Что делает сон жизненно важным? Учёные раскрывают тайны клеточных энергостанций

Важное открытие сделали европейские молекулярные биологи, исследуя физиологическую потребность в сне у многоклеточных живых существ. В статье, опубликованной в журнале Nature, ученые заявляют, что сон необходим для восстановления митохондрий — ключевых органелл клеток, которые получают и перераспределяют энергию, в частности, в виде АТФ.

Исследования показали, что митохондрии повреждаются в процессе метаболизма, происходящего во время бодрствования, и сон служит своего рода "ремонтом" этих клеточных "энергостанций".

Сон и эволюционные последствия

Это открытие связывает потребность во сне с более глубокими эволюционными изменениями, произошедшими на Земле, и объясняет, почему сон является универсальным процессом для всех многоклеточных организмов.

Исследование также открывает новые перспективы для изучения механизма старения и разработки методов профилактики заболеваний, связанных с повреждением митохондрий.

Эволюция кислородного дыхания и начало сна

Группа молекулярных биологов под руководством профессора Оксфордского университета Геро Мизенбека исследовала, как переход жизни к кислородному дыханию привел к возникновению сна.

Как выяснилось, резкие колебания концентрации кислорода в атмосфере Земли дважды за миллиард лет — 2,4 миллиарда лет назад и 750 миллионов лет назад — создали условия для появления многоклеточных животных и перехода к более сложным биологическим процессам, включая дыхание с использованием кислорода.

"Сон, как и процесс старения, представляет собой своего рода плату за переход к дыханию кислородом, который позволил развиться современным многоклеточным животным", — поясняют исследователи.

Изучение клеточной активности и митохондрий

Для ответа на вопрос, зачем именно многоклеточным существам нужен сон, исследователи сосредоточились на изучении нейронов сна у мушек-дрозофил. После длительного бодрствования ученые проследили изменения активности генов, связанных с функционированием митохондрий и передачей сигналов через нейроны.

Результаты показали, что нехватка сна приводит к активации генов, которые ответственны за транспорт электронов и синтез АТФ в митохондриях, что указывает на повышенную нагрузку на клеточные энергостанции. Вместе с тем наблюдалось подавление генов, которые отвечают за формирование синапсов и передачу сигналов между нейронами.

"В отсутствие сна митохондрии повреждаются из-за накопления избытка электронов, что приводит к повреждению их мембран и накоплению оксидантов. Сон позволяет этим органеллам "починиться", восстанавливая их нормальное состояние", — пояснил профессор Мизенбек.

Сон и продолжительность жизни животных

Дополнительные наблюдения показали, что у животных с быстрым метаболизмом, таких как маленькие млекопитающие, потребность в сне особенно велика, что связано с высокой нагрузкой на митохондрии. Эти животные спят много, но их продолжительность жизни, как правило, коротка — вероятно, из-за ускоренного износа клеточных "энергостанций".