Почему мы спим?
Исследователи из Оксфордского университета обнаружили, что потребность во сне может быть связана с работой митохондрий. Это открытие опубликовано в журнале Nature.
Объяснение потребности в сне
Новое исследование, проведённое учёными из Оксфорда, показывает, что потребность в сне возникает из-за накопления электрического напряжения в митохондриях — крошечных генераторах энергии внутри клеток мозга.
Роль митохондрий
Под руководством профессора Геро Миезенбока из Департамента физиологии, анатомии и генетики (DPAG) и доктора Раффаэле Сарнатаро из Оксфордского центра нейронных цепей и поведения команда выяснила, что сон запускается в ответ на энергетическую неустойчивость в мозге. Ключевую роль играют митохондрии — микроскопические структуры внутри клеток, которые используют кислород для преобразования пищи в энергию.
Когда митохондрии определённых клеток мозга (исследование проводилось на плодовых мушках) перегружаются, они начинают пропускать электроны, что приводит к образованию потенциально вредных побочных продуктов, известных как активные формы кислорода. Эта утечка действует как предупреждающий сигнал, который заставляет мозг перейти в состояние сна, восстанавливая равновесие до того, как повреждение распространится.
Доктор Сарнатаро сказал: «Вы не хотите, чтобы ваши митохондрии пропускали слишком много электронов. Когда это происходит, они генерируют реактивные молекулы, повреждающие клетки».
Нейроны как выключатели
Исследователи обнаружили, что специализированные нейроны действуют как выключатели, измеряя утечку электронов из митохондрий и запуская сон, когда порог превышен.
Манипулируя обработкой энергии в этих клетках — увеличивая или уменьшая поток электронов — учёные могли напрямую контролировать продолжительность сна у мух. Даже замена электронов энергией света (с использованием белков, заимствованных у микроорганизмов) давала тот же эффект: больше энергии, больше утечки, больше сна.
Профессор Миезенбок сказал: «Мы задались целью понять, для чего нужен сон и почему мы чувствуем потребность в нём. Несмотря на десятилетия исследований, никто не определил чёткий физический триггер. Наши результаты показывают, что ответ может лежать в самом процессе, который питает наши тела: аэробном метаболизме».
Выводы
Результаты исследования помогают объяснить хорошо известные связи между метаболизмом, сном и продолжительностью жизни. Меньшие животные, которые потребляют больше кислорода на грамм массы тела, как правило, спят больше и живут короче. Люди с митохондриальными заболеваниями часто испытывают изнуряющую усталость даже без физических нагрузок, что теперь потенциально объясняется тем же механизмом.
Доктор Сарнатаро сказал: «Это исследование отвечает на одну из больших загадок биологии: почему нам нужен сон? Ответ, похоже, написан в самом способе, которым наши клетки преобразуют кислород в энергию».
Предоставлено Оксфордским университетом.