Biologové z Izraele zjistili, že délka spánku larev zebřičky je regulována množstvím poškození DNA nahromaděného neurony za den. Šest hodin spánku stačilo ke zvrácení tohoto poškození a snížení homeostatického tlaku, který způsobuje, že zvíře chce spát. Článek uveřejněný v časopise Molekulární buňka.
Spánek je proces, který je nezbytný pro téměř všechna zvířata od medúz až po člověka. Spánek je regulován cirkadiánními rytmy (cyklické kolísání biologických procesů souvisejících s cyklem dne a noci) a homeostatickým spánkovým tlakem (postupně se zvyšující touhou spát), který je po probuzení minimální a zvyšuje se úměrně s dobou bdění. Množství spánku, které různé druhy potřebují ke snížení tohoto tlaku, se velmi liší. Například noční opice spí 17 hodin denně, dospělý potřebuje 7–8 hodin spánku a divocí sloni asi dvě hodiny. Tento rozdíl vyvolává otázku, jaké mechanismy regulují délku spánku.
Jedním z procesů, které aktivně nastávají během spánku, je oprava DNA. Spánek je pro neurony kritický: jejich aktivita vede k akumulaci poškození DNA a během spánku je pozorováno výrazné snížení úrovně poškození. Před dvěma lety vědci z Bar-Ilan University pod vedením profesora Liora Appelbauma prokázali, že během spánku dochází v neuronech k chromozomálním pohybům, které jsou nezbytné pro efektivnější opravu. Vědci provedli svůj výzkum na larvách zebřiček. Tyto ryby, stejně jako lidé, v noci spí a jejich spánek lze snadno sledovat pomocí EEG.
Tentokrát výzkumný tým Appelbaum studoval, jak poškození DNA ovlivňuje homeostatický tlak a délku spánku, a také zkoumal molekulární opravné mechanismy aktivované během spánku. Vědci opět použili larvy zebřiček, které byly simulovány změnou osvětlení. Mozková aktivita larev byla zaznamenávána po dobu dvou dnů, počínaje prvním dnem ráno. Larvy byly rozděleny do několika skupin s různou délkou spánku první noci. Kontrolní skupina spala první noc 10 hodin a ostatní skupiny byly po určité době probuzeny záblesky světla. Druhou noc k žádnému nedostatku spánku nedošlo. I když zebřičky spí ve tmě, mozková aktivita odpovídající spánku byla pozorována i během dne. Pokud larvy první noc spaly dvě nebo čtyři hodiny, další den se doba denního spánku oproti kontrole prodloužila. To znamená, že dvě nebo čtyři hodiny nestačí ke zmírnění homeostatického spánkového tlaku. Ve skupině, která první noc spala šest hodin, k tomuto prodloužení denního spánku nedošlo a autoři dospěli k závěru, že šest hodin je minimální doba potřebná k uvolnění homeostatického spánkového tlaku.
K posouzení úrovně poškození DNA po spánku různého trvání použili vědci γH2AX, marker dvouřetězcových zlomů DNA. Množství poškození DNA bylo hodnoceno během prvního dne, první noci (kdy byly některé skupiny vystaveny spánkové deprivaci) a následujícího dne. Na konci prvního dne došlo k dvojnásobnému poškození DNA než na začátku dne. Ke konci noci se míra poškození v kontrolní skupině vrátila k normálu. Dvou- a čtyřhodinový spánek nesnížil počet poškození DNA: zůstal stejně vysoký jako na konci prvního dne nebo se mírně snížil. Šest hodin spánku zároveň snížilo úroveň poškození DNA na kontrolní úroveň. Šest hodin spánku tedy stačilo nejen ke zmírnění homeostatického spánkového tlaku, ale také k odstranění poškození DNA nahromaděného během dne.
Protože oprava poškození DNA závisela na tom, jak dlouho larvy spaly, rozhodli se vědci otestovat, zda množství nahromaděného poškození ovlivnilo délku spánku. K vyvolání poškození DNA biologové použili pentylentetrazol (PTZ), stimulátor neuronální aktivity. Délka spánku byla definována jako počet minut v každé hodině, během kterých EEG vykazovalo vlny charakteristické pro spánek s pomalými vlnami. Bezprostředně po přidání PTZ se délka spánku a hladiny γH2AX v neuronech zvýšily, přičemž úrovně poškození DNA se vrátily na kontrolní úrovně tři hodiny po přidání PTZ a doba spánku se vrátila po pěti.
Aby se ujistili, že prodloužení doby spánku bylo způsobeno poškozením DNA a nikoli vedlejšími účinky PTZ, biologové navíc použili ultrafialové světlo. Po ultrafialovém ozáření se zvýšila úroveň poškození DNA a délka spánku. Skutečnost, že ultrafialové světlo nestimuluje neurony, byla ověřena hladinou fosforylované formy ERK kinázy, hlavního markeru neuronální aktivity. Po UV ozáření nedošlo k žádné změně hladin p-ERK, což znamená, že všechny pozorované účinky byly způsobeny poškozením DNA.
Autoři navrhli, že signálem pro spánek by mohla být nejen akumulace poškození DNA, ale také aktivace opravných enzymů. Jedním z proteinů zapojených do opravy je PARP1. Rozpoznává poškození DNA a přitahuje další proteiny do místa zlomu. Biologové studovali kolísání hladin PARP1 během cyklu spánku a bdění a zjistili, že hladiny PARP1 se během dne zvyšovaly a v noci snižovaly. Pokud došlo ke spánkové deprivaci, byly hladiny PARP1 následující ráno vyšší než v kontrolní skupině. Aby otestovali, zda množství PARP1 ovlivňuje délku spánku, vytvořili biologové linii zebřičky se zvýšenou expresí genu. PARP1 a řádek, ve kterém je výraz PARP1 byla snížena. Délka spánku nadměrně exprimujících larev PARP1 zvýšil, zatímco larvy se sníženou expresí se snížily.
Kromě aktivity PARP1 biologové pozorovali aktivitu dalších opravných enzymů. Za tímto účelem jsou to transgenní linie zebrafish, ve kterých byl fluorescenční protein GFP připojen k proteinům Rad52 (zodpovědný za homologní rekombinaci) a Ku80 (zodpovědný za opravu dvouřetězcových zlomů). Hladiny fluorescence Ku80 a Rad52 byly nízké během dne, ale významně se zvýšily v noci. Pokud došlo ke spánkové deprivaci, hladiny Ku80 a Rad52 zůstaly nízké ihned po probuzení a k normálu se vrátily až následující noc po 8–9 hodinách.
Spánek je důležitý fyziologický proces a poruchy spánku typicky ovlivňují celé tělo. Například i jedna bezesná noc zvyšuje hladinu úzkosti a také zvyšuje množství proteinu tau v krvi, markeru Alzheimerovy choroby.
Některé spánkové strategie vycházejí z potřeby chránit se v nevědomém stavu, jiné pocházejí z přirozeného prostředí nebo vlastností vlastního těla.
A některé jsou prostě velmi zvláštní a dokonce výstřední.
Jednooký sen o delfínech
Když strávíte celý život ve vodě, může to být pro vás jako savce problém – protože i ve spánku potřebujete inhalovat kyslík. Jak se vyhnout utonutí, když jste v bezvědomí?
- Bobr zůstává svému bobrovi věrný celý život. Ale ne v Severní Americe
- Celá pravda o lenochodech: proč nikdy nechtějí utéct
- Celá pravda o rybách: jsou chytré jako opice
Delfíni, když jsou vzhůru, musí na rozdíl od ryb pravidelně vylézt na hladinu, aby se nadechli vzduchu. A relaxace v oceánu, kde se není kam schovat před nebezpečím, je velmi riskantní činnost. Jak tady můžeš spát?
Delfíni se přizpůsobili. Střídavě vypínají jednu mozkovou hemisféru, která odpočívá, zatímco druhá je v pohotovosti a hlídají, aby se nic nestalo. (Navíc ve snu má delfín jedno oko otevřené, naproti bdělé polokouli – takto savec neztrácí kontrolu nad tím, co se děje.)
Podvodní les vorvaně
Vždy se věřilo, že velryby, stejně jako delfíni, spí s jednou hemisférou. A to je pravda, ale vědci objevili něco překvapivého ve spánkových návycích vorvaňů.
Vědci narazili na stádo vorvaňů, kteří spali jako zabití, přitom stáli vzpřímeně ve vodě a tiše se pohupovali. Jak říkají vědci, vypadalo to jako zvláštní podvodní les, kde místo kmenů stromů byli kytovci.
Když se výzkumníci přiblížili ke spícím lidem, nijak nereagovali a byli v úplném zapomnění. A teprve když člun vědců do jednoho lehce šťouchl, všichni se probudili a odplavali pryč.
Vydry: vázány jedinou mořskou řasou
Nejednou jsme narazili na „roztomilé“ fotografie mořských vyder, jak dřímají, drží tlapky u sebe, aby se neztratily ve spánku.
Tím ale vydry nekončí. Pro jistotu používají k vázání mořské řasy.
Vědci byli svědky asi 100 vyder unášených oceánem, obalených hnědými mořskými řasami – jako velký kožešinový vor.
Spát jako slon je velmi málo
Sloni dokážou spát jen pár hodin denně – a to ani v jednom koncentrovaném „kousku spánku“. Přes den si čas od času na pár minut zdřímnou.
Možná to je důvod, proč to téměř vždy dělají ve stoje. Jen občas se stane, že spánek přemůže obra.
Zajímavé je, že sloni žijící v zajetí mnohem více spí – nemusí se totiž bát, že by je napadl dravec nebo pytlák.
Pavouk se nestará o naše biologické hodiny
Na pavoukovi je něco nadpozemského – z našeho lidského pohledu.
I když vezmeme v úvahu, že různá zvířata spí různě, všichni – dokonce i bakterie – dodržují 24hodinový cyklus, období takzvaných cirkadiánních rytmů, určovaných rotací Země. Ale takový pavouk není.
Vědci zjistili, že někteří pavouci pletající koule zcela popírají konvenční moudrost – jejich těla mohou fungovat v 17-, 18- nebo 19hodinovém cyklu.
Jak může pavouk vůbec existovat, žít podle takových biologických hodin, není jasné. Není také jasné, jak si vybírá, kdy bude spát.
Koaly hodně spí. Co jiného by měli dělat?
Jedním z problémů při studiu spánkových návyků zvířat je, že někdy může být obtížné zjistit, zda spí nebo ne.
Zvířata v zajetí se samozřejmě studují snáze, ale chovají se úplně jinak než jejich příbuzní ve volné přírodě.
Studie koaly v zoologických zahradách ukázaly, že mohou spát až 22 hodin denně. Při podrobnější studii, která pozorovala koaly i ve volné přírodě, se však zjistilo, že koaly ve skutečnosti spí asi 14 hodin denně. Plus čas na jídlo, plus jen odpočinek.
Faktem je, že konzumace nízkokalorických listů eukalyptu vám neumožňuje vést aktivní životní styl.
Mrožovi je jedno, kde bude spát a jak dlouho bude plavat
Mezi vašimi přáteli mohou být lidé, kteří tvrdí, že mohou spát za jakýchkoli podmínek. Klidně jim můžete říkat mroži.
Bylo zjištěno, že mroži mají přesně tuto schopnost – spát kdekoli, dokonce i v oceánu.
Badatelé viděli, jak dřímali na hladině oceánu, jak leželi na mořském dně, jak se kymáceli ve vodě (vertikálně jako vorvani) a drželi se svými působivými kly na okraji ledové kry.
Mroži přitom dokážou velmi dlouho vůbec bez spánku. Bylo hlášeno, že byli schopni plavat bez odpočinku až tři a půl dne v kuse.
Vzkříšení žáby
Žáby jsou úžasná stvoření. Přizpůsobují se téměř jakýmkoli životním podmínkám na naší planetě – dokonce i hroznému horku, dokonce i ledovému chladu. Mohou upadnout nejen do zimního, ale i do letního zimního spánku (kdy potřebují přežít příliš horká nebo příliš suchá období).
Rosničky žijící v arktickém klimatu se naučily využívat glukózu jako druh nemrznoucí směsi (60 % vody z jejich tělesných buněk se stává ledem, zbytek je naplněn glukózou zpracovanou játry z glykogenu).
S nastupující zimou se vrhají do jakési pozastavené animace, zcela ztuhlého stavu, ve kterém jim ani nebije srdce. A na jaře opět ožívají.
Vědci však stále přesně nevědí, jak žáby spí v těch měsících, kdy nejsou ponořeny do sezónní hibernace nebo pozastavené animace.
Na základě materiálů na místě BBC Země.
