Спят ли медузы?

Три студента Калифорнийского технологического университета доказали, что у этих живых существ есть своя версия сна.

Когда Рави Нат задал знакомым вопрос «спит ли медуза», то обнаружил, что большинство считает, что знает ответ. Примерно половина говорит «да», а половина — «нет». Некоторые учёные утверждают, что в общепринятом понимании только млекопитающие и птицы могут действительно спать. Другие люди думают, что даже растения имеют что-то похожее на сон. «У каждого человека, которого я спрашивал, есть своё мнение» — говорит Нат — «даже у 10-летнего ребёнка есть ответ».

Свой вариант есть и у Ната. Вместе со своими друзьями и коллегами из Калифорнийского технологического института Клэр Бедбрук и Майклом Абрамсом он провёл ряд экспериментов над медузой по имени Кассиопея, которые подтвердили, что медузы действительно входят в состояние спячки. Каждую ночь они становятся менее активными и отзывчивыми. Их можно легко разбудить, но если они слишком долго лишены этих медленных периодов, то становятся ещё более пассивными и вяло реагируют на следующий день, как если бы они «валились с ног». А это, в свою очередь имеет большое значение для понимания того, как развивается сон, и почему.

Сон широко распространён в животном мире. Спят рыбы, мухи, даже черви нематоды, которых изучает Нат. Но медузы принадлежат к одной из самых древних групп живых существ, которые отделились остальных не менее 600 миллионов лет назад. Если у них также есть версия сна, это говорит о том, что корни такого поведения более древние, чем кто-либо подозревал.

Снятся ли медузам водные овцы? Никто не может ответить

Пока неясно, почему живые существа вообще спят, но недостатка в версиях нет. Учёные утверждали, что сон помогает людям чистить мозг от токсинов, закреплять информацию или восстанавливать его для нового дня обучения. Но ни одна из этих гипотез не имеет большого смысла в случае медузы, потому что у них вообще нет мозгов. У них просто нервная сеть — свободное кольцо нейронов, которое располагается по краю пульсирующих колоколов. «Возможно, причина существования сна — нечто более основательное, чем сохранение энергии» — говорит Бедбрук — «это может быть что-то необходимое для нервной системы, независимо от того, насколько она проста или сложна».

Бедбрук и друзья начали изучать Кассиопею в квартире учёной, наблюдая за её движениями за светом от iPhone. Кассиопея — перевёрнутая медуза. Он редко плавает, а вместо этого сидит, перевернувшись на поверхности, используя свой пульсирующий колокол, чтобы направлять воду к щупальцам. И эти пульсирующие движения становились медленнее ночью. «Вы действительно можете сказать, когда смотрите на них по ночам, что они менее активны, чем в течение дня» — говорит Бедбрук.

Вместо того, чтобы полагаться на наблюдения, трио разработало систему визуализации, которая автоматически подсчитывала импульсы медузы в течение нескольких дней и ночей. «Мы сразу увидели цельную картину» — говорит Бедбрук. Медузы на 30 процентов менее активны ночью. Они пульсируют реже, и проходят через несколько пауз, длительностью 10-20 секунд, в ходе которых полностью прекращают пульсировать.

Но сон — это не просто бездействие. Он определяется несколькими другими критериями — и трио начало проверять каждый.

Во-первых, бездействие должно быть обратимым, если вы не можете проснуться, то ваше состояние можно скорее охарактеризовать как коматоз а не как сон. И действительно, когда трио разбудило медуз, предложив им ночную пищу, они отметили, что животные стали такими же активными, как обычно днём.

Во-вторых, спящее животное должно быть невосприимчивым — нужно приложить больше усилий, чтобы привлечь их внимание когда они спят, чем когда они бодрствуют. Чтобы проверить это, трио поместило свою медузу в трубу из ПВХ с прозрачным дном. Подняв трубку, а затем опустив ее, они смогли ненадолго поместить животное в середину воды. Кассиопея не любит свободно плавать и обычно всплывает вверх. Но ночью она реагировала гораздо медленнее; это напоминало то, как другие существа после сна становятся более неуклюжими.

«Это было очень убедительно» — говорит Бедбрук. «Иногда, когда мы бросали медузу в воду ночью, она не пульсировала, а просто плавала на дне. Это сильно отличается от того, как она реагировала на стимулы в течение дня». Но если учёные повторяли эксперимент всего через 30 секунд, медуза реагировала так же, как и в течение дня. «Теперь она проснулась!» — говорит Абрамс.

Наконец, спящее существо должно страдать, если лишено сна, и добирать необходимое на следующую ночь. «Если не спим ночью, то на следующий день чувствуем усталость», объясняет Рат. Он и его друзья проверили этот эффект на своей медузе, беспокоя её струями воды каждые 20 минут. После каждого впрыска существо пульсировало быстрее, а затем возвращалось в неактивное состояние. И после целой ночи тревожности она и другие медузы были менее активны на следующий день. Напротив, те же самые водяные струи, которыми их беспокоили в течение дня, когда существа бодроствовали, не имели такого эффекта.

Сон медуз – не такой как сон человека. Он гораздо древнее.

Это впечатляющий набор результатов. Но для Надин Граветт из Университета Витватерсранда, которая работала над изучением сна слонов, этого недостаточно. Она рассказывает, что учёные обычно изучают сон с помощью электродов на головах животных, с помощью которых они измеряют электрическую активность мозга. Без этого «нельзя утверждать, что у медуз есть состояние сна» — говорит Граветт. «Самое большее, что можно сказать, заключается в том, что в контролируемых лабораторных условиях они показывают определённые периоды бездействия — и, возможно, сон происходит в течение этих периодов».

Но Изабелла Капеллини из Университета Халла отмечает, что электрические записи используются только для количественного определения сна у млекопитающих и птиц, но не, скажем, у рыб или насекомых. «При изучении сна у таких живых существ мы можем полагаться только на поведение» — говорит она.

Основываясь на этом определении, эксперименты трио из Калифорнийского университета «служат серьёзными доказательствами существования сна у медуз», добавляет Шерил Ван Бускирк из Калифорнийского государственного университета. «Это говорит о том, что сон не может быть результатом сложности нервной системы, а скорее является основным свойством нейронов. Почему для возбудимых клеток требуются периоды снижения активности, остаётся загадкой, но меня не удивило бы, если бы ответ был получен из исследований, подобных этим».

Нат понимает скептицизм. Это та же реакция, с которой сталкивались исследователи, когда они впервые начали утверждать, что мухи или черви могут спать. Но он не утверждает, что сон медузы точно такой же, как сон человека. Он гораздо древнее. У него масса таких же функций, но, например, нет очевидного аналога сна REM — периода, когда наши закрытые глаза быстро двигаются, мышцы расслабляются, а мозги демонстрируют яркие сны. Снятся ли медузам водные овцы? Никто не может ответить.

Следующим шагом команды является изучение генов медузы. Гены, которые влияют на сон у мух и червей, такие же, как и у мышей и людей, и, основываясь на предварительном изучении генома Кассиопеи, они считают, что у неё то же самое. «Нам нужно каким-то образом заблокировать их, чтобы понять, как они влияют на поведение», — говорит Абрамс.

Конечно, медуза, похоже, реагирует на те же самые вызывающие сон химикаты, которые воздействуют на человеческий мозг. Когда учёные вводили существам мелатонин, гормон, который заставляет людей спать, они пульсировали медленнее. И когда они лечили медузу антигистамином — класс наркотиков, который часто вызывает у людей сонливость – реакция была такая же.

«Однако мы пробовали пробовали кофеин, и не обнаружили реакции» — говорит Бедбрук.

«Так что всё гораздо сложнее» — добавляет Абрамс — «кофе, например, не работает».

Оригинал: The Atlantic Автор: Эд Янг