У желеобразных существ без централизованного мозга есть нечто общее с людьми — они спят треть жизни. Это открытие израильских учёных ставит вопрос: не является ли сон древнейшей универсальной программой выживания, зашитой в ДНК всех живых существ ещё до появления позвоночных?
В подводных лабораториях Университета Бар-Илан в Израиле происходит нечто, способное перевернуть представления о природе сна. Исследователи обнаружили, что перевернутая медуза Cassiopea andromeda, лишённая мозга и обладающая лишь диффузной нейронной сетью, погружается в состояние покоя, удивительно похожее на человеческий сон. Эти создания проводят треть суток в полной неподвижности: их пульсация замедляется, реакция на раздражители снижается, а пробуждение требует значительно больше времени, чем в период бодрствования. Но самое поразительное — их сон регулируется теми же механизмами, что и у млекопитающих. Результаты исследования, опубликованные в авторитетном журнале Nature Communications, заставляют пересмотреть эволюционные корни одного из самых загадочных состояний живых организмов.
Медузы относятся к типу книдарий, чьи предки отделились от линии, ведущей к человеку, около миллиарда лет назад. До этого открытия считалось, что сон как сложная нейрофизиологическая программа возник вместе с централизованными мозгами. Однако у книдарий нет ни коры, ни гипоталамуса — только рассредоточенные по телу нервные узлы. «Мы ожидали увидеть у примитивных организмов лишь базовые ритмы активности, но не сложные циклы сна и бодрствования», — признаётся доктор Рафаэль Агильон, руководитель проекта.
Эволюционная загадка сна усугубляется его «ценой». В состоянии покоя медузы становятся лёгкой добычей для хищников, а их способность избегать опасности падает на 30–40%. Почему же природа сохранила этот механизм, несмотря на риски? Ответ кроется в клеточном уровне. Учёные обнаружили, что при недостатке сна у медуз и их родственников — морских анемонов Nematostella vectensis — в нейронах накапливаются повреждения ДНК. Эти микротравмы возникают из-за метаболической активности и внешних факторов, таких как УФ-излучение. Сон же, как выяснилось, запускает процессы репарации. «В бодрствовании баланс между повреждением и восстановлением ДНК нарушается. Сон даёт нервной системе «временной буфер» для консолидации генетической целостности», — объясняет соавтор исследования доктор Лаура Хардуф.
Эксперименты подтвердили: когда медуз подвергали воздействию мутагенов или лишали отдыха, их нейроны демонстрировали вдвое больше разрывов ДНК. Но стоило добавить в воду мелатонин — гормон, регулирующий суточные ритмы у человека, — как активность сна возрастала, а повреждения сокращались. Это указывает на то, что даже у самых древних многоклеточных работает система, синхронизирующая отдых с циклами света и тьмы. «Мелатонин у медуз и людей — это пример конвергентной эволюции. Природа нашла универсальное решение проблемы клеточного стресса», — отмечает Агильон.
Интересно, что циклы сна у разных видов книдарий варьируются. Cassiopea спит ночью и дрём в полдень, тогда как морская анемона отдыхает только в темноте. Это позволяет предположить, что механизмы сна адаптировались к экологическим нишам ещё на заре эволюции. «Сон не роскошь, а необходимость. Даже желеобразный мешок должен «перезагружать» нейроны для выживания», — резюмирует биолог Давид Леви из Тель-Авивского университета.
Открытие имеет последствия не только для эволюционной биологии. Если повреждение ДНК — ключевой триггер сна, это объясняет, почему хроническое недосыпание у людей ведёт к нейродегенеративным заболеваниям. Группа Агильона уже изучает, можно ли использовать мелатониновые пути медуз для создания препаратов против старения нервной системы. «Мы давно искали модель для исследований сна без сложных мозговых структур. Медузы стали идеальным «живым тестом»», — делится планами учёный.
Нейроны анемоны под УФ-светомPicLumen
Но главный вопрос остаётся: если сон возник миллиард лет назад, есть ли у него аналоги у одноклеточных? Некоторые протисты демонстрируют суточные изменения активности, но назвать это сном пока невозможно. «Граница между отдыхом и сном размыта. Возможно, первый «сон» зародился, когда жизнь вышла из океана на сушу, и клетки столкнулись с новыми стрессами», — гипотезирует палеобиолог Эми Герберт.
Тем временем в лабораториях продолжаются эксперименты. Учёные искусственно вызывают сон у медуз с помощью УФ-ламп, имитирующих солнечный стресс, и изучают, как нейронные сети «отключаются» без командного центра. Первые данные показывают: даже в отсутствие мозга клетки координируют отдых через химические сигналы. «Это как если бы каждый музыкальный инструмент в оркестре знал, когда умолкнуть, не слыша дирижёра», — поэтично описывает феномен Хардуф.
Открытие израильских учёных стирает грань между «простыми» и «сложными» формами жизни. Сон, возможно, — не продукт эволюции мозга, а её предпосылка. Как писал ещё Аристотель, «жизнь — чередование движения и покоя». Теперь мы знаем: эта истина актуальна даже для существ, чьё тело напоминает каплю воды с тенью сознания.
