента заключалась в том, что в цианобактерии «вживили» ген «светимости», который активировался при ускорении метаболизма и инактивировался - при замедлении.
Идея проста: если метаболизм постоянно на одном уровне – бактерии постоянно будут слегка светиться. А если метаболизм идёт то интенсивнее, то медленнее – свечение будет то более, то менее тусклым, соответственно.
Результаты говорят сами за себя: даже у живущих менее суток бактерий имеются циркадные ритмы!
И вот тут возникает вопрос, на который пока нет точного ответа: для чего одноклеточному организму, да ещё и прокариоту, да ещё и живущему менее суток, какие-то циркадные ритмы?
Здесь мы ступаем на скользкую почву моих личных предположений.
Считается, что первые одноклеточные были не просто прокариотами, а вообще имели только одну мембрану – внешнюю. Таким образом, всё внутреннее содержимое клетки было однородным. Причём ионные насосы, которыми буквально утыканы и современные одноклеточные, и клетки многоклеточных организмов, являются сложными механизмами, так что, скорее всего, клеточная стенка просто была полупроницаемой.
Также известно, что определённые химические реакции идут только в определённых условиях среды. Если предположить, что простейшему одноклеточному для внутренних химических реакций необходима щелочная (к примеру) среда внутри, а побочные продукты этих реакций среду закисляют (каковых реакций химия знает множество), то получается, что необходимые одноклеточному химические реакции могут идти только до определённого момента.
После этого нужно какое-то время подождать нормализации pH-среды, пока через полупроницаемую клеточную стенку продукты распада выведутся во внешнюю среду. А далее снова может стартовать нужный каскад химических реакций.
- Вот таким образом и мог появиться прото-сон одноклеточных - такой период неактивности, когда химические реакции в клетке не идут, а ожидается стабилизация pH-среды.
Но почему со временем, после усложнения структуры одноклеточных и с появлением внутриклеточных мембран и ионных насосов, период покоя не редуцировался?
Возможно, и это моё второе предположение, чередование периодов активности с периодами неактивности давали таким одноклеточным некоторое эволюционное преимущество. В условиях конкуренции организмов за питательные вещества могло оказаться важнее быстрее употребить питательные вещества и уйти на перезарядку, чем потреблять медленно и стабильно.
Но обнаружение циркадных ритмов у цианобактерий даёт возможность предположить, что сон не является следствием развития центральной нервной системы. В том или ином виде сон сопровождает нас на всём протяжении эволюции, являясь способом приспособления к условиям внешней среды (в частности, способом повысить эффективность фазы бодрствования).
В любом случае, это лишь гипотезы.
А вот все особенности человеческого сна, такие как: большая доля фазы быстрого сна, способность запоминать сновидения, способность к осознанным сновидениям, способность управлять сновидениями – это уже следствие того, насколько развитым стал наш мозг.
-------------------------------------------------------------------------------------------------
Автор материала - Александр Заславский (врач-невролог), спонсор канала "Кочетов Алексей", специально для подписчиков.
Если желаете поддержать работу канала, сделать это можно, оформив подписку https://sponsr.ru/dbka/. Спасибо друзья!
Ссылки на источники - в закреплённом комментарии.