Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Т. Дамур
«Мир по Эйнштейну». Глава из книги


Л. Франк
«Мой неповторимый геном». Глава из книги


В. Винниченко
Почему дельфины никогда не спят?



В память о Леониде Вениаминовиче Келдыше (07.04.1931–11.11.2016)


Н. Жизан
«Квантовая случайность». Глава из книги


Интервью с С. Ландо
Сергей Ландо: «Прорывы в математике плохо предсказуемы»


В. Гаврилов
Загадка зарянки


А. Левин
Астрономия темного


В. Мацарский
Бодался Чандра с сэром Артуром


О. Макаров
Секрет разделения







Главная / Новости науки версия для печати

Нематоды во сне перестраивают свою нервную систему


Нематода Caenorhabditis elegans, прежде чем достигнуть взрослого состояния, проходит четыре личиночных стадии, вторая из которых показана на фотографии. Перед каждой линькой личинка впадает в состояние покоя, сходное со сном, а взрослое животное уже не спит. Фото с сайта www.apsnet.org
Нематода Caenorhabditis elegans, прежде чем достигнуть взрослого состояния, проходит четыре личиночных стадии, вторая из которых показана на фотографии. Перед каждой линькой личинка впадает в состояние покоя, сходное со сном, а взрослое животное уже не спит. Фото с сайта www.apsnet.org

Американские ученые смогли доказать, что круглые черви периодически погружаются в состояние покоя, которое по некоторым свойствам напоминает сон высших животных. Сам период покоя, или летаргия, имеет неоднородную структуру, то есть интервалы неподвижности прерываются короткими всплесками активности. Летаргия предваряет процесс периодических линек, а у взрослых червей летаргии не обнаружено. Судя по двигательным реакциям червя, во время летаргии происходит образование синапсов и подстройка нервной системы к новым потребностям перелинявшего животного.

Что такое сон, когда и у каких существ он появился и зачем вообще нужно спать — на эти вопросы у ученых пока нет точных ответов. На фоне этой неопределенности впечатляет своей основательностью и фактической обоснованностью новое исследование сна, проведенное группой специалистов из Медицинской школы Пенсильванского университета (Филадельфия, США) и Юго-западного медицинского центра Техасского университета (Даллас, США). Примечательно, что ученые исследовали сон у... круглых червей нематод. Ученым удалось доказать, что даже такие древние и примитивные животные, как нематоды, имеют состояние покоя, по многим признакам сходное со сном насекомых и высших позвоночных. Кроме того, специалисты-сомнологи теперь получили исключительно удобный объект для исследований. Ведь нематода Caenorhabditis elegans — а именно она стала главной героиней исследования — досконально изучена и генетиками, и эмбриологами, и биологами.

Для начала нужно было показать, что у нематод имеется два различных состояния — активное и относительно неподвижное. С помощью видеокамеры исследователи фиксировали положение червя каждые 10 секунд и затем, сравнивая картинки, оценивали активность движения червя на бактериальной питательной среде. В результате такого видеонаблюдения выяснилось, что перед каждой линькой (ценорабдитис линяет 4 раза) червяк двигается значительно реже и меньше и сохраняет неподвижность сравнительно дольше. Так что на графиках «количества движений» появилось 4 пика, отражающих малую активность. Между линьками проходило примерно 10-11 часов, из которых период малой активности занимал около 2 часов. Этот период относительного покоя назван летаргическим. Летаргический период сам по себе не однородный: несколько раз за это время червяк совершает быстрые движения, то есть на фоне покоя фиксируются 10–15-секундные всплески активности. У взрослого животного таких летаргических периодов не наблюдали. То есть, грубо говоря, картина выглядит так: нематода 9 часов бодрствует, затем два часа спит, во сне ворочается, затем линяет, и этот цикл повторяется 4 раза.

Конечно, обнаруженное у нематод летаргическое состояние настоящим сном никто не называет, хотя некоторые черты этого состояния повторяют свойства сна у высших животных: во-первых, это замедленная реакция на раздражители по сравнению с активным состоянием; во-вторых, если некоторое время не давать червю «спать», то затем реакция на раздражители еще сильнее ослабляется, то есть летаргия становится более глубокой. Реакцию на раздражители исследователи проверяли по скорости и разнообразию двигательных ответов на химический стимул и на механический толчок — в обоих случаях было отмечено явное замедление реакции и снижение разнообразия реакций у животных в летаргическом состоянии. А депривация, лишение сна, достигалась путем механического раздражения червя. То есть через 9 часов после предыдущей линьки, когда теоретически нематода уже готова перейти в летаргию, каждую минуту исследователь касался ресничкой ее хвоста. В результате нематода вынуждена была постоянно двигаться. Когда депривацию прекращали, червяк немедленно переходил к летаргическому состоянию, и можно было проверять реакцию на стимулы.

И действительно, после 20–30-минутной депривации реакции на стимулы замедлялись, то есть «сон» становился более глубоким. Ученые отметили тот важный факт, что линька после летаргии, сколько бы ни длилась депривация, наступает и заканчивается в строго фиксированный момент времени. Просто время депривации компенсируется изменением структуры самой летаргии: во время летаргии увеличивается общая продолжительность неподвижности за счет уменьшения числа и консолидации всплесков активности.

Таким образом, ценорабдитис переживает состояния покоя, во время которых чувствительность нейронов остается на прежнем уровне, так как специфические реакции на раздражители всё же фиксируются. Но зато в это время снижена скорость и эффективность обработки сигналов, идущих от чувствительных нейронов к мускулатуре. В результате замедляются и становятся менее разнообразными движения червя.

В качестве очень логичной гипотезы ученые предложили следующее объяснение. Летаргия случалась каждый раз перед линькой. Во время линьки животное приобретает новую морфологию, требующую определенной реакции на окружающий мир. Во время летаргии нейроны перестраиваются, формируются новые синаптические контакты, в результате нервная система настраивает поведение морфологически иного животного, приспосабливая его к окружающей среде. Во взрослом состоянии таких настроек не требуется, потому и летаргия отсутствует. Если отбросить немедленно возникающие аналогии обучения и закрепления пережитого во сне у высших животных (так как аналогии — это красиво, но не научно), то всё же останутся замечательные научные подтверждения сходства сна высших млекопитающих и нематод. Ведь и у высших млекопитающих во время сна формируются новые синапсы, тогда как при депривации образование новых синапсов приостанавливается.

Один из генов (egl-4), который экспрессируется в чувствительных нейронах и отвечает за пищевое поведение, как выяснилось, играет определенную роль и в регуляции летаргии. Мутанты с повышенной экспрессией этого гена «спят» больше, и иногда даже во взрослом состоянии реакции у них замедлены по сравнению с нормой. А у тех мутантов, у которых этот ген экспрессируется ниже нормы, реакция на стимулы, наоборот, ускорена.

Аналог этого гена у дрозофил также отвечает за переход к состоянию покоя или сна. По мнению авторов работы, это со всей очевидностью говорит о том, что сон у нематод и членистоногих имеет общее происхождение и сходные функции. Сам этот ген и у нематод, и у членистоногих регулируется молекулой сGMP (циклический гуанозинмонофосфат) . Это соединение известно у всех животных и у человека, оно играет важную роль, в частности, в регулировании работы натриевых каналов клеточной мембраны, но до сих пор не было известно, что оно может так или иначе быть связано со сном. В пресс-релизе Пенсильванского университета подчеркивается именно эта часть исследования, сулящая новые эффективные средства, нормализующие сон. Хотя в действительности, несравненно более важной и интересной частью этого исследования является обнаружение сна у низших животных и доказательство функции сна хотя бы для них.

В дополнительных материалах к этой статье в Nature имеются превосходные видеоролики, иллюстрирующие движение ценорабдитиса в активном и летаргическом состояниях .

Источник: David M. Raizen, John E. Zimmerman, Matthew H. Maycock, Uyen D. Ta, Young-jai You, Meera V. Sundaram, Allan I. Pack. Lethargus is a Caenorhabditis elegans sleep-like state // Nature. Published online 9 January 2008; doi:10.1038/nature06535.

Елена Наймарк


Комментарии (9)



Последние новости: НейробиологияЕлена Наймарк

01.12
Иммунный статус макак зависит от социального
28.11
У собак есть эпизодическая память
23.11
Численность и генетическое разнообразие китовых акул измерили по пробам воды
16.11
За «боязнь» щекотки у крыс отвечает соматосенсорная кора
14.11
Ген, работающий в мышцах и костях, у обезьян стал регулировать развитие мозга
10.11
Нейропротез вернул парализованным макакам-резусам способность ходить
08.11
Многие беспозвоночные, подобно млекопитающим, вынашивают и выкармливают свое потомство
31.10
Шмели перенимают новые знания от товарищей
20.10
Европейские зубры появились еще в плейстоцене
09.10
Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2016

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Индикатор», «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия