Рибите могат да имат сложна структура на съня, която наподобява тази при хората и други бозайници. Това показва ново изследване на учени от Института „Макс Планк“ по биологична кибернетика в Тюбинген, Германия, публикувано в списание Nature Communications.
Откритието поставя под въпрос досегашната представа, че сложната архитектура на съня е характерна главно за бозайниците. Изследователите са установили, че рибите зебра — Danio rerio — не просто изпадат в периоди на покой, а преминават през различни състояния на сън, някои от които са съпроводени с характерни движения на очите.
Сън, подобен на човешкия
При хората и други бозайници сънят се състои от отделни фази. Една от най-известните е REM сънят — от английското rapid eye movement, или „бързо движение на очите“. Именно в тази фаза очите се движат под затворените клепачи, а човек преживява най-ярките и интензивни сънища.
Дали животни извън групата на бозайниците също имат ясно разграничени фази на съня — и по-специално сън, свързан с движения на очите — отдавна е предмет на научен дебат.
Новото изследване показва, че при рибите зебра периодите на покой не са еднотипни. Екипът е идентифицирал четири различни състояния на сън: три от тях са придружени от характерни движения на очите, обозначени като QEM, а едно протича без видима очна активност.
Как учените са проследили съня на рибите
Рибите зебра са известни с това, че преминават през периоди на неподвижност, продължаващи няколко минути, по време на които реагират по-слабо на външни стимули. Досега обаче никой не е характеризирал систематично движенията на очите им по време на естествен сън.
„Бях изумен, когато за първи път видях очите на рибите да се движат по толкова характерен начин“, казва Викaш Чоудхари, който е първи автор на изследването заедно с Чарлс Хелър.
Успехът на наблюденията се дължи на нов експериментален подход. Учените са използвали специализиран проследяващ микроскоп, който може да наблюдава свободно плуващи ларви на риби зебра в продължение на 24 часа. Така те едновременно са регистрирали движенията на очите, движенията на тялото и мозъчната активност.
Предимството на Danio rerio е, че ларвите им имат прозрачни мозъци. Това позволява на изследователите да наблюдават в реално време активността на почти всички неврони.
Дневна дрямка при рибите
Най-необичайното състояние, което учените откриват, е QEM-1. То се проявява почти изключително през деня и е най-честото от състоянията с движения на очите.
В тази фаза рибите са били особено трудни за събуждане, което означава, че не става дума просто за кратка почивка или пасивна неподвижност. Наблюденията върху мозъчната активност показват, че тя значително намалява в целия мозък — важен белег за пълноценен сън.
Според учените именно QEM-1 може да се разглежда като състояние, наподобяващо човешката дневна дрямка. Мозъчните записи дори са разкрили предвидими модели на активност, по които може да се определи колко дълго рибата е „дремала“ и кога предстои да се събуди.
Вътрешният часовник и светлината
Анализът показва, че различните фази на съня при рибите зебра се подчиняват на собствени циркадни ритми — вътрешния биологичен часовник на организма.
През нощта при Danio rerio преобладава сън без видими движения на очите. От трите състояния с очни движения едно достига пик през тъмната част на денонощието, а друго се засилва към сутринта. QEM-1 обаче се появява почти изцяло през деня.
Допълнителни експерименти при различни светлинни условия показват, че архитектурата на съня се определя от взаимодействието между вътрешния биологичен часовник и излагането на светлина.
Откритие с еволюционно значение
Учените са наблюдавали същите четири състояния на сън и при два други сродни вида от рода Danio. Това подсказва, че подобна структура на съня може да е древна еволюционна характеристика, а не особеност, ограничена само до един вид.
Откритието повдига редица нови въпроси. Един от тях е дали движенията на очите по време на сън имат определена функция, или са страничен продукт от мозъчната активност.
„Много сме любопитни какви роли изпълняват различните фази на съня“, казва Дженифър М. Ли, която заедно с Дрю Робсън ръководи лабораторията, от която произхожда изследването.
По думите ѝ сънят е важен за редица процеси — от реактивирането на спомени до изчистването на отпадни вещества от мозъка. Въпреки това учените все още не разбират напълно защо сънят е организиран във времето по този начин.
Защо рибите зебра са важен модел
Рибите зебра отдавна се използват като модел в невронауката, защото позволяват наблюдение на мозъчната активност с изключителна прецизност. Прозрачният им мозък дава възможност на учените да проследяват как различни невронни мрежи се активират или затихват по време на сън.
Това прави Danio rerio ценен модел за разбиране не само на съня при рибите, но и на по-общите принципи, по които сънят е възникнал и се е развил в животинския свят.
Сега изследователите насочват вниманието си към мозъчната активност по време на нощния сън, за да разберат по-добре механизмите и функциите на отделните състояния. Според тях тези наблюдения могат да помогнат за по-дълбоко разбиране на еволюцията на съня — и на причините, поради които различните му фази са толкова важни за мозъка.
