Исследование показало, что рептилии разделяют паттерны REM- и медленноволнового сна с млекопитающими и птицами

Поведенческий сон распространен повсеместно среди животных — от насекомых до человека. У человека сон также характеризуется мозговой активностью: периоды медленноволновой активности сменяются короткими фазами сна с быстрыми движениями глаз (REM-сон). Эти электрические особенности мозгового сна, функции которых плохо изучены, до сих пор описывались только у млекопитающих и птиц, но не у рептилий, амфибий или рыб. Однако птицы — это рептилии, они являются пернатыми потомками ныне вымерших динозавров. Как же тогда эволюционировал мозговой сон?

Гиль Лоран и сотрудники его лаборатории в Институте исследований мозга Общества Макса Планка (Франкфурт, Германия) впервые описали REM- и медленноволновой сон у рептилии — австралийской бородатой агамы (Pogona vitticeps). Это позволяет предположить, что мозговой сон существовал как минимум со времени эволюции амниот, то есть с начала колонизации наземных массивов суши позвоночными животными.

Птицы, рептилии и млекопитающие — все являются амниотами, кладой четвероногих позвоночных, чьи яйца могли выживать вне воды, что позволило колонизировать сушу. Амниоты появились ~320 миллионов лет назад и быстро разделились на группу, которая привела к млекопитающим (включая людей), и другую, которая привела к рептилиям и птицам. Бородатые агамы — это вид ящериц, ответвившийся от общего ствола рептилий около 250 миллионов лет назад, задолго до ветви, которая приведет к динозаврам и птицам. Таким образом, явление, наблюдаемое у ящерицы, птицы и млекопитающего, скорее всего, существовало у их общего предка.

Группа Гиля Лорана изучает мозг рептилий из-за его более простого, архаичного строения, чтобы понять функцию, динамику и принципы работы коры головного мозга. В ходе одного из таких исследований они заметили, что мозговая активность, записанная у отдыхающих ящериц ночью, регулярно колебалась между двумя состояниями. Данная работа выросла из этого первоначального наблюдения. Они задались вопросом: не наблюдаем ли мы REM- и медленноволновой сон?

Ответ на этот вопрос требует классификации паттернов нейронной активности, записанной из мозга, на основе ряда статистических, динамических и анатомических признаков и их корреляции с наблюдаемым поведением, таким как наличие или отсутствие быстрых движений глаз.

В своем отчете Лоран и его коллеги описывают существование REM- и медленноволнового сна у бородатой агамы со многими общими чертами с млекопитающими:

• Фаза, характеризующаяся низкочастотной/высокоамплитудной средней мозговой активностью и редкими всплесками нейронной активности (медленноволновой сон).
• Другая фаза, характеризующаяся мозговой активностью, похожей на бодрствование, и быстрыми движениями глаз (REM-сон).

Еще одной общей чертой с млекопитающими была скоординированная активность коры с другой областью мозга во время медленноволнового сна: у агам это так называемый дорсальный желудочковый гребень, а у млекопитающих — гиппокамп.

Исследователи также сообщают об интересных различиях:

• Ритм сна ящериц чрезвычайно регулярный и быстрый: цикл сна агамы длится около 80 секунд при 27°C, по сравнению с 30 минутами у кошки или 60–90 минутами у человека.
• В то время как у ящериц медленноволновая и REM-фазы имеют примерно равную продолжительность в каждом цикле, у млекопитающих REM-сон намного короче медленноволнового, а у птиц обе фазы короткие и нерегулярные.

В целом, сон ящериц кажется гораздо проще и, возможно, ближе к изначальному режиму мозгового сна.

Как можно утверждать, что такие данные указывают на общее происхождение, а не на независимую, но конвергентную эволюцию сна у рептилий, птиц и млекопитающих?

«Предполагать конвергентную эволюцию (два или три раза в эволюции амниот) такого сложного явления, как динамика мозгового сна, гораздо менее правдоподобно, чем представить общее происхождение. Учитывая раннее ответвление рептилий, дополнительные доказательства от нескольких ветвей рептилий, таких как черепахи, ящерицы или крокодилы, только увеличат вероятность того, что мы имеем дело с общим происхождением. На сегодняшний день данные указывают на происхождение REM- и медленноволнового сна как минимум от общего предка рептилий, птиц и млекопитающих, который жил около 320 миллионов лет назад», — объясняет Лоран.

В то время континенты Земли образовывали единый массив суши.

Ученые продолжат исследовать мозговую активность во время сна и бодрствования как способ понять общие и фундаментальные особенности функционирования мозга позвоночных.