Podobnie jak my, ryby doświadczają fazy snu „śnienia”

W przypadku zwierząt bez powiek ryby są zaskakująco zdolne do przymknięcia oczu.

Gdy danio pręgowany ( Danio rerio) zasypiają, łapią swoje z tak jak ludzie, nowe badania pokazują. Ci pływacy w paski wydają się nawet doświadczać rybiego odpowiednika snu REM, fazy, w której ludzie śnią – i czegoś, co do tej pory opisywano tylko u ssaków, ptaków i gadów.

Niekoniecznie oznacza to, że ryby śnią, a nawet że ich wersja snu jest całkowicie identyczna z naszą. Mimo to badanie, opublikowane dzisiaj w czasopiśmie Nature, sugeruje, że wielostopniowe drzemki mogą być powszechne wśród kręgowców – grupy zwierząt, która obejmuje ssaki, ptaki, gady, płazy i ryby – i mogło powstać ponad 450 milionów lat temu .

„Ta praca nadejdzie długo” – mówi Audrey Chen Lew, neurobiolog z University of California w Irvine, która nie brała udziału w badaniu. „To naprawdę fajna praca, która … pokazuje podobieństwa między rybami a ludźmi i innymi ssakami, których wcześniej nie widzieliśmy. ”

To, że sen jest mniej więcej wszechobecny wśród złożonych zwierząt, takich jak kręgowce, z których wszystkie mają obwody nerwowe tworzące rdzeń kręgowy, może wydawać się oczywiste. Ale w świecie neurobiologii sprawy nie są takie czarno-białe.

Jednym z problemów jest to, że sen nie zawsze jest łatwy do zmierzenia lub zidentyfikowania. U niektórych stworzeń łatwo jest zauważyć zachowanie: gdy zasypiają, wiele zwierząt przybiera rozluźnioną postawę, zatrzymuje większość ruchów i staje się mniej świadoma swojego otoczenia przez dłuższy czas (bez zapadania w śpiączkę). lub inny trudny do odwrócenia stan istnienia).

Jednak inne organizmy nie przestrzegają tych kryteriów, co skłania naukowców do poszukiwania bardziej komórkowej definicji snu – czegoś, co może być powszechnie wykrywalne wśród wszystkich, którzy w rzeczywistości regularnie śpią.

To jest coś, co naukowcy mniej lub bardziej przekonali u ssaków, ptaków i gadów, z których wszystkie wykazują podobne wzorce aktywności elektrycznej w mózgu podczas uderzania o siano. Z drugiej strony ryby pozostały w większości tajemnicze, częściowo z powodu faktu, że wiele metod badania snu jest dostosowanych do ludzi i innych gatunków lądowych.

Ale mimo że dzieli je co najmniej co najmniej 400 milionów lat ewolucji ryby i ludzie nie różnią się tak bardzo. W całym ciele ryby są znane cechy fizjologii człowieka, aż do genów wpisanych do ich DNA. Jeśli chodzi o ryby, są tam wszystkie odpowiednie maszyny do snu podobnego do ludzkiego, mówi autor badania Philippe Mourrain, neurobiolog z Uniwersytetu Stanforda. Po prostu nikt jeszcze nie znalazł sposobu, by sprawdzić, czy robi to samo.

Zespół naukowców pod kierownictwem Mourraina postanowił więc wynaleźć własną metodę. W badaniach snu na ludziach czujniki podłączone do ciała osoby rejestrują aktywność mózgu, tętno, oddech i ruchy mięśni. Czerpiąc inspirację z tego obszernego zestawu pomiarów, naukowcy opracowali coś, co w efekcie było skanem całego ciała danio pręgowanego – pasiastej, calowej płotek, która rozwija się z przezroczystym ciałem podczas pierwszych kilku tygodni życia.

Ta przezroczysta skóra była kluczem do sukcesu eksperymentu, ponieważ pozwoliła naukowcom zajrzeć bezpośrednio do narządów ryby bez konieczności wykonywania operacji lub innych inwazyjnych procedur, mówi autor badania Louis Leung, który prowadzi badania pod opieką Mourraina. nadzór. U ludzi wiele pomiarów snu jest zbieranych przez rejestrowanie sygnałów elektrycznych za pomocą elektrod na skórze. Ale przezroczystość ryby pozwoliła naukowcom zebrać te same rodzaje danych, po prostu umieszczając znaczniki fluorescencyjne w komórkach, które następnie zapalają się w obecności sygnałów elektrycznych, dając obrazową grę zachowania poszczególnych komórek w czasie.

Kiedy zespół przeanalizował fale mózgowe szkoły młodocianych danio pręgowanego w spoczynku, odkrył dwa znane wzorce aktywności elektrycznej. Pierwsza była uderzająco podobna do tego, co u ludzi jest znane jako głęboki lub wolnofalowy sen, nazwany tak, ponieważ wytwarza serię zsynchronizowanych fal mózgowych o niskiej częstotliwości. U ludzi głęboki sen charakteryzuje się niską aktywnością mózgu i uważa się, że daje organizmowi możliwość regeneracji. Może również odgrywać rolę w konsolidacji pamięci.

Jeśli dotyczy to również ryb, mówi Mourrain, ma to duży sens. Nawet w przypadku zwierząt, dla których życie toczy się beztrosko, zawsze potrzeba jakiegoś R & R. Ryby też muszą się nauczyć. Ale Mourrain był znacznie bardziej zaskoczony, gdy zobaczył inny znak rozpoznawczy ludzkiego snu, który odbija się echem u danio pręgowanego: stan, w którym ludzie śnią.

Tak zwany sen o szybkich ruchach oczu (REM) w rzeczywistości pęka z aktywnością mózgu, na równi z pomiarami wykonanymi w czasie czuwania. Największą różnicą jest oczywiście to, że reszta ciała nie jest obudzona i jest w rzeczywistości w większości unieruchomiona (z wyjątkiem oczu, które u ludzi szarpią się tam iz powrotem).

Wiele z nich Wydaje się, że dotyczy to również danio pręgowanego, z wyjątkiem ich oczu, które milczały wraz z resztą ciała, mówi Mourrain. (Wiele innych zwierząt również ma oczy spokojne podczas snu REM.)

Ani głęboki sen, ani REM nie były całkowicie identyczne u ludzi i ryb, zauważa Guliz Ozcan, neurobiolog i ekspert danio pręgowany z University College London, który nie był zaangażowany w badanie. Po pierwsze, danio pręgowany odpowiednik snu wolnofalowego był dużo, no cóż, wolniejszy. Ozcan mówi, że pomimo tych różnic neuronowe „sygnatury” obu stanów są wyraźnie rozpoznawalne – co oznacza, że ludzka wersja snu może być znacznie mniej ludzka, niż sądzono.

Dzięki tym nowym odkryciom Leung mówi: Danio pręgowany może teraz dołączyć do rosnącej listy kręgowców, u których sen został sprecyzowany na bardziej molekularnym poziomie. Bez testowania każdego istniejącego kręgowca trudno powiedzieć, czy wielostopniowy sen jest uniwersalny w tej grupie – dodaje. Ale jako przedstawiciel grupy ryby – które stanowią około połowy wszystkich znanych gatunków kręgowców – danio pręgowany i jego zdumiewający sen wskazują, że wieloetapowy sen mógł występować u wspólnego przodka ssaków, ptaków, gadów i ryb, który żył co najmniej 450 milionów lat temu.

Prawdopodobnie płazy również mają tę samą cechę, ponieważ są z nami bliżej spokrewnieni niż ryby, mówi Mourrain. Następnym krokiem, dodaje, będzie sprawdzenie, czy te same sygnatury rozciągają się jeszcze bardziej z powrotem w ewolucyjnym tim e.

Takie głęboko zakorzenione implikacje sprawiają, że ten artykuł „a totalny przełom ”, mówi Eva Naumann, neurobiolog z Duke University, która nie brała udziału w badaniu.„ Nie mogę tego przecenić: czy był brakującym elementem układanki… Czekałam na takie badanie, aby wyjdź, odkąd zacząłem pracować w tej dziedzinie. ”

Jednak ogólny obraz nie przedstawia ludzi jako prymitywnych. Wyniki te powinny raczej „podnieść danio pręgowanego jako modelowy system do badania zjawisk neuronalnych, takich jak sen”, dodaje Naumann.

Wyniki badania pokazały również, że danio pręgowany reaguje pozbawiony snu lub leczony środkami nasennymi podobnie jak ludzie, zarówno behawioralnie, jak i fizjologicznie, sugerując, że mogą być również przydatne w badaniach przesiewowych leków w leczeniu nieregularnego lub zaburzonego snu, mówi Ozcan.

W pokoju wciąż jest słoń: Pomimo tego, że jest tak powszechny , sen i wszystkie jego etapy nadal stanowią zagadkę dla badaczy próbujących odgadnąć ich prawdziwy cel. Ale cokolwiek to jest, że drzemka rzeczywiście wyewoluowała tak dawno temu i utknęła w tak wielu gatunkach, „to wskazuje na coś naprawdę Niezbędne ”- mówi Leung.

Pytanie, czy danio pręgowany marzy podczas ich wersji REM, to wciąż otwarte pytanie. Jeśli śnienie jest produktem uczenia się i zapamiętywania, to z pewnością jest to możliwe, mówi Mourrain.

W końcu większość przełomów pochodzi z najbardziej nieoczekiwanych miejsc, mówi. W tym te, o których ludzie (lub być może jakikolwiek inny gatunek) nawet nie śnili.