Сон древнее, чем мозг: Израильские ученые обнаружили у актиний и медуз механизм защиты ДНК

Открытие, меняющее взгляд на эволюцию сна

Международная группа исследователей, в которой ключевую роль сыграли ученые из Израиля, сделала сенсационное открытие, касающееся одного из самых фундаментальных процессов в живом мире — сна. Как выяснилось, способность входить в состояние покоя с целью восстановления нейронных повреждений ДНК присутствовала у животных уже на самых ранних этапах эволюции, в частности, у стрекающих, к которым относятся медузы и актинии. Это открытие, опубликованное в авторитетном журнале Nature Communications, отодвигает предполагаемое время возникновения сна на сотни миллионов лет назад.

Исследователи из Университета Бар-Илан (Израиль) продемонстрировали, что даже эти примитивные организмы, не обладающие централизованным мозгом, нуждаются в периодах, идентифицируемых как сон. Нервная система у них представлена диффузной сетью нейронов, разбросанных по всему телу, однако потребность в отдыхе для поддержания целостности генома остается неизменной.

Сон как древнейшая функция защиты нейронов

Биологический смысл сна долгое время оставался предметом споров, особенно когда речь шла о его сохранении в ходе эволюции, несмотря на очевидные риски: во время сна животные становятся менее бдительными и более уязвимыми перед хищниками, а также приостанавливают прием пищи. Новое исследование указывает на то, что решающее преимущество сна — это защита нейронов от повреждений ДНК, накапливающихся в процессе бодрствования.

Ученые проанализировали поведение двух модельных видов: дневных медуз Cassiopea andromeda и сумеречных актиний Nematostella vectensis. Было установлено, что оба вида тратят на состояние покоя около восьми часов в сутки — сопоставимо со средним показателем для человека. При этом паттерны сна у них различаются: медузы отдыхают преимущественно ночью, а актинии — в светлое время суток.

«Наши результаты показывают, что способность сна снижать нейронные повреждения ДНК – это древняя черта, уже присутствующая у простейших животных с нервной системой. Сон возник и эволюционировал для обеспечения работы нейронов – функции настолько фундаментальной, что она сохранилась во всем животном царстве», – цитируют авторы исследования.

Экспериментальное подтверждение восстановительной роли

Ключевым моментом в работе стало наблюдение за изменением уровня повреждений ДНК в нейронах при лишении животных сна. Когда медузам и актиниям не давали возможности отдохнуть, исследователи фиксировали нарастание повреждений генетического материала в нервных клетках. При этом, как только животные получали возможность наверстать упущенное, они спали дольше обычного, демонстрируя явление, известное как восстановительный сон.

Интересно, что внешние стрессовые факторы, такие как ультрафиолетовое излучение или другие мутагены, которые увеличивают повреждение ДНК, также стимулировали животных спать дольше. Более того, введение мелатонина, известного регулятора циркадных ритмов, способствовало увеличению продолжительности сна и снижению клеточных повреждений.

Такие результаты позволяют предположить, что даже примитивные нервные системы используют механизмы, во многом схожие с человеческими, для синхронизации отдыха с суточным циклом и экстренного восстановления.

Эволюционный контекст и общность с человеком

Разделение эволюционных ветвей, ведущих к медузам и млекопитающим, произошло приблизительно миллиард лет назад. Тот факт, что фундаментальный механизм защиты нейронов посредством сна сохранился на протяжении столь колоссального временного отрезка, подчеркивает его критическую важность для выживания любого организма, чей образ жизни сопряжен с активностью нервной системы.

Предыдущие исследования израильских биологов, например, с использованием личинок рыбок данио-рерио, уже устанавливали прямую связь между накоплением повреждений ДНК в нейронах и потребностью во сне. Но перенос этого вывода на животных, стоящих у самых истоков билатеральной симметрии, укрепляет позицию сна как первичной, а не вторичной, функции.

Таким образом, сон перестает быть просто побочным продуктом метаболизма или сложным поведенческим паттерном высших животных. Он предстает как незаменимая, встроенная в генетический код, биологическая необходимость, возникшая для нейтрализации вреда, неизбежно накапливаемого в высокоактивных нервных клетках. Для Латвии, как и для всего мира, это открытие предлагает новый взгляд на фундаментальные процессы в биологии, потенциально влияя на исследования в области нейродегенеративных заболеваний, где восстановление ДНК играет ключевую роль.