что у насекомых вместо мозга
Есть ли у мух и других насекомых мозг?
Мухи – насекомые, обитающие в непосредственной близости с человеком. Они проникают в жилища, селятся в хлеву и на огороде. Иногда действия насекомых выглядят обдуманными. Поэтому у многих людей возникает вопрос, есть ли у мух мозги или они действуют инстинктивно. Поговорим об этом в рамках статьи.
Анатомия насекомого
Общий план мухи такой же, как у большинства двукрылых насекомых. Они имеют:
Брюшко включает пищеварительную и половую систему. Это касается всех видов мушек. Грудь оснащена мускулатурой, которая необходима для полетов. У насекомого также имеется 3 пары ног.
Голова «оборудована» большими фасеточными глазами, хоботком и усиками. Что касается внутреннего строения, внутри черепной коробки расположен – мозг. Конечно, он не такой как у человека и млекопитающих.
Строение мозга
Думая о мозге, у многих перед глазами всплывает картинка с округлым веществом, имеющим извилины. С мухой дела обстоят иначе. Мозг двукрылого состоит из 3 отделов, а именно:
Несмотря на достаточно простое строение, мозг отвечает за функционирование всего организма. При этом, муха не способна думать. Она действует инстинктивно.
Важно: в теле расположены нервные узлы, называемые ганглиевыми, которые соединяются с «мозгом».
Протоцеребрум
Это крупнейший отдел мозга, отвечающий за координацию любого жизненного процесса насекомого. В данной части «центра управления» расположено огромное количество нейронов. Они ответственны за анализ и обработку полученных сведений.
Благодаря расположению клеток в наружном слое и идущим к ним волокнам, мозг мухи, можно сравнить с управляющим органом человека или животного.
Внутри протоцеребрума имеются дополнительные отделы. Которые делятся на:
Важно: подобные дополнительные отделы имеются у пчел и муравьев.
Дейтоцеребрум
Отдел расположен перед тритоцеребрум. Отвечает за нервные окончания, идущие к усикам. «Антенны», единственные волокна, отходящие от вторичного мозга. В большинстве случаев, они начинаются корешками:
У некоторых видов мух этих корешков не наблюдается.
Дейтоцеребрум отличается от протоцеребрум простотой. Схема строения соответствует обычному ганглию. Объяснить это можно только тем, что данный отдел является нервным центром только одного сегмента – усов.
Тритоцеребрум
Отдел принято называть третичным мозгом. Его положение ясное. Тритоцеребрум расположен между остальными отделами. При этом определенной формы у мозга нет. Единственное, с уверенностью сказать, что он разделен на;
Между двумя половинками расположена небольшая перемычка. Она проходит под кишечником.
Основной задачей тритоцеребрума является контроль рта и верхней губы. Вторая может отсутствовать у некоторых видов мух.
Важно: тритоцеребрум связан с симпатической нервной системой.
Как работает «центр управления»
На первый взгляд кажется, что мозг мухи прост, и не способен выполнять сложные операции. Даже «бывалые» ученые удивляются, его работе.
В Калифорнийском университете был проведен опыт над мухами. В результате стало ясно, что «центр управления» насекомого определяет скорость, направляющегося к вредителю тела. Благодаря этому, мушка понимает в каком направлении ей нужно двигаться, чтобы избежать опасности. Для подготовки насекомому требуется около 200 миллисекунд.
Важно: перед тем, как взлететь, муха расставляет лапки таким образом, чтобы оттолкнуться в противоположную от приближающегося объекта сторону.
Мозг успевает оценить ситуацию и принять решение, даже если насекомое:
Профессор Калифорнийского университета, проводивший опыты, считает, что «центр управления» двукрылого насекомого имеет координатную карту. Благодаря этому, мушка принимает решения так быстро.
Мухи, как и большинство насекомых способны обучаться. Все зависит от ситуаций, в которое попадал вредитель. Конечно, это не тоже самое, что происходит с человеком. Насекомое запоминает все на генетическом уровне.
Функцию мозга насекомых, и мушек в том числе, исследуют во многих университетах. Опыты позволяют понять, как выживали вредители в прошлом и на сколько они изменились.
Заключение
Мозг мухи – простой и в то же время, сложный орган. Благодаря выполняемым функциям «центра управления», вредитель в 80% случаев избегает физической опасности. Например, когда человек пытается поймать насекомое рукой. Конечно, мозг крошечного насекомого не сравнить с тем, который имеют млекопитающие. Несмотря на это и он имеет свои особенности.
Головной мозг насекомых
Головной мозг насекомых – это совокупность объединенных передних ганглиев нервной цепочки, которые слились между собой в единое образование; наиболее сложно устроенный отдел центральной нервной системы, который управляет функциями всего организма.
Содержание:
Общее строение мозга
У насекомых головной мозг содержит небольшое количество двигательных нейронов, но зато в нем много чувствительных и вставочных (ассоциативных) нервных клеток. Из этого можно заключить, что главные задачи мозга состоят в получении информации и ее «обдумывании».
В составе мозга объединяются несколько передних пар ганглиев (как минимум, три). Но в связи с тем, что для многих насекомых не выяснен точный сегментарный состав головы, говорить об этом однозначно довольно сложно.
В головном мозге различают три отдела:
Мозг насекомых
1 – глазки, 2 – протоцеребрум, 3 – зрительные доли,
4 – глаза, 5 – усики, 6 – комиссура, 7 – тритоцеребрум,
Строение разных отделов мозга
Тритоцеребрум
Это отдел, который имеет наиболее ясное положение. Он в последнюю очередь вошел в состав органа и находится между остальными отделами мозга, лежащими спереди от него, и брюшной нервной цепочкой, расположенной сзади. Тритоцеребрум занимает положение над кишечником, он представлен в виде массы неопределенной формы, и разделен на правую и левую половины. Между половинами имеется перемычка, которая проходит под передним отделом кишечника, огибая его в виде дуги. [3]
Изначально тритоцеребрум был ганглием, который иннервировал антенны, но со временем он утратил эту способность. У современных насекомых третичный мозг отдает нервные волокна к верхней губе и некоторым мышцам ротовых органов. [3] Кроме того, тритоцеребрум имеет связи с симпатической нервной системой: от него начинается возвратный нерв. [1]
Дейтоцеребрум
Располагается кпереди от тритоцеребрума, отдает нервы к усикам. Антеннальные нервные волокна – единственные, которые отходят от этого отдела. Они отличаются хорошим развитием и в некоторых случаях начинаются парой корешков: спинным (или моторным) и брюшным (или сенсорным). Иногда отдельно эти корешки не существуют, но в общем нервном волокне все равно есть и те, и другие нервы. Дейтоцеребрум также разделен на правую и левую доли, которые между собой соединены заметной комиссурой. Помимо комиссуры, вторичный мозг имеет нервную связь с протоцеребрумом. [3]
Дейто – и тритоцеребрум устроены относительно просто, структура обоих этих отделов соответствует схеме строения обычного ганглия. Это объясняется тем, что они являются нервными центрами сегментарного значения, иннервируя только те отделы тела, к которым они принадлежат (соответственно, антенны и верхнюю губу). В отличие от них, протоцеребрум отличается более сложным строением, потому что он «отвечает» за работу всего организма. [3]
Протоцеребрум
Самый крупный отдел мозга, который координирует все процессы, протекающие в теле насекомого. Он разделен на несколько зон, имеющих разное строение и разное назначение. Вероятно, разделение на непохожие друг на друга области – это результат так называемой функциональной специализации мозга. [3]
В первичном мозге находится скопление огромного количества вставочных нейронов, отвечающих, напомним, за анализ и обработку информации. Тела клеток в основном располагаются в наружных слоях отдела, а идущие к ним и от них волокна лежат во внутренней части протоцеребрума. Это создает мозгу насекомых некоторое сходство с головным мозгом человека и высших животных, у которых неким аналогом протоцеребрума является большой, или конечный мозг (полушария). [3]
Внутри протоцеребрума насекомых отростки нервных клеток образуют волокнистые массы, также называемые нейропилярными массами (нейропилями). При их помощи мозг разделяется на части. В составе протоцеребрума находятся следующие отделы: центральное тело, протоцеребральные лопасти, стебельчатые тела, протоцеребральный мост, вентральные тела, межцеребральная часть, зрительные доли.Разберем подробнее их строение. [3]
Нервная система насекомых: есть ли у них мозг?
Несмотря на то, что насекомые кажутся довольно примитивными существами, у любопытных исследователей нередко появляются вопросы. Как устроена их нервная система? Каким образом отдельные виды организуют иерархию? Если они настолько организованы, означает ли это, что у них есть мозг? А если мозг есть, то отличается ли он у разных видов насекомых? В статье мы попробуем ответить на эти вопросы.
Исследование интеллекта насекомых
Насекомые представляют собой огромный класс беспозвоночных членистоногих. Ареал их обитания практически безграничный. Они встречаются в любом климате и почти на любой широте. Каждый из видов имеет свои отличительные особенности поведения и образа жизни. На протяжении многих столетий ученые пытались выяснить, каким образом связано поведение и образ жизни особей с их мозгом. Причем отношение к интеллекту этого класса сильно менялось с течением времени.
В древние времена люди боготворили насекомых, считая их умнейшими существами на планете. Так, древние египтяне полагали, что пчелиный улей представляет собой маленькое государство с пчелиным фараоном. А некоторые античные философы и учены всерьез думали, что у пчел может быть рабовладельческий строй.
Изображение пчел на древнеегипетской фреске
В средние века точка зрения на интеллект насекомых поменялась. Теперь отдельные ученые-натуралисты считали жуков своеобразными механизмами, не способным к мышлению и анализу и полагающимся только на рефлексы.
В 19 веке ученые вернулись к обсуждению вопроса о наличии интеллекта у этого класса. Теперь великие умы того времени разделились на два лагеря. Одни считали, что общественные насекомые способны мыслить, другие пытались доказать, что поведение и образ жизни – это всего лишь набор рефлексов. Лишь немногие ученые объясняли поведение пчел их способностью к обучению, большинство полагало, что это инстинкты. Такое суждение связывали с маленьким размером мозга.
Мозг букашек действительно значительно отличается от человеческого, количество нейронов в нем около 1 миллиона, в то время, как человеческий мозг состоит из 86 миллиардов нейронов. По этой причине ученые долгое время не изучали подробно мозг насекомых, считая его примитивным. Однако несколько проведенных исследований показало, что когнитивные способности букашек сопоставимы со способностями многих позвоночных! Это открытие вновь вызвало интерес со стороны научного сообщества к изучению нервной системы жучков.
В конце 20 века благодаря достижениям генетики было доказано, что у насекомых нет ни исключительно врожденных, ни исключительно приобретенных навыков. И хотя их поведение является врожденным, на него накладываются приобретенный опыт, который позволяет им приспосабливаться к определенному типу пищи или к определенной местности.
Строение мозга
Центральная нервная система этого класса состоит из ганглиевых узлов, соединенных в цепочку. Несколько пар ганглиев соединяются в мозг. Он состоит из трех отделов: первичный (протоцеребрум), вторичный (дейтоцеребрум), и третичный (тритоцеребрум). Дейтоцеребрум и тритоцеребрум являются достаточно простыми отделами, по структуре это обычные ганглии, это объясняется тем, что они посылают нервные сигналы только к тем частям организма, с которыми они связаны, то есть усиками и ротовой полости. Протоцеребрум гораздо сложнее по строению, т.к. он координирует работу всего организма.
Головной мозг насекомых
Протоцеребрум
Первичный мозг или протоцеребрум является самым большим отделом. Он отвечает за все процессы, протекающие в организме. Эта часть разделена на несколько зон, имеющих разное строение и отвечающих за разные функции. Протоцеребрум состоит из нейронов, отвечающих за обработку и анализ информации. Внешне протоцеребрум напоминает большой мозг млекопитающих. Внутри первичного отдела находятся волокнистые массы, называемые нейропилярными массами, образованные из отростков нервных клеток. С помощью нейропилей мозг делится на несколько отдельных частей.
Этот отдел, кроме координации работы организма, отвечает за зрение, а также за взаимодействие между отдельными особями. Благодаря протоцеребруму, некоторые виды способны к организации.
Ученые заметили, что у насекомых с более сложной организацией протоцеребрум развит сильнее. В помощью стебельчатых тел формируются ассоциации и происходит более подробная обработка информации, помогающая образовывать связи между особями. У коллективных насекомых количество стебельчатых тел значительно больше. Например у пчел эти тела занимают до 20 % мозга, а у мух или тараканов менее 2 %.
Дейтоцеребрум
Располагается перед тритоцеребрумом, передаем сигналы нервной системы в усики. Нервные волокна антенн – единственные волокна, связанные с этим отделом. Они очень развиты, начинаются со спинного (моторного) и брюшного (сенсорного) нервных корешков. Вторичный отдел разделен на две части, соединенные между собой комиссурой.
Тритоцеребрум
Располагается между остальными отделами мозга спереди от него и брюшной нервной цепочкой позади. Находится над кишечником и разделен на две части, соединенные между собой дугой, огибающей кишечник. Изначально тритоцеребрум отвечал за подачу сигнала нервной системы в усики, но позднее эта функция атрофировалась. Сейчас третичный отдел передает сигналы по нервным волокнам к мышцам ротовой полости и верхней губы.
Особенности мозга насекомых
Итак, мы выяснили, что у насекомых есть мозг, и кроме того, он не самый простой по строению. Именно благодаря этой сложной структуре отдельные виды, например пчелы или муравьи, способны к образованию иерархии и структуры. Именно это помогает муравьям передавать опыт более молодым поколениям, показывая им путь к добыче пищи, или выращивать тлю в определенных местах, а пчелам запоминать соцветия, где можно найти нектар.
С помощью протоцеребрума особи могут усваивать новую информацию, которую они потом могут использовать например для добычи пищи. Пчела может запомнить цвета окружающих объектов и их расположение. Это помогает найти дорогу к цветку, где она накануне собрала большое количество нектара. Кроме того, исследования, проведенные недавно, доказали, что насекомых можно целенаправленно обучать. Так, ученые обучили шмеля двигать мячик в определенное место, после чего шмель получал сладкий сироп. Несколько особей легко запомнили порядок действий и повторяли его.
Также у букашек отлично развито ориентирование в пространстве. Пчелы или шмели запоминают окружающие предметы, муравьи прокладывают дорожки к пище, а жуки-навозники могут ориентироваться даже ночью по звездному небу.
Насекомые не самые примитивные существа, как многие из нас привыкли думать. Их мозг одновременно и простой, и сложный. Многим видам такая структура нервной системы помогает избежать опасности, найти пищу и даже организовать иерархию в гнезде.
Осьминог в объятиях Морфея. Что появилось раньше — сон или мозг?
Недавно ученые зафиксировали состояние сна у гидры — маленького морского существа с крайне примитивной нервной системой. На сегодняшний день это единственное простейшее животное, о котором ученые не побоялись сказать, что оно спит. Но зачем вообще спят животные, если вместо этого они могли бы охотиться и размножаться? Марина Слащева, нейробиолог и автор телеграм-канала Blue_Arrakis, рассказывает о том, как устроен сон у китов, ящериц и насекомых, и о том, каковы функции того странного состояния, в котором мы проводим треть жизни.
Спит корова, спит бычок,
В огороде спит жучок,
И котенок рядом с кошкой
Спит за печкою в лукошке.
Народная колыбельная
Кто не рискует, тот не спит
С точки зрения выживания в дикой природе сон — это очень плохая идея. Животное, находящееся в отключке и невосприимчивое к внешним стимулам, может быть съедено другим животным, которому не спится. Не говоря уже о том, что вместо сна животное могло бы искать пищу, партнеров для размножения или социализироваться с другими животными — повышать свою приспособленность к окружающей среде, как сказали бы эволюционные биологи. Но, кажется, животных, которым не спится, в природе не найти. Если никому не удалось выскользнуть из лап Морфея, значит, сон выполняет ключевую для выживания функцию — и ученые до сих пор не могут четко ее сформулировать.
Когда вы спали последний раз, ваш сон колебался между двумя совершенно разными фазами — быстрого и медленного сна, названными так из-за наблюдаемых частот мозговых колебаний. Человек проводит большую часть ночи в медленном сне, который подразделяется на дополнительные фазы. Эти фазы — от первой до четвертой — последовательно сменяют друг друга, а волновые колебания в мозге становятся всё медленнее и больше. В самой глубокой, четвертой стадии человек наименее восприимчив к окружающим стимулам. Для быстрого сна характерно полное отсутствие мышечного тонуса, когда мышцы расслаблены и «диссоциированы» от мозга, а также быстрые, дергающиеся движения глаз. Поэтому быстрый сон еще называют REM (от rapid eye movement, «быстрые движения глаз») или парадоксальным сном — электрическую активность мозга практически не отличить от активности во время бодрствования человека. Она полна быстрых колебаний маленькой амплитуды, будто мозг активно чем-то занят. В действительности в парадоксальной фазе сна мы видим (и запоминаем) большинство сновидений.
Сменяющиеся фазы быстрого и медленного сна характерны для всех млекопитающих и птиц, но не у всех устроены одинаково. Длительность сна отличается: слоны, лошади и коровы спят от двух до четырех часов в сутки, а некоторые летучие мыши и броненосцы спят до двадцати часов! У человека за ночь быстрый сон сменяет медленный 4–6 раз. Каждый цикл (медленный + быстрый сон) занимает около полутора часов. Но у большинства животных этот цикл гораздо короче: у шиншиллы он протекает всего за 6 минут.
По сравнению с другими животными люди пользуются невиданной привилегией — спят в один заход за сутки, в то время как многим зверям приходится погружаться в сон то тут, то там на небольшие промежутки времени.
Глубокий медленный сон считается самым важным для восстановления организма, но погрузиться в него можно, только преодолев легкие стадии медленного сна. При полифазном сне — отдельными заходами — больше времени тратится на менее продуктивный легкий сон только для того, чтобы погрузиться в глубокую стадию, поэтому считается, что монофазный сон обладает преимуществом. По этой же причине интервальный сон у людей «для повышения продуктивности» — не очень хорошая идея в долгосрочной перспективе.
За день намаешься, спишь — не просыпаешься
Наши научные представления о сне антропоцентричны: фазы быстрого и медленного сна определяются характеристиками мозговых сигналов, что подразумевает наличие не просто мозга, а мозга достаточно крупного и удобного, позволяющего снять электроэнцефалограмму или наблюдать его электрическую активность. Но как определить сон у рыбки, мушки или домашнего питомца без использования электродов, а главное — как отличить сон от обычного отдыха, спячки или комы? Ученые еще в ХХ веке пристально наблюдали за разными животными и, помимо электрофизиологических, выделили поведенческие критерии сна, которые не дискриминируют ни одной букашки. Животное должно находиться в физическом покое. Животное сложно разбудить. Животное принимает определенную позу для сна или выбирает для этого особое место. Состояние сна легко обратимо — после пробуждения животное выглядит бодрым. Вишенка на торте и самый главный критерий — гомеостатическая регуляция. Это своего рода баланс: если животное потревожили во сне или вовсе лишили сна, то недосып нужно будет компенсировать позже. Вооруженные этими критериями, ученые 1980-х годов стали внимательно наблюдать за сном всего, что движется, и подсчитывать движения усиков, лапок и щупалец во сне.
Спят птицы, киты, морские котики и… динозавры?
Сон птиц больше всего похож на сон млекопитающих, поскольку состоит из быстрой и медленной фаз, хотя считается, что в процессе эволюции быстрый (он же парадоксальный) сон появился в этих группах независимо. Снятся ли птицам сны — никто не знает, но птиц и морских млекопитающих объединяет уникальное свойство — однополушарный сон, при котором одна половина мозга бодрствует, а вторая погружена в медленный сон. Китам, дельфинам, морским котикам и ламантинам способность вздремнуть одним полушарием помогает поддерживать терморегуляцию, вовремя замечать хищников и двигаться, чтобы оставаться у поверхности и периодически выныривать для дыхания. Однополушарным бывает только медленный сон. Ведь в парадоксальном сне отключаются мышцы, и тогда животное медленно опускалось бы ко дну.
Морские котики, живущие и в воде, и на суше, подтверждают правило — только в воде они спят одним полушарием, а на суше оба полушария синхронно впадают и в медленный, и в быстрый сон.
Мигрирующие птицы тоже не могут позволить себе потерю мышечного тонуса во время перелетов, иначе они рухнут с небес на землю. Но птицы активно используют однополушарный сон еще и для защиты от хищников. Утки часто спят большими стаями, и было показано, что птицы, расположившиеся по краям стаи, с большей вероятностью спят только одним полушарием, в то время как другое полушарие и один открытый глаз охраняют от хищников всю стаю. Кстати, некоторые сонные привычки птицы унаследовали от своих древних предков — динозавров. Сделать заключения о сне или поведении динозавров крайне сложно, но ученые обнаружили окаменелость динозавра, свернувшегося в той же позе, в которой спят современные птицы. Был ли сон динозавров однополушарным или включал в себя быструю фазу, остается загадкой.
Спят ящерицы, осьминоги и каракатицы
До недавних пор считалось, что быстрый сон — это эволюционная новинка, появившаяся только у птиц и млекопитающих, но исследования сна рептилий и осьминогов расширили наши представления о (и без того) парадоксальном сне. Сначала быстрый сон нашли у бородатой агамы — ученые записывали электрическую активность мозга ящерицы и следили за движениями глаз: циклы быстрого и медленного сна сменялись каждые 80 секунд. Эти наблюдения поставили под вопрос предположение, что быстрый сон у млекопитающих и птиц эволюционировал независимо — возможно, он уже присутствовал у последнего общего предка.
Недавно ученые детально изучили сон осьминогов. Они убедились, что активность осьминогов снижается: они не реагируют на постукивание по аквариуму и на появление краба, на которого в бодрствовании начали бы охотиться. Во сне осьминогов отчетливо сменялись две фазы, которые ученые из осторожности назвали «спокойным» и «активным» сном. Во время первого кожа осьминога бледнела и глаза оставались неподвижными, а во время второго — активного — глаза двигались, а цвет и текстура кожи динамично изменялись. Признаки быстрого сна обнаружились и у каракатиц — морских головоногих моллюсков и эволюционных родственников осьминогов. В покое у них время от времени наблюдались быстрые движения глаз, изменение окраски и подергивание щупалец.
Спят мушки и тараканы
В начале 1980-х предположение о том, что насекомые тоже спят и их сон можно изучать, было достаточно смелым. В научном сообществе такие идеи граничили с сумасшествием. Это не остановило Ирен Тоблер, которая в качестве объекта выбрала тараканов (а позже — скорпионов). Мозг насекомых крайне мал, и наблюдать за его электрической активностью гораздо сложнее, так что обычно их сон изучают по поведенческим признакам.
Тоблер подробно описала позы, в которых тараканы спят, а также доказала наличие у них гомеостатической регуляции: если сон потревожен, то его недостаток необходимо компенсировать — словно бы тараканам надо отсыпаться на выходных.
Стоит отметить, что, когда речь идет о насекомых, ученые говорят исключительно о медленном сне и пока не заподозрили у них признаков быстрого.
Все поведенческие критерии сна нашлись и у маленькой мушки дрозофилы, любимой биологами за простоту содержания и изучения. На мушках изучали множество разных вещей, относящихся ко сну. Кофеин бодрит их точно так же, как и нас, причем чем больше кофеина — тем меньше сна, в то время как антигистаминные вещества (входящие в состав противоаллергических препаратов), наоборот, увеличивают продолжительность сна. Еще любопытнее то, что количество сна у мушек снижается с возрастом — как и у стариков, со временем теряющих сон и покой. Это означает, что некоторые молекулярные процессы, связанные со сном, обучением и старением, у нас мало отличимы от мушек и эволюционно стары. Так, например, у моллюска аплизии, благодаря которому стали известны молекулярные механизмы консолидации воспоминаний, при депривации сна нарушалось формирование и кратковременных, и долговременных воспоминаний.
Спят медуза и гидра
Мозгом в нейробиологии называют всё, что выглядит как централизованное скопление нейронов в одном месте, как правило — в голове. Мозг таракана, мушки или моллюска хоть и очень мал, чтобы забраться в него электродами, но всё еще попадает под это определение. А вот у медузы или гидры такого мозга нет — только нервные клетки, разбросанные по всему телу и формирующие сеть. Такая нервная система называется диффузной. Нужен ли для сна полноценный мозг? Похоже, что нет.
За поведением медузы Cassiopea наблюдали в большом резервуаре: в период покоя пульсация ее тела снижалась на треть, состояние было легко обратимым — медуза охотно «просыпалась», чтобы закусить рачком, а депривация сна снижала активность медузы на следующий день, подтверждая главный критерий сна — гомеостатическую регуляцию. Гидра устроена еще проще медузы. У нее нет не только мозга, но и большинства привычных для нас органов и тканей, только два слоя клеток — «кожа» и «кишечник» с разбросанными по ним нейронами. Гидра способна двигаться, и исследователи из Японии показали, что она снижает свою активность на небольшой отрезок времени каждые 4 часа. Ее можно легко разбудить светом, а если не давать гидре заснуть, раскачивая контейнер, то ей приходится отсыпаться позже. При этом мелатонин — гормон, вырабатывающийся у нас ночью и стимулирующий сон, — погружал в сон и гидру.
Ученые пошли дальше и изучили гены, участвующие в регулировании сна гидры, — их нашли, изучив разницу в работе генов выспавшейся и невыспавшейся гидры. Более 40 из этих генов оказались сходными с генами человека или мыши, несмотря на то, что гидры, вероятно, самые эволюционно далекие от нас из ныне живущих существ, способных двигаться.
Значит, сон выполняет какую-то невероятно важную функцию, общую для всего живого.
Зачем спать?
Сну приписывается множество функций: восстановление сил, терморегуляция, детоксикация, развитие мозга, поддержание его пластичности, сохранение памяти и т. д. Все они не очень согласуются с тем фактом, что сон требуется даже существам без централизованного мозга, а значит, играет фундаментальную роль на уровне каждой клетки организма, а не только мозга. Одна из возможных функций сна, важная для любого существа, — метаболическая. Сон нужен для того, чтобы сохранять энергию, разделять несовместимые химические реакции в организме и эффективно направлять метаболические ресурсы на нужды организма во время сна. Эту идею поддерживает тот факт, что во время болезни людям и животным требуется больше сна — вероятно, для того, чтобы перенаправить ресурсы организма с бодрствования на работу иммунной системы и восстановление.
Депривация сна у гидр в буквальном смысле разрушительна — она нарушает нормальный процесс деления клеток, что логично вписывается в идею о метаболической функции сна.
Метаболическая функция может быть самой ранней и необходимой для каждой клетки организма, но не единственной. Со времен ранних животных сон эволюционировал и приобрел другие функции. Эволюция — как замок из песка: на основании возводятся башенки, добавляются балкончики и т. д., и всё это приобретает новые функции. Функциональные элементы могут переиспользоваться и преобразовываться. Например, быстрый сон — относительно новое эволюционное явление, возможно, независимо появившееся у млекопитающих, птиц и, может быть, головоногих моллюсков, таких как осьминоги и каракатицы. Всегда ли сны связаны с быстрой фазой сна? Мы не знаем. Возможно, сны — еще одна эволюционная надстройка со своими функциями. Вездесущность сна доказывает его необходимость и самую основную, общую для всех базовую функцию, но нет смысла искать лишь одну функцию сна — в процессе эволюции их надстраивается невероятное множество.