Som os, oplever fisk det drømmende søvnstadium

For dyr uden øjenlåg er fisk overraskende i stand til at fange noget seriøst blik.

Når zebrafisk ( Danio rerio) slumrer, de fanger deres zer ligesom folk gør, viser ny forskning. Disse stribede svømmere ser endda ud til at opleve piscineækvivalenten med REM-søvn, det stadium, hvor mennesker drømmer – og noget, der indtil nu kun er rapporteret hos pattedyr, fugle og krybdyr.

Det betyder ikke betyder ikke nødvendigvis, at fisk drømmer, eller endda at deres version af søvn er helt identisk med vores. Alligevel antyder undersøgelsen, der blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Nature, at flertrins snoozing kunne være almindelig blandt hvirveldyr – gruppen af dyr, der inkluderer pattedyr, fugle, krybdyr, padder og fisk – og kan være opstået for mere end 450 millioner år siden .

“Dette papir er længe kommet,” siger Audrey Chen Lew, en neurobiolog ved University of California, Irvine, der ikke var involveret i undersøgelsen. “Det er virkelig rart arbejde, der … demonstrerer ligheder mellem fisk og mennesker og andre pattedyr, som vi ikke har set før. ”

At søvn er mere eller mindre allestedsnærværende blandt komplekse dyr som hvirveldyr, som alle har det neurale kredsløb, der udgør rygmarven, lyder måske som en no-brainer. Men i neurobiologiens verden er tingene ikke så sorte og hvide.

Et spørgsmål er, at søvn ikke altid er let at måle eller identificere. I nogle skabninger er det en let opførsel at vælge ud: Når de slumrer, vil mange dyr slå sig ned i en afslappet kropsholdning, stoppe de fleste af deres bevægelser og blive mindre opmærksomme på deres omgivelser i længere tid (uden at komme i koma eller andre vanskelige at vende tilstand af væren).

Andre organismer overholder dog ikke disse kriterier, hvilket får forskere til at søge efter en mere cellulær definition af søvn – noget der muligvis kan påvises universelt. blandt alle dem, der faktisk deltager i regelmæssig søvn.

Det er faktisk noget, som forskere har mere eller mindre spikret ned i pattedyr, fugle og krybdyr, som alle udviser lignende mønstre for elektrisk aktivitet i hjernen, når de rammer høet. På den anden side er fisk forblevet mest mystiske, dels på grund af det faktum, at mange søvnforskningsmetoder er skræddersyet til mennesker og andre landbaserede arter.

Men selvom de er adskilt af kl. mindst 400 millioner års udvikling, fisk og mennesker er ikke så forskellige. Overalt i det piscine legeme er kendte kendetegn for menneskelig fysiologi ned til generne skrevet i deres DNA. Når det kommer til fisk, er alt det rigtige maskineri der til menneskelig søvn, siger studieforfatter Philippe Mourrain, en neurobiolog ved Stanford University. Det er bare, at ingen endnu havde fundet en måde at kontrollere, om det gjorde det samme.

Så et team af videnskabsmænd ledet af Mourrain besluttede at opfinde en egen metode. I menneskelige søvnundersøgelser registrerer sensorer, der er tilsluttet en persons krop, deres hjerneaktivitet, puls, vejrtrækning og muskelbevægelser. Med inspiration fra denne omfattende række målinger udviklede forskerne, hvad der i virkeligheden var en helkropsscanning efter en zebrafisk – en stribet, tomme lang minnow, der udvikler sig med en gennemsigtig krop i løbet af de første par uger af livet. p>

Denne gennemsigtige hud var nøglen til eksperimentets succes, da den tillod forskerne at kigge direkte ind i fiskens organer uden behov for operationer eller andre invasive procedurer, siger studieforfatter Louis Leung, der forsker under Mourrains overvågning. Hos mennesker indsamles mange målinger af søvnstudier ved at registrere elektriske signaler ved hjælp af elektroder på huden. Men fiskens gennemsigtighed gjorde det muligt for forskerne at indsamle de samme slags data ved simpelthen at sætte fluorescerende markører i celler, som derefter lyser op i nærvær af elektriske signaler, hvilket giver et billedspil ved at spille af individuelle cellers adfærd over tid.

Da holdet analyserede hjernebølgerne i en skole med ung zebrafisk i hvile, opdagede de to kendte mønstre for elektrisk aktivitet. Den første havde en slående lighed med det, der er kendt i mennesker som dyb eller langsom bølgesøvn, så navngivet, fordi den producerer en række synkroniserede hjernebølger med lav frekvens. Hos mennesker er dyb søvn præget af lav hjerneaktivitet og menes at give kroppen mulighed for at komme sig. Det kan også spille en rolle i hukommelseskonsolidering.

Hvis det også gælder for fisk, siger Mourrain, giver det meget mening. Selv hos dyr, som livet går svømmende med, er der altid behov for noget R & R. Og fisk skal også lære. Men Mourrain var langt mere overrasket over at se et andet kendetegn for menneskelig søvn ekko i zebrafisk: den tilstand, hvor folk drømmer.

Såkaldt hurtig-øjenbevægelse (REM) søvn sprænger faktisk med hjerneaktivitet, på niveau med målinger, der er taget i vågentiden. Den store forskel er naturligvis, at resten af kroppen ikke er vågen og faktisk er mest immobiliseret (bortset fra øjnene, som hos mennesker rykker frem og tilbage).

Meget af dette synes også at være sandt for zebrafisk bortset fra deres øjne, der blev stille sammen med resten af kroppen, siger Mourrain. (Mange andre dyr holder også øjnene stille under REM-søvn.)

Hverken dyb søvn eller REM-søvn var helt identisk mellem mennesker og fisk, påpeger Guliz Ozcan, en neurobiolog og zebrafiskekspert ved University College London, der var ikke involveret i undersøgelsen. For det første var zebrafiskækvivalenten med langsombølge-søvn meget, ja, langsommere. På trods af disse forskelle, siger Ozcan, er de neurale “signaturer” fra begge stater klart genkendelige – hvilket antyder, at den menneskelige version af søvn måske er langt mindre menneskelig, end man engang troede.

Med disse nye fund siger Leung, zebrafisk kan nu slutte sig til den voksende liste over hvirveldyr, hvor søvn er blevet fastlagt på et mere molekylært niveau. Uden at teste hver eneste hvirveldyr, der findes, er det svært at sige, om søvn i flere trin er universel i denne gruppe, tilføjer han. Men som en repræsentant for fisk – som udgør omkring halvdelen af alle kendte hvirveldyrarter – zebrafiskene og dens overraskende søvn antyder, at flertrins søvn kan have været til stede i en fælles forfader til pattedyr, fugle, krybdyr og fisk, som levede for mindst 450 millioner år siden. / p>

Amfibier vil sandsynligvis også dele træk, da de er tættere beslægtede med os end fisk er, siger Mourrain. Det næste trin, tilføjer han, vil være at se, om de samme underskrifter strækker sig endnu mere tilbage i evolutionær tim e.

Sådanne dybt rodfæstede implikationer gør dette papir til “en total gennembrud, “siger Eva Naumann, en neurobiolog ved Duke University, der ikke var involveret i undersøgelsen.” Jeg kan ikke overdrive det: var det manglende stykke af puslespillet … Jeg har ventet på en undersøgelse som denne til kom ud lige siden jeg begyndte at arbejde på dette felt. ”

Det store billede her maler dog ikke mennesker som primitive. Disse resultater skal snarere “hæve zebrafisken som et modelsystem til at studere neurale fænomener som søvn,” tilføjer Naumann.

Undersøgelsens resultater viste også, at når zebraberes eller behandles med sovepiller, reagerer zebrafisk på samme måde som mennesker både adfærdsmæssigt og fysiologisk og antyder, at de også kunne være nyttige til screening af lægemidler til behandling af uregelmæssig eller uordnet søvn, siger Ozcan.

Der er dog stadig elefanten i rummet: På trods af at den er så udbredt , søvn og alle dens faser fortsætter med at pusle forskere, der prøver at suss deres egentlige formål. Men uanset hvad det er, som døsning gør, hvis det virkelig udviklede sig for længe siden og sidder fast i så mange arter, “der peger på noget virkelig vigtigt, ”siger Leung.

Hvad angår, om zebrafisk drømmer under deres version af REM, er det stadig et åbent spørgsmål. Hvis drømning er et produkt af læring og memorisering, er det bestemt muligt, siger Mourrain.

De fleste gennembrud kommer trods alt fra de mest uventede steder, siger han. Omfatter dem, som folk (eller andre arter, måske) aldrig engang drømte om.