Их странные манеры могут рассказать нам об эволюции сна.
Перевернутая медуза менее активна ночью. Калтех
Спросите студента колледжа, младенца или любого человека старше 23 лет, нравится ли им спать, и они, скорее всего, скажут вам: сон - это хорошо. Но оказывается, сон настолько хорош, что для этого даже мозгов не требуется.
Возьмите перевернутую медузу: известная под научным названием Кассиопея, у этих медуз нет мозга. Они мало плавают, и обычно их можно найти отдыхающими на дне неглубоких теплых водоемов с опущенными на пол колокольчиками, слегка пульсирующими. Но все остальные не созданы равными, согласно исследованию, опубликованному сегодня в журнале Current Biology. Ночью эти простые животные выглядят так, будто спят.
Вывод о том, что у перевернутых медуз поведение, похожее на сон, важен, потому что он опровергает идею о том, что для сна требуется мозг, говорит Рави Нат, один из ведущих авторов исследования. «Существовало предположение, что для сна животному нужна централизованная нервная система, и что это функция этих сложных систем более высокого уровня», - говорит он. Нэт и другие ведущие авторы, Клэр Бедбрук и Майкл Абрамс, являются аспирантами Калифорнийского технологического института.
Команда считает, что выявление похожего на сон поведения у этого вида медуз может указывать на то, что сон развился раньше, чем центральная нервная система. «Мы не знаем, обладают ли медузы высоким уровнем когнитивного поведения, что предполагает, что это состояние сна является чем-то гораздо более простым и предшествует этому более высокому уровню познания», - говорит Бедбрук. Это может означать, что первоначальная эволюционная цель сна была чем-то простым, например, сохранением энергии для нейронов, а не сложными вещами, такими как обучение или память, говорит она.
Существуют три компонента поведения во сне: периоды бездействия, сниженная реакция на стимул во время неактивного состояния и опора на сон для здоровья. Спустя много укусов исследователи пришли к выводу, что перевернутая медуза соответствует всем трем критериям. Во-первых, медуза проходит через периоды снижения активности, которые команда отслеживала, измеряя частоту пульса медузы в течение дня и ночи.
через GIPHY
Перевернутая медуза предпочитает отдыхать на твердой поверхности, и команда использовала это предпочтение, чтобы изучить их реакцию на раздражитель. Медуз поместили в аквариум с фальшполом, а когда пол убрали, они быстро поплыли к только что открывшемуся дну аквариума. Однако ночью медузам требовалось больше времени, чтобы переориентироваться и добраться до дна аквариума.«Это очевидная разница, - говорит Абрамс. «Но это полностью обратимо. Как только они проснутся, если вы немедленно повторите эксперимент, они будут реагировать так, как будто они проснулись».
Наконец, команда наблюдала за реакцией медуз, когда им не давали перейти в период бездействия. «Мы не давали им уснуть, стреляя в них водой в течение десяти секунд каждые две минуты», - говорит Бедбрук. «Как только вы перестанете мешать спать, у них должна появиться реакция восстановления, когда они перейдут в состояние более глубокого или длительного сна. Это эквивалентно тому, когда мы тянем все ночные часы. На следующий день вы всегда устаете и будете либо спать днем, либо дольше спать ночью». И действительно, после того как медузы не спали всю ночь, на следующий день активность медуз снизилась.
Исследователь медуз из Университета Западного Вашингтона Дженни Перселл, не участвовавшая в новом исследовании, говорит, что не совсем удивлена идеей, что медузы могут спать. Однако она считает, что поведение, описанное в текущем исследовании, могло бы исчезнуть, если бы животное находилось в естественной среде, а не в лабораторных условиях. «Но исследование рассматривает сон, а не естественное поведение медузы, поэтому, возможно, не важно, что оно не отражает природу», - говорит она.
Но Перселл говорит, что назвать это поведение сном было бы преувеличением, а исследователь медуз из Копенгагенского университета Андерс Гарм также отметил потенциальные проблемы с определением сна, которое дают исследователи: «Они определяют его по некоторому двигательному поведению, то есть хорошо, пока вы действительно открыты, каковы ваши определения. Многие люди не согласятся, что достаточно говорить о настоящем сне».
Бедбрук говорит, что команда знает, что будут некоторые, кто не согласен с их определением, и что некоторые исследователи будут включать такие вещи, как быстрое движение глаз и определенные модели мозговой активности, чтобы назвать это сном. «Как поведенческий нейробиолог, вы полагаетесь на набор характеристик интересующего вас поведения. Вы не можете войти и спросить у этих животных», - говорит она. «Но мы верим в этот набор критериев».
Для более убедительных доказательств команда хотела бы провести генетический анализ, чтобы увидеть, присутствуют ли гены, связанные со сном у других животных, у перевернутой медузы. «Я думаю, что это важно из-за других более широких вопросов, связанных с тем, как развивался сон, и его функциональной целью», - говорит Абрамс. У команды есть некоторые признаки того, что медузы разделяют биологическую основу поведения, похожего на сон, с другими животными - гормон мелатонин, который регулирует сон и бодрствование, снижает их активность..
Время, проведенное в лаборатории с Кассиопеей, дало Нэту, Абрамсу и Бруксу терпимость к укусам медуз и понимание привередливых потребностей и спокойной красоты этого вида. По словам Ната, исследование поведения во сне также дало команде возможность рассказать о своей работе широкому кругу людей. «Мы поговорили со всеми, от родителей до маленьких детей, и вы сказали: «Как вы думаете, все ли животные спят? Как вы думаете, медузы спят?», и мы очень рады, что у каждого есть свое мнение.”