Когда мы иногда или систематически лишены сна, нам не удается сосредоточиться. Новое исследование ученых Оксфордского университета (Великобритания) пролило свет на происхождение этого биологического явления, а также помогло глубже понять на клеточном уровне нашу потребность в отдыхе.
Как установила команда, митохондрии наших клеток отвечают за подачу сигналов о том, что организму необходимо как можно скорее лечь спать.
Исследователи предположили, что эти крошечные генераторы энергии вызывают своеобразное метаболическое перенапряжение в нейронах, которые регулируют сон. Следовательно, мозг работает на пределе своих возможностей. Тем временем сон помогает устранить это напряжение, заботясь о здоровье мозга, рассказало издание Science Alert.
«Мы поставили перед собой задачу понять, для чего нужен сон и почему мы вообще чувствуем потребность в нем. Несмотря на десятилетия исследований, до сих пор никто не смог выявить четкий физический триггер. Наши результаты показали, что ответ может скрываться в самом процессе, который обеспечивает наш организм энергией: аэробном метаболизме», – объяснил физиолог Геро Мизенбок, соавтор работы.
Что узнали ученые?
Университетская команда изучила нейроны, отвечающие за регуляцию сна, на примере плодовых мушек Drosophila melanogaster. Как известно, многие гены и молекулярные механизмы дрозофил схожи с человеческими. Поэтому мушки являются хорошей моделью для изучения процессов, происходящих в организме человека.
Сравнивая плодовых мушек, которые хорошо выспались, с лишенными сна, исследователи заметили различия в активности генов и электрической сигнализации. Ученые обнаружили, что перегруженные митохондрии в мозге, лишенном сна, теряют электроны, увеличивая образование вредных продуктов распада. Нейроны, регулирующие сон, реагируют на эти молекулы, переходя в режим повышенной активности. И это делает сон важнейшим биологическим приоритетом.
«Нельзя, чтобы митохондрии пропускали слишком много электронов. Когда это происходит, они генерируют реактивные молекулы, которые повреждают клетки», – отметил нейробиолог Раффаэле Сарнатаро, ведущий автор исследования.
Генетическая модификация плодовых мушек с более активным производством электронов в клетках, регулирующих сон, привела к появлению мушек, которые спали больше. Аналогично, дрозофилы со сниженным уровнем генерации электронов спали меньше.
Конечно, есть и другие факторы, влияющие на сон: от количества выпитых чашек кофе – до сбоев в циркадных ритмах, отвечающих за время сна. Но теперь ученые получили представление о реальном клеточном механизме, который контролирует сон, и поняли, почему без него нельзя обойтись.
Все то, что ученые узнали в ходе исследования, впоследствии может помочь в лечении расстройств сна и даже неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера. Эти заболевания тесно связаны со сном и тем, как он защищает мозг.
Исследование также выявило связь между метаболизмом, сном и продолжительностью жизни. Мелкие животные, как правило, спят больше и живут меньше, а активность митохондрий и отходы, которые необходимо выводить, могут быть одной из причин этого.
Результаты исследования опубликовал журнал Nature.
Фото: pexels.com
