Сон — одна з найбільш загадкових функцій мозку. Під час сну тварини стають беззахисними перед хижаками, не можуть шукати їжу чи піклуватися про потомство. Вони, як і люди, витрачають значну частину доби на стан, який здається пасивним. Проте природа зберегла сон майже у всіх тварин з нервовою системою. Це свідчить про його фундаментальну біологічну роль: без сну життя було б неможливим.
Сон і відновлення мозку
Ключовим кроком до розуміння важливості сну стало відкриття в 2012 році глімфатичної системи данською нейробіологинею Майкен Недергаард1. Науковиця виявила в мозку мишей мережу каналів, через які спинномозкова рідина вимиває токсичні продукти метаболізму, зокрема амілоїд β, пов’язаний із хворобою Альцгеймера (цей білок вважається одним із ключових факторів розвитку захворювання, хоча його точна роль залишається предметом наукових дискусій). У 2013 році Недергаард показала, що глімфатична система активніша під час сну2. Це дозволило вченим зробити висновок: сон забезпечує клітинне відновлення та очищення мозку від накопичених за день токсинів.
Сон без мізків
Дослідження останніх років показують, що сон виникнув задовго до появи мозку. У медуз нервові клітини (нейрони) розподілені по всьому тілу у вигляді мережі. У 2017 році нейробіолог Раві Нат виявив, що медузи роду Cassiopea третину доби перебувають у стані, подібному до сну3. Щоб довести, що це саме стан, подібний до сну, а не просто періоди бездіяльності, вчені шукали три ключові ознаки: знижену активність, уповільнену реакцію на стимул і компенсаційний сон.
Вночі купол медузи значно рідше пульсував, прокачуючи воду через тіло (на 30% менше, ніж удень). Також медузи реагували на зовнішні стимули повільніше: коли дослідники забирали опору під ними, тварини витрачали більше часу, щоб почати плавати. Якщо медузам не давали спати вночі (турбували їх струменями води), наступного дня вони були млявими та потребували тривалішого сну для відновлення. Така компенсація втрати сну характерна для більшості тварин.
Але для чого примітивним істотам потрібен сон? У 2026 році нейробіолог Ліор Епплбаум відповів на це питання4. Він досліджував медузу Cassiopea andromeda та актинію Nematostella vectensis. Епплбаум виявив, що «помилки» в ДНК нейронів накопичуються, коли тварина активна, проте їхня кількість зменшується протягом сну. Також дослідники штучно пошкоджували ДНК ультрафіолетовим випромінюванням і помітили, що після цього тварини спали довше. Це свідчить про відновлювальну функцію сну навіть у істот без мозку.
Кольорові сни восьминогів
Вам доводилося, спостерігаючи за своїми домашніми улюбленцями, думати про те, чи бачать вони сни? Сучасна нейробіологія каже, що бачать. Птахи та ссавці, як і люди, переживають REM-фазу — швидкий сон, під час якого відбуваються сновидіння. Коні, жирафи та слони сплять у REM-фазі менше ніж годину на добу. Тоді як тхори та домашні коти — від трьох до восьми годин на добу. У мишей періоди швидкого сну повторюються кожні 10–15 хвилин, а в людей — кожні 90–120 хвилин5. Під час REM-сну більшість скелетних м’язів тимчасово «вимикаються» (перебувають у стані атонії), що запобігає відтворенню рухів зі сновидінь.
Нещодавні дослідження показали, що не тільки птахи та ссавці бачать сни. Сем Рейтер з колегами виявив, що восьминоги Octopus laqueus мають REM-подібний «активний сон» близько хвилини кожну годину6. Він супроводжується посіпуванням тіла та різкими рухами очей, а також швидкими змінами візерунків та текстури шкіри. Ці процеси можуть бути «тренуванням» навичок маскування, що, ймовірно, допомагає тварині краще адаптуватися до навколишнього середовища вдень. Аналогічний REM-подібний сон спостерігають у каракатиць Sepia officinalis7. Він триває 2–3 хвилини через кожні 34 хвилини спокою. У цей час відбуваються швидкі рухи очей, посмикування щупалець, зміни кольору шкіри.
Суперздібності сплячих тварин
Еволюція — майстер компромісів. Для багатьох видів повна втрата пильності на кілька годин або навіть хвилин означала б швидку загибель. Тому природа «винайшла» однопівкульний повільнохвильовий сон (USWS — unihemispheric slow wave sleep). Найбільш відомий приклад — це дельфіни та інші китоподібні8. Півкулі їхнього мозку працюють по черзі. Активна півкуля необхідна для координації складних рухів, щоб вдихати повітря на поверхні. Одним оком, протилежним до активної півкулі, тварини стежать за хижаками та підтримують візуальний контакт з іншими членами зграї. Епізоди сну в одній півкулі у афалін тривають у середньому 42 хвилини (хоча можуть коливатися від кількох хвилин до двох годин). Після цього півкулі міняються ролями. У більшості китоподібних REM-фаза або відсутня взагалі, або триває лише кілька секунд чи хвилин. Для цих тварин швидкий сон є небажаним, оскільки викликає атонію мʼязів, а вони мають контролювати дихання та рухатись у воді.
Фрегати під час тривалих перельотів можуть спати, ширяючи колами на висхідних потоках повітря9. Дослідження 2016 року показало, що у небі птахи впадають у сон короткими епізодами по кілька секунд, сумарно набираючи лише 42 хвилини на добу. Це тільки 7,4% від того часу, який вони зазвичай проводять уві сні на суші. Фрегати в польоті можуть спати як однією півкулею, так і двома одночасно. Коли вони сплять однією півкулею, то тримають відкритим те око, яке спрямоване в бік повороту.
Морські слони під час міграцій проводять до восьми місяців у відкритому океані. Коли ці тварини сплять, вони повільно опускаються вниз по спіралі, як осіннє листя. Сон на глибині сотень метрів є стратегією виживання, оскільки дозволяє тваринам перебувати поза зоною досяжності акул та косаток, які зазвичай полюють ближче до поверхні. В океані морські слони сплять лише близько двох годин на добу, набираючи цей час короткими епізодами. Морські слони сплять обома півкулями одночасно і мають повноцінну REM-фазу.
Знання про однопівкульний сон пояснює так званий «ефект першої ночі» на новому місці в людей10. У незвичному середовищі одна півкуля нашого мозку спить «чутливіше» за іншу, залишаючись напоготові до потенційної небезпеки — зовсім як у дельфіна. Існує гіпотеза, що це може бути не просто поганий сон, а захисний механізм, який зникає вже на другу ніч, коли середовище стає знайомим і безпечним.
Незалежно від наявності мозку, сон є універсальним явищем. Кожне нове відкриття підкреслює, що сон тісно пов’язаний із роботою і відновленням нервової системи. Дослідження сну тварин допомагають нам краще розуміти його роль у здоров’ї людей та знаходити нові шляхи боротьби з безсонням і нейродегенеративними захворюваннями, такими як хвороба Альцгеймера.
