Pentru animalele fără pleoape, peștii sunt surprinzător de capabili să prindă un ochi serios.
Când peștele zebră ( Danio rerio) dorm, își prind z-urile la fel ca oamenii, arată o nouă cercetare. Acești înotători cu dungi par chiar să experimenteze echivalentul în piscină al somnului REM, stadiul în care oamenii visează – și ceva care, până acum, a fost raportat doar la mamifere, păsări și reptile.
Nu înseamnă neapărat că peștii visează sau chiar că versiunea lor de somn este complet identică cu a noastră. Chiar și așa, studiul, publicat astăzi în revista Nature, sugerează că amânarea în mai multe etape ar putea fi obișnuită în rândul vertebratelor – grupul de animale care include mamifere, păsări, reptile, amfibieni și pești – și ar fi putut apărea cu mai mult de 450 de milioane de ani în urmă .
„Această lucrare vine mult”, spune Audrey Chen Lew, neurobiolog la Universitatea din California, Irvine, care nu a fost implicată în studiu. „Este o lucrare foarte frumoasă care … demonstrează asemănări între pești și oameni și alte mamifere pe care nu le-am văzut până acum. ”
Acest somn este mai mult sau mai puțin omniprezent la animalele complexe, cum ar fi vertebratele, care au toate circuitele neuronale care alcătuiesc măduva spinării, s-ar putea să sune ca un nebun. Dar în lumea neurobiologiei, lucrurile nu sunt atât de alb-negru.
O problemă este că somnul nu este întotdeauna ușor de măsurat sau de identificat. La unele creaturi, este un comportament ușor de ales: pe măsură ce dorm, multe animale se vor așeza într-o postură relaxată, își vor opri majoritatea mișcărilor și vor deveni mai puțin conștienți de mediul înconjurător pentru o perioadă lungă de timp (fără a intra în comă sau altă stare de a fi dificil de inversat).
Cu toate acestea, alte organisme nu respectă aceste criterii, determinând cercetătorii să caute o definiție mai celulară a somnului – ceva care ar putea fi detectabil universal printre toți cei care, de fapt, se angajează în somn obișnuit.
Peștele zebră este transparent în primele câteva săptămâni de viață. Aici este prezentată o larvă sau tânără. Credit de imagine: Shawn Burgess, NHGRI, Wikimedia Commons
Acesta este de fapt ceva pe care oamenii de știință l-au pus mai mult sau mai puțin la mamifere, păsări și reptile, care prezintă modele similare de activitate electrică în creier atunci când lovesc fânul. Peștii, pe de altă parte, au rămas în cea mai mare parte misterioși, în parte datorită faptului că multe metode de cercetare a somnului sunt adaptate oamenilor și altor specii terestre.
Dar, chiar dacă sunt separați de la cel puțin 400 de milioane de ani de evoluție, peștii și oamenii nu sunt atât de diferiți. De-a lungul corpului piscinei sunt caracteristici familiare ale fiziologiei umane, până la genele scrise în ADN-ul lor. Când vine vorba de pește, toate echipamentele potrivite sunt disponibile pentru un somn asemănător omului, spune autorul studiului, Philippe Mourrain, neurobiolog la Universitatea Stanford. Doar că nimeni nu găsise încă o modalitate de a verifica dacă face același lucru.
Așa că o echipă de oameni de știință condusă de Mourrain a decis să inventeze o metodă proprie. În studiile de somn uman, senzorii conectați la corpul unei persoane înregistrează activitatea creierului, ritmul cardiac, respirația și mișcările musculare. Inspirându-se din această suită cuprinzătoare de măsurători, cercetătorii au dezvoltat ceea ce a fost, de fapt, o scanare a întregului corp pentru un pește zebră – o mină dungată, lungă de centimetri, care se dezvoltă cu un corp transparent în primele câteva săptămâni de viață.
Această piele vizibilă a fost cheia succesului experimentului, deoarece a permis cercetătorilor să privească direct în organele peștilor fără a fi nevoie de intervenții chirurgicale sau alte proceduri invazive, spune autorul studiului Louis Leung, care efectuează cercetări sub conducerea lui Mourrain. supraveghere. La om, multe măsurători ale studiului somnului sunt colectate prin înregistrarea semnalelor electrice prin intermediul electrozilor de pe piele. Dar transparența peștilor le-a permis cercetătorilor să adune aceleași tipuri de date prin simpla introducere a markerilor fluorescenți în celule, care apoi s-au aprins în prezența semnalelor electrice, oferind un joc pictural prin jocul comportamentului celulelor individuale în timp. >
Când echipa a analizat undele cerebrale ale unei școli de pește zebră juvenil în repaus, au descoperit două modele familiare de activitate electrică. Primul avea o asemănare izbitoare cu ceea ce este cunoscut la om ca somn profund sau cu undă lentă, numit astfel deoarece produce o serie de unde cerebrale sincronizate, cu frecvență joasă. La oameni, somnul profund este marcat de o activitate cerebrală scăzută și se crede că oferă corpului posibilitatea de a se recupera. De asemenea, poate juca un rol în consolidarea memoriei.
Dacă acest lucru este valabil și în cazul peștilor, spune Mourrain, are mult sens. Chiar și la animalele pentru care viața merge de-a lungul înotului, este întotdeauna nevoie de un R & R. Și și peștii trebuie să învețe. Dar Mourrain a fost mult mai uimit să vadă un alt semn distinctiv al somnului uman ecou în peștele zebră: starea în care oamenii visează.
Așa-numitul somn cu mișcare rapidă a ochilor (REM) este de fapt izbucnit de activitatea creierului, la egalitate cu măsurătorile luate în timpul orelor de veghe. Bineînțeles, marea diferență este că restul corpului nu este treaz și, de fapt, este în mare parte imobilizat (cu excepția ochilor, care, la oameni, se mișcă înainte și înapoi).
acest lucru pare a fi adevărat și pentru peștii zebră, cu excepția ochilor lor, care au tăcut împreună cu restul corpului, spune Mourrain. (Multe alte animale, de asemenea, țin ochii nemișcați în timpul somnului REM.)
Nici somnul profund, nici somnul REM nu erau complet identici între oameni și pești, subliniază Guliz Ozcan, neurobiolog și expert în pești zebră la University College London care nu a fost implicat în studiu. În primul rând, echivalentul zebrafish al somnului cu undă lentă a fost mult, bine, mai lent. În ciuda acestor diferențe, spune Ozcan, „semnăturile” neuronale ale ambelor state sunt clar recunoscute – ceea ce implică faptul că versiunea umană a somnului ar putea fi mult mai puțin umană decât se credea odinioară.
Cu aceste noi descoperiri, spune Leung, Peștele zebră se poate alătura acum listei în creștere a vertebratelor în care somnul a fost identificat la un nivel mai molecular. Fără a testa fiecare vertebrat existent, este greu de spus dacă somnul cu mai multe etape este universal în acest grup, adaugă el. Dar ca reprezentant pentru peștii – care cuprind aproximativ jumătate din toate speciile cunoscute de vertebrate – peștele zebră și somnul său uimitor indică faptul că somnul pe mai multe etape ar fi putut fi prezent la un strămoș comun al mamiferelor, păsărilor, reptilelor și peștilor, care a trăit cu cel puțin 450 de milioane de ani în urmă.
Este probabil ca amfibienii să împărtășească trăsătura, deoarece sunt mai strâns legați de noi decât peștii, spune Mourrain. Următorul pas, adaugă el, va fi să vedem dacă aceleași semnături se extind și mai mult înapoi în tim evolutiv e.
Sus: larvă de pește zebră cu sistem nervos central fluorescent. Celulele se aprind pe măsură ce devin active. Partea de jos: Sistemul nervos central și mușchii peștilor zebră, luminați cu aceeași fluorescență. Folosind acest sistem, cercetătorii au reușit să înregistreze semnăturile celulare ale somnului fără proceduri invazive. Credit de imagine: Amabilitatea lui Louis Leung, Universitatea Stanford
Astfel de implicații adânc înrădăcinate fac ca această lucrare să fie „un descoperire totală „, spune Eva Naumann, neurobiolog la Universitatea Duke care nu a fost implicată în studiu.” Nu pot exagera: a fost piesa lipsă a puzzle-ului … Am așteptat un studiu ca acesta pentru ieși de când am început să lucrez în acest domeniu. ”
Totuși, imaginea de ansamblu nu îi pictează pe oameni ca fiind primitivi. Mai degrabă, aceste rezultate ar trebui „să ridice peștele zebră ca sistem model pentru a studia fenomenele neuronale cum ar fi somnul”, adaugă Naumann. în mod asemănător oamenilor, atât din punct de vedere comportamental, cât și fiziologic, sugerând că ar putea fi utile și în screeningul medicamentelor pentru tratarea somnului neregulat sau dezordonat, spune Ozcan.
Există totuși, totuși, elefantul în cameră: în ciuda faptului că este atât de răspândit , somnul și toate etapele sale continuă să descurce cercetătorii care încearcă să-și afle adevăratul scop. Dar oricare ar fi ceea ce face somnolenta, dacă a evoluat într-adevăr cu mult timp în urmă și s-a blocat în atâtea specii, „asta indică ceva cu adevărat esențial „, spune Leung.
În ceea ce privește dacă visul peștilor zebră în timpul versiunii lor de REM, aceasta este încă o întrebare deschisă. Dacă visarea este un produs al învățării și memorării, este cu siguranță posibil, spune Mourrain.
La urma urmei, cele mai multe descoperiri provin din cele mai neașteptate locuri, spune el. Inclusiv cele pe care oamenii (sau orice alte specii, probabil) nici măcar nu le-au visat.
Primiți e-mailuri despre programele NOVA viitoare și conținutul aferent, precum și prezentarea de rapoarte despre evenimente curente printr-un obiectiv științific.