Все многоклеточные живые существа тратят примерно треть своей жизни на сон из-за того, что в это время клетки их мозга проводят масштабные «ремонтные работы» по починке своей собственной ДНК. Это объясняет существование этой странной формы поведения. Об этом, как передает Median.Az со ссылкой на РИА Новости, пишут ученые в журнале Nature Communications.
«Этот процесс можно сравнить с ямочным ремонтом на автострадах. Выбоины и трещины постоянно появляются на дорожном полотне во время движения машин, особенно в час пик, однако чинить их рациональнее всего ночью, когда ремонтным работам никто не мешает», — рассказывает Лиор Аппельбаум (Lior Appelbaum) из университета Бар-Илана в Рамат-Гане (Израиль).
Как сегодня считают ученые, мозг и гормональная система человека и всех остальных животных постоянно вырабатывает два типа сигналов — один из них заставляет организм спать, а другой — не дает ему заснуть. Колебания в силе этих сигналов, порождаемые суточными ритмами, заставляют нас засыпать ночью и просыпаться утром, и нарушения в их работе могут приводить к развитию бессонницы или нарколепсии.
В последние годы биологи находят все больше следов того, что эти сигналы влияют не только на желание поспать, но и на работу многих клеточных систем. В частности, нарушения сна оказались связаны с ускоренным развитием болезни Альцгеймера, быстрым старением всех клеток тела и многими другими серьезными проблемами со здоровьем.
Все эти открытия, как отмечают Аппельбаум и его коллеги, не дают ответа на главный вопрос — что именно происходит в мозге и в других частях организма во время сна. Часть ученых считает, что в это время тело чинит повреждения, а нервные клетки запоминают или отбрасывают накопленную за день информацию, однако ни ту, ни другую теорию строго никто не проверял.
Израильские молекулярные биологи проверили эти идеи и раскрыли реальную причину того, почему нашему мозгу нужен сон, обратив внимание на одну необычную особенность нейронов — их длительная и повышенная активность ведет к накоплению разрывов и других серьезных поломок в их ДНК.
Это заставило ученых предположить, что мозг использует время сна для ускоренной починки подобных повреждений двойной спирали и других процедур по «зачистке» клеток от повреждений. Они проверили, так ли это на самом деле, поменяв геном рыб-зебр таким образом, что концевые участки их хромосом начали светиться.
Дополнительно ученые встроили аналогичные сегменты ДНК в другой набор генов, благодаря чему нейроны начали испускать вспышки света при их активации. И те, и другие модификации позволили израильским исследователям проследить за тем, как отличается работа нервных клеток во время сна и бодрствования.
Как оказалось, хромосомы в нейронах рыб-зебр почти не двигались и оставались в частично «свернутом» состоянии в те времена, когда их обладатель продолжал бодрствовать. Когда рыба засыпала, «размах» движений нитей ее ДНК вырастал почти в два раза, из-за чего хромосомы начинали постоянно менять свою пространственную конфигурацию.
Параллельно происходили два других важных изменения — уровень электрической активности связанных друг с другом групп нейронов заметно падал, а число молекул, участвующих в починке разрывов в геноме, наоборот, достигало необычно больших значений.
Открыв эту необычную взаимосвязь, ученые проверили, что произойдет, если помешать хромосомам двигаться. Для этого они вставили в геном рыб-зебр дополнительные копии гена Lap2B, отвечающего за производство особого белкового «клея», скрепляющего хромосомы, и проследили, как это изменение повлияет на жизнь нейронов.
Эти опыты подтвердили подозрения ученых — блокировка перемещений хромосом резко замедлила починку ДНК и привела к тому, что число повреждений в геноме ночью начало не падать, а расти. Соответственно, сон и связанные с ними процессы внутри нейронов оказались критически важными для их выживания и поддержки работоспособности.
«Несмотря на то, что сон мешает нам воспринимать опасности в окружающей среде, все живые существа, начиная с медуз и заканчивая человеком, нуждаются в подобном периоде покоя для эффективной починки ДНК. Скорее всего, это и есть причина того, почему эта форма поведения возникла в далекой древности и дожила до наших дней», — заключает Аппельбаум.
