Som oss, opplever fisk det drømmende søvnstadiet

For dyr uten øyelokk er fisk overraskende i stand til å fange et seriøst blikk.

Når sebrafisk ( Danio rerio) slumrer av, de fanger zene sine omtrent som folk gjør, viser ny forskning. Disse stripete svømmerne ser til og med ut til å oppleve piscine-ekvivalenten til REM-søvn, det stadiet mennesket drømmer om – og noe som til nå bare er rapportert hos pattedyr, fugler og reptiler.

Det betyr ikke det betyr ikke nødvendigvis at fisk drømmer, eller til og med at søvnversjonen deres er helt identisk med vår. Allikevel antyder studien, publisert i dag i tidsskriftet Nature, at flertrappes snoozing kan være vanlig blant virveldyr – gruppen av dyr som inkluderer pattedyr, fugler, reptiler, amfibier og fisk – og kan ha oppstått for mer enn 450 millioner år siden .

«Denne artikkelen kommer lenge,» sier Audrey Chen Lew, en nevrobiolog ved University of California, Irvine, som ikke var involvert i studien. «Det er veldig hyggelig arbeid som … demonstrerer likheter mellom fisk og mennesker og andre pattedyr som vi ikke har sett før. ”

At søvn er mer eller mindre allestedsnærværende blant komplekse dyr som virveldyr, som alle har nevrale kretsløp som utgjør ryggmargen, kan høres ut som en no-brainer. Men i nevrobiologiens verden er ting ikke så svart og hvitt.

Et problem er at søvn ikke alltid er lett å måle eller identifisere. I noen skapninger er det en enkel oppførsel å plukke ut: Når de sovner, vil mange dyr slå seg ned i en avslappet holdning, stoppe de fleste av bevegelsene sine og bli mindre oppmerksomme på omgivelsene i lengre tid (uten å komme i koma eller annen vanskelig å reversere tilstand av å være).

Andre organismer overholder imidlertid ikke disse kriteriene, og får forskere til å søke etter en mer cellulær definisjon av søvn – noe som kan være universelt påviselig. blant alle de som faktisk driver med vanlig søvn.

Det er faktisk noe forskere har mer eller mindre spikret ned i pattedyr, fugler og reptiler, som alle viser lignende mønstre av elektrisk aktivitet i hjernen når de treffer høyet. Fisk har derimot forble mest mystisk, delvis på grunn av at mange søvnforskningsmetoder er skreddersydd for mennesker og andre landbaserte arter.

Men selv om de er atskilt med kl. minst 400 millioner år med evolusjon, fisk og mennesker er ikke så forskjellige. Gjennom fiskekroppen er kjente kjennetegn ved menneskelig fysiologi, ned til gener skrevet i deres DNA. Når det gjelder fisk, er alt det rette maskineriet der for menneskelig søvn, sier studieforfatter Philippe Mourrain, en nevrobiolog ved Stanford University. Det er bare at ingen ennå hadde funnet en måte å sjekke om det gjorde det samme.

Så et team av forskere ledet av Mourrain bestemte seg for å finne på en egen metode. I søvnstudier på mennesker registrerer sensorer som er koblet til en persons kropp hjernens aktivitet, hjertefrekvens, pust og muskelbevegelser. Med inspirasjon fra denne omfattende mengden av målinger utviklet forskerne det som i virkeligheten var en helkroppsskanning etter en sebrafisk – en stripet, tomme lang minnow som utvikler seg med en gjennomsiktig kropp i løpet av de første ukene av livet. p>

Denne gjennomsiktige huden var nøkkelen til eksperimentets suksess, da den tillot forskerne å kikke direkte inn i fiskens organer uten behov for operasjoner eller andre invasive prosedyrer, sier studieforfatter Louis Leung, som forsker under Mourrains tilsyn. Hos mennesker samles mange målinger av søvnstudier ved å registrere elektriske signaler ved hjelp av elektroder på huden. Men fiskens gjennomsiktighet tillot forskerne å samle de samme dataene ved å bare sette fluorescerende markører i celler, som deretter lyser opp i nærvær av elektriske signaler, noe som gir et billedlig spill ved å spille av individuelle cellers oppførsel over tid.

Da teamet analyserte hjernebølgene til en skole med ung sebrafisk i hvile, oppdaget de to kjente mønstre for elektrisk aktivitet. Den første hadde en slående likhet med det som er kjent i mennesker som dyp eller langsombølgesøvn, så kalt fordi den produserer en serie synkroniserte hjernebølger med lav frekvens. Hos mennesker er dyp søvn preget av lav hjerneaktivitet, og antas å gi kroppen muligheten til å komme seg. Det kan også spille en rolle i minnekonsolidering.

Hvis det også er sant i fisk, sier Mourrain, er det veldig fornuftig. Selv hos dyr som livet går svømmende med, er det alltid behov for noe R & R. Og fisk må også lære. Men Mourrain ble langt mer overrasket over å se et annet kjennetegn på menneskelig søvn ekko i sebrafisk: den tilstanden som folk drømmer i.

Såkalt rask øyebevegelse (REM) søvn spruter faktisk av hjerneaktivitet, på nivå med målinger som er tatt i våken tid. Den store forskjellen er selvfølgelig at resten av kroppen ikke er våken, og faktisk egentlig er immobilisert (bortsett fra øynene, som hos mennesker rykker frem og tilbake).

Mye av dette ser også ut til å være sant for sebrafisk, bortsett fra øynene deres, som ble stille sammen med resten av kroppen, sier Mourrain. (Mange andre dyr holder også øynene stille under REM-søvn.)

Verken dyp søvn eller REM-søvn var helt identisk mellom mennesker og fisk, påpeker Guliz Ozcan, en nevrobiolog og sebrafiskekspert ved University College London som var ikke involvert i studien. For det første var sebrafiskekvivalenten med langsombølgesøvn mye, tregere. Til tross for disse forskjellene, sier Ozcan, er de nevrale «signaturene» fra begge stater tydelig gjenkjennelige – noe som antyder at den menneskelige versjonen av søvn kan være langt mindre menneskelig enn en gang antatt.

Med disse nye funnene sier Leung, sebrafisk kan nå bli med på den voksende listen over virveldyr der søvn har blitt funnet på et mer molekylært nivå. Uten å teste hvert eneste virveldyr som eksisterer, er det vanskelig å si om søvn i flere trinn er universell i denne gruppen, legger han til. Men som en representant for fisk – som utgjør omtrent halvparten av alle kjente virveldyrarter – sebrafisken og dens oppsiktsvekkende søvn antyder at flertrinnssøvn kan ha vært til stede i en felles forfader til pattedyr, fugler, reptiler og fisk, som levde for minst 450 millioner år siden. / p>

Amfibier vil sannsynligvis også dele egenskapen, siden de er nærmere knyttet til oss enn fisk, sier Mourrain. Det neste trinnet, legger han til, vil være å se om de samme signaturene strekker seg enda lenger tilbake i evolusjonær tim e.

Slike dypt rotte implikasjoner gjør dette papiret til » totalt gjennombrudd, «sier Eva Naumann, en nevrobiolog ved Duke University, som ikke var involvert i studien.» Jeg kan ikke overdrive det: var den manglende brikken i puslespillet … Jeg har ventet på en studie som denne til kom ut helt siden jeg begynte å jobbe innen dette feltet. ”

Det store bildet her maler imidlertid ikke mennesker som primitive. Snarere bør disse resultatene «heve sebrafisken som et modellsystem for å studere nevrale fenomener som søvn,» legger Naumann til.

Studiens resultater viste også at sebrafisk reagerer når den blir fratatt søvn eller behandles med sovepiller. på samme måte som mennesker både atferdsmessig og fysiologisk, og antyder at de også kan være nyttige for screening av medisiner for å behandle uregelmessig eller uordnet søvn, sier Ozcan.

Det er imidlertid fortsatt elefanten i rommet: Til tross for å være så utbredt , søvn og alle dens stadier fortsetter å pusle forskere som prøver å suse ut deres sanne formål. Men uansett hva døsing gjør, hvis det virkelig utviklet seg for lenge siden, og sitter fast i så mange arter, «som peker på noe virkelig viktig, ”sier Leung.

Når det gjelder om sebrafisk drømmer under deres versjon av REM, er det fortsatt et åpent spørsmål. Hvis drømmer er et produkt av læring og memorisering, er det absolutt mulig, sier Mourrain.

Tross alt kommer de fleste gjennombrudd fra de mest uventede stedene, sier han. Inkludert de menneskene (eller andre arter, kanskje) aldri engang drømte om.