Сон. Почему мы спим и как нам это лучше всего удается

Шпорк Петер

То, чему радуется исследователь — это не больше не меньше как возникновение внутри сомнологии новой дисциплины, которую можно назвать генетикой сна. Дрозофила, а также ниточный червь Caenorhabditis — первые герои новой науки. Ученые пользуются кро­шечными мушками и червями для широкомасштабного поиска гене­тической основы сна и его регуляции.

«Плодовые мушки и черви-нитянки прямо-таки напрашиваются в качестве подопытных», — говорит Ирен Тоблер, поясняя, что у легко разводимых и быстро размножающихся животных нередко появляются экземпляры с генетическими нарушениями, отклоняющиеся от средних показателей сна. Исследование таких мутантов может дать массу

ин­формации о биохимической основе сна — ведь все белки, участвующие в регуляции сна, должны быть заложены в генетическом коде.

Разумеется, важную роль в экспериментах играют и особи без мута­ций. Ученые пытаются обнаружить у них гены, которые проявляют раз­ную активность во сне и в состоянии бодрствования. Нетрудно предпо­ложить, что такие гены должны кодировать белки, играющие важную роль в биохимии сна и бодрствования.

Ту же двойную стратегию ученые сейчас с большим успехом приме­няют и к другим важнейшим биологическим феноменам, например ра­боте внутренних часов, регуляции старения или развитию из яйцеклет­ки взрослого животного. Важную роль в генетических исследованиях сомнологов играют мыши и крысы как «образцовые млекопитающие», а также аквариумная рыбка данио рерио (прозванная за полоски «рыба-зебра») как образец низших позвоночных.

Поэтому дальше генетика сна может двигаться хорошо известным, проторенным путем. Сначала ученым нужно с помощью так называемых экспрессионных анализов выявить гены, которые во сне считываются для образования кодируемых ими белков особенно часто или особен­но редко. Кроме того, они должны обнаружить мутации, влияющие на сон у мушки и червяка. Затем предстоит исследовать, какую функцию имеют изобильно или крайне скудно порождаемые во сне белки и какие последствия для организма имеют изменения наследственности.

Тем самым в центр внимания ученых неизбежно попадут новые биологически активные структуры, имеющие значение для сна. Да­лее нужно выяснить, имеются ли сходные структуры со сходными за­дачами у млекопитающих, а значит, и у человека. Это внесло бы не только важнейшие недостающие элементы в разгадку сна, но и дало бы возможность новаторских подходов к терапии всевозможных рас­стройств сна.

Новые эксперименты с плодовыми мушками, проведенные в Мэ­дисоне, показывают, что описанный путь — уже не утопия. Широкий разброс потребности в сне у 9000 линий дрозофилы показывает, что в регуляции сна участвует множество различных генов. Судя по всему, у разных штаммов они выступают в разных комбинациях. Крайние типы, обладающие почти исключительно генами краткого или долгого сна, разумеется, оказываются редкими в силу маловероятной комбинации. Такая тяга к средним значениям типична для так называемых мультигенно наследуемых свойств. По той же причине людей среднего роста много, а великанов и карликов — мало.

Чирелли и ее коллеги уже обнаружили единичный ген, деятельность которого в значительной мере определяет потребность дрозофил в сне. Сначала они отметили мушек, отличавшихся особенно коротким сном. В результате удалось выявить «мини-сон» — штамм, который нуждает­ся лишь в трети обычной для дрозофил продолжительности сна. Выяс­нилось, что у этих малоспящих особей изменен ген, кодирующий белок, который отвечает за возбудимость нервных клеток, пропуская при оп­ределенных условиях сквозь клеточную оболочку электрически заря­женные частицы. Тем самым он способствует выделению сигнальных веществ и передаче информации в мозге мухи. Таким путем «этот ген, видимо, регулирует потребность в сне и его эффективность», заключа­ют исследователи.

Тех, кто, прочитав это, уже надеется на генную терапию или чудес­ное средство для людей, которое в один прекрасный день позволит сни­зить потребность в сне или повысить его качество, нужно сразу предуп­редить: ожидаемая продолжительность жизни малоспящих мутантов значительно меньше, чем у нормальных мушек.

Почему

птицы во сне не падают с дерева

Если прочесывание больших колоний червей или мушек в поисках осо­бей с нарушениями сна — пока еще редкость в лабораторной работе, то в целом эксперименты над животными давно утвердились в сомнологической практике. То, что кажется невероятным применительно к крошечным мушкам, давно уже привычно проделывается над позво­ночными: снятие электроэнцефалограмм, контроль напряжения мышц и движений глаз, наблюдение над положением тела с помощью видео­камеры. Многое мы узнали о сне только потому, что подопытным жи­вотным подолгу не давали спать или помещали их на продолжительное время в искусственный мир без смены дня и ночи — ведь люди на такое обычно не соглашаются.

Например, многие животные готовятся ко сну посредством до­вольно сложных, хотя и выполняемых инстинктивно ритуалов. Соба­ки и кошки нередко вертятся на месте, утаптывая удобное гнездыш­ко. Хомячки и крысы тщательно чистятся. Слоны ищут физического соприкосновения с себе подобными. Ирен Тоблер описывает: «Я всегда с умилением наблюдаю, как слон в цирковом стойле, почувс­твовав усталость, набирает соломы, подкладывает ее под голову, как подушку, а потом медленно ложится на бок и закидывает хобот на шею или на спину соседу».

Шимпанзе каждый вечер устраивают себе для сна новое гнездо на дереве, куда пускают и своих детенышей. Когда малыши подрастают, им приходится учиться строить собственное гнездо. А поскольку пона­чалу оно получается у них не очень уютным, они по ночам порой пыта­ются залезть обратно в постель к матери; иногда им это удается, иногда нет. «Вам это, наверное, что-то напоминает?» — улыбается Тоблер.

Почти во всех группах животных есть виды, которые ищут для сна укрытие или закапываются в землю. Следы такого поведения обнару­живаются при ближайшем рассмотрении и у нас, людей. Во всяком случае, один из первых советов, которые врачи дают больным, страда­ющим бессонницей, гласит: устройте себе расслабляющий, всегда оди­наковый ритуал отхода ко сну, например чтение книги в постели или раскладывание одежды на завтрашний день.

Нередко помогает также возможность обставить спальню как мож­но уютнее, плотно завесить окна и обить стены звуконепроницаемым материалом, чтобы она стала похожа на теплую пещеру или надежную норку. Нечто подобное делает и рыба-чистильщик: на время сна она ок­ружает себя защитной оболочкой из слизи.

Что касается позы сна, то в мире животных наблюдается все, что только можно себе представить — и даже то, чего нельзя. Большинс­тво млекопитающих сворачивается клубком или вытягивается лежа во всю длину, некоторые спят на боку1. Летучие мыши повисают вниз головой на потолке пещеры, многие попугаи аналогичным образом свисают с ветвей деревьев. Некоторые птицы предпочитают «защит­ную позу»: они поджимают ноги и прячут голову под крыло. Другие просто остаются сидеть на ветке. Хотя их мышцы, как и у всех других животных, во сне расслабляются, птицы не падают с дерева по одной простой причине: «Если человеку нужно напрячь мышцы, чтобы схватиться за что-то, птица, напротив, должна сделать усилие, что­бы разжать хватку», — поясняет Гюнтер Бауэр из Орнитологического института им. Макса Планка в Радольфцелле. Чем глубже птица спит, тем сильнее сомкнуты ее когти.

Бегемоты и тюлени иногда спят под водой. Слоны, лошади и овцы спят по крайней мере часть времени стоя. «Нередко они ложатся только в фазе глубокого сна», — говорит Ирен Тоблер. Когда-то она с помощью инфракрасных камер выяснила, что взрослым слонам нужно от 4 до 6, 5 ч сна, а молодняку — целых 8. Известный сомнолог Джером Сигел из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе уже давно собирает указания на то, что млекопитающие спят тем меньше, чем они крупнее и чем меньше энергии им приходится тратить на добывание пищи.