Сон. Почему мы спим и как нам это лучше всего удается - Петер Шпорк

Такая аппаратура позволяет проводить надежные опыты по лишению сна. В результате удалось показать, что регуляция потребности в сне у человека и мухи имеет поразительно много общего. Нейробиолог Хьюбер резюмирует: «Регуляция сна у дрозофил полностью или, по крайней мере, в большой степени совпадает с регуляцией его у млекопитающих».

В частности, сон плодовой мушки не только продолжается тем дольше, чем больше времени до этого ей не давали спать. В этой ситуации он также становится глубже, то есть муха реже просыпается во время сна и ее труднее разбудить. Переутомление у мухи тоже выглядит очень сходно с человеческим. «При лишении сна реакции мухи постепенно замедляются», — говорит Хубер. Все это хорошо вписывается в целый ряд удивительных результатов, полученных в последние годы: как и у людей, молодые мухи нуждаются в значительно более продолжительном сне, чем взрослые, и сон их становится с возрастом все более поверхностным.

Кроме того, многие вещества, влияющие на наш сон, оказывают сходное действие и на насекомых. Кофеин или возбуждающий наркотик метамфетамин, известный в народе как «винт», активизируют и мух, а от антигистаминных препаратов они тоже становятся сонными. «Мухи в очередной раз доказали, что они больше похожи на нас, чем принято считать», — пишут в совместной статье Гринспен, Тонони и Чирелли.

Правда, одно небольшое различие между мухой и человеком в этом отношении все же существует: у насекомых самцы испытывают заметно большую потребность в сне, чем самки.

Генетика сна: новая наука

Сейчас ученые из Мэдисона выясняют, какие гены заставляют данную муху спать больше или меньше среднего. Чирелли и ее коллеги уже замерили потребность в сне у 9000 генетически различных семейств дрозофил. Большинству насекомых — так называемому нормальному типу — требовалось среднее количество сна — от 10 до 15 ч в сутки. Чем сильнее отдельные особи отклоняются от этой нормы, тем реже они встречаются. «Такое гауссовское распределение — это великолепно!», — восторгается Ирен Тоблер. — Оно доказывает, что регуляция сна — вероятнее всего, генетически обусловленный процесс. Тем самым появляется возможность исследовать сон методами генетики».

То, чему радуется исследователь — это не больше не меньше как возникновение внутри сомнологии новой дисциплины, которую можно назвать генетикой сна. Дрозофила, а также ниточный червь Caenorhabditis — первые герои новой науки. Ученые пользуются крошечными мушками и червями для широкомасштабного поиска генетической основы сна и его регуляции.

«Плодовые мушки и черви-нитянки прямо-таки напрашиваются в качестве подопытных», — говорит Ирен Тоблер, поясняя, что у легко разводимых и быстро размножающихся животных нередко появляются экземпляры с генетическими нарушениями, отклоняющиеся от средних показателей сна. Исследование таких мутантов может дать массу информации о биохимической основе сна — ведь все белки, участвующие в регуляции сна, должны быть заложены в генетическом коде.

Разумеется, важную роль в экспериментах играют и особи без мутаций. Ученые пытаются обнаружить у них гены, которые проявляют разную активность во сне и в состоянии бодрствования. Нетрудно предположить, что такие гены должны кодировать белки, играющие важную роль в биохимии сна и бодрствования.

Ту же двойную стратегию ученые сейчас с большим успехом применяют и к другим важнейшим биологическим феноменам, например работе внутренних часов, регуляции старения или развитию из яйцеклетки взрослого животного. Важную роль в генетических исследованиях сомнологов играют мыши и крысы как «образцовые млекопитающие», а также аквариумная рыбка данио рерио (прозванная за полоски «рыба-зебра») как образец низших позвоночных.

Поэтому дальше генетика сна может двигаться хорошо известным, проторенным путем. Сначала ученым нужно с помощью так называемых экспрессионных анализов выявить гены, которые во сне считываются для образования кодируемых ими белков особенно часто или особенно редко. Кроме того, они должны обнаружить мутации, влияющие на сон у мушки и червяка. Затем предстоит исследовать, какую функцию имеют изобильно или крайне скудно порождаемые во сне белки и какие последствия для организма имеют изменения наследственности.

Тем самым в центр внимания ученых неизбежно попадут новые биологически активные структуры, имеющие значение для сна. Далее нужно выяснить, имеются ли сходные структуры со сходными задачами у млекопитающих, а значит, и у человека. Это внесло бы не только важнейшие недостающие элементы в разгадку сна, но и дало бы возможность новаторских подходов к терапии всевозможных расстройств сна.

Новые эксперименты с плодовыми мушками, проведенные в Мэдисоне, показывают, что описанный путь — уже не утопия. Широкий разброс потребности в сне у 9000 линий дрозофилы показывает, что в регуляции сна участвует множество различных генов. Судя по всему, у разных штаммов они выступают в разных комбинациях. Крайние типы, обладающие почти исключительно генами краткого или долгого сна, разумеется, оказываются редкими в силу маловероятной комбинации. Такая тяга к средним значениям типична для так называемых мультигенно наследуемых свойств. По той же причине людей среднего роста много, а великанов и карликов — мало.

Чирелли и ее коллеги уже обнаружили единичный ген, деятельность которого в значительной мере определяет потребность дрозофил в сне. Сначала они отметили мушек, отличавшихся особенно коротким сном. В результате удалось выявить «мини-сон» — штамм, который нуждается лишь в трети обычной для дрозофил продолжительности сна. Выяснилось, что у этих малоспящих особей изменен ген, кодирующий белок, который отвечает за возбудимость нервных клеток, пропуская при определенных условиях сквозь клеточную оболочку электрически заряженные частицы. Тем самым он способствует выделению сигнальных веществ и передаче информации в мозге мухи. Таким путем «этот ген, видимо, регулирует потребность в сне и его эффективность», заключают исследователи.

Тех, кто, прочитав это, уже надеется на генную терапию или чудесное средство для людей, которое в один прекрасный день позволит снизить потребность в сне или повысить его качество, нужно сразу предупредить: ожидаемая продолжительность жизни малоспящих мутантов значительно меньше, чем у нормальных мушек.

Почему птицы во сне не падают с дерева

Если прочесывание больших колоний червей или мушек в поисках особей с нарушениями сна — пока еще редкость в лабораторной работе, то в целом эксперименты над животными давно утвердились в сомнологической практике. То, что кажется невероятным применительно к крошечным мушкам, давно уже привычно проделывается над позвоночными: снятие электроэнцефалограмм, контроль напряжения мышц и движений глаз, наблюдение над положением тела с помощью видеокамеры. Многое мы узнали о сне только потому, что подопытным животным подолгу не давали спать или помещали их на продолжительное время в искусственный мир без смены дня и ночи — ведь люди на такое обычно не соглашаются.

Например, многие животные готовятся ко сну посредством довольно сложных, хотя и выполняемых инстинктивно ритуалов. Собаки и кошки нередко вертятся на месте, утаптывая удобное гнездышко. Хомячки и крысы тщательно чистятся. Слоны ищут физического соприкосновения с себе подобными. Ирен Тоблер описывает: «Я всегда с умилением наблюдаю, как слон в цирковом стойле, почувствовав усталость, набирает соломы, подкладывает ее под голову, как подушку, а потом медленно ложится на бок и закидывает хобот на шею или на спину соседу».