Признаки сна обнаружены у медуз
Медузы спят так же, как и мы. Как и люди, мыши, рыбы и мухи, перевернутая медуза Cassiopea демонстрирует характерные признаки сна, сообщили ученые 21 сентября 2017 года в журнале Current Biology. Но в отличие от других спящих животных, у медуз нет центральной нервной системы.
«Это первый пример сна у животных без мозга», — говорит соавтор исследования Пол Стернберг, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI) в Калифорнийском технологическом институте. Результаты отодвигают происхождение сна дальше вниз по эволюционному древу жизни — до появления централизованной нервной системы.
Ученые давно спорят о том, почему животные спят. Теории включают все: от памяти до обучения и клеточного восстановления. Но Стернберг хотел ответить на вопрос, казалось бы, гораздо более базовый. Главный вопрос, по его словам: «Спят ли все животные?»
Это спорная тема. Все изученные учеными позвоночные спят, но остается загадкой, верно ли то же самое для беспозвоночных. Исследователи показали, что плодовые мушки спят, а Стернберг и другие утверждали, что спит и круглый червь Caenorhabditis elegans. Но не все в этом убеждены. А сон у более примитивных животных — таких как губки и медузы — еще более неопределен. «Мы хотели раз и навсегда это выяснить», — говорит Стернберг.
Его аспирант Рави Нат объединился с коллегами из Caltech, изучавшими Cassiopea — в основном неподвижную медузу, обитающую на илистых отмелях, мангровых болотах и других теплых мелководьях. Биолог Caltech Леа Гоэнторо содержала в своей лаборатории аквариумы с этими медузами, живущими в искусственной морской воде. Cassiopea не похожи на типичных медуз — они размером с серебряный доллар, с черными пигментными пятнами и отдыхают вверх ногами на морском дне. С щупальцами, закрученными над колоколообразными телами, медузы напоминают миниатюрные головки цветной капусты. Но они пульсируют, как и другие медузы, сокращаясь и расслабляясь в устойчивом ритме, и Нат с коллегами задались вопросом, непрерывно ли это поведение.
«Мы заходили ночью и снимали их на iPhone», — говорит он. Записав медуз на минуту ночью и днем и вручную подсчитав отдельные пульсации, команда получила первую подсказку, что Cassiopea может спать: ночью они пульсировали реже. Затем исследователи создали программу обработки изображений для подсчета пульсаций 23 медуз в течение шести последовательных дней и ночей. Активность пульсации снижалась ночью, как наблюдали ранее исследователи, но немного еды, брошенной в аквариумы, могло быстро разбудить медуз снова.
«Это как запах кофе, проникающий в ваше сознание утром», — говорит Стернберг. Такое легкое пробуждение — признак того, что вялое ночное поведение Cassiopea связано со сном, а не с параличом или комой.
Исследователи заметили второй признак сна, выдернув «пол» из-под дремлющих медуз. Команда поместила Cassiopea внутрь ПВХ-трубы с сетчатым дном, а затем погрузила трубу в аквариум — так, чтобы погруженные медузы лежали на сетке, а не на дне аквариума. Затем исследователи опустили трубу глубже в аквариум, заставив медуз оторваться от сетки и зависнуть в открытой воде. Им это не нравится, объясняет Стернберг. Днем Cassiopea быстро пульсирует колоколом и плывет вниз, чтобы снова лечь на сетку. Но ночью им требуется примерно в три раза больше времени, чтобы начать пульсировать. Это похоже на то, что медуза немного заторможена, говорит он. Такая замедленная реакция на стимуляцию типична для спящих животных.
И, как и другие спящие животные, если медузы не спят всю ночь, они расплачиваются за это на следующее утро. Нат и коллеги направляли на Cassiopea крошечные струйки воды в течение шести или 12 часов ночью, а затем подсчитывали пульсации на следующий день. Они менее активны после недосыпа, говорит Нат, но «после того, как они наверстывают упущенный сон, они возвращаются к норме».
Результаты позволяют предположить, что Cassiopea действительно спит, но для Стернберга эта работа также порождает новые вопросы. «Нужны ли нейроны для сна? — спрашивает он. — Нужно ли для сна больше одной клетки?» Он хотел бы изучить губок или даже одноклеточных простейших, чтобы, возможно, отодвинуть происхождение сна еще дальше.