Почему нам нужен сон? Ответ может скрываться в митохондриях
Сон — это не просто отдых для ума, а, возможно, важное обслуживание энергосистемы организма. Новое исследование учёных Оксфордского университета, опубликованное в Nature, показывает, что потребность во сне возникает из-за накопления электрического стресса в крошечных энергогенераторах внутри клеток мозга.
Открытие предлагает физическое объяснение биологической потребности во сне и может изменить представления учёных о сне, старении и неврологических заболеваниях.
Команда под руководством профессора Геро Мизенбёка и доктора Раффаэле Сарнатаро обнаружила, что сон запускается реакцией мозга на тонкую форму энергетического дисбаланса. Ключ кроется в митохондриях — микроскопических структурах внутри клеток, которые используют кислород для преобразования пищи в энергию.
Когда митохондрии в определённых регулирующих сон нейронах (изученных на плодовых мушках) перезаряжаются, они начинают «протекать», испуская электроны и производя потенциально опасные побочные продукты — реактивные формы кислорода. Эта утечка действует как сигнал тревоги, переводя мозг в состояние сна для восстановления равновесия до того, как повреждения распространятся.
«Вы не хотите, чтобы ваши митохондрии теряли слишком много электронов, — говорит доктор Сарнатаро. — Когда это происходит, они генерируют реактивные молекулы, повреждающие клетки».
Специализированные нейроны действуют как автоматические выключатели — они измеряют эту утечку электронов и запускают сон, когда превышен порог. Манипулируя энергетическими процессами в этих клетках (увеличивая или уменьшая поток электронов), учёные могли напрямую контролировать продолжительность сна мух.
Даже замена электронов энергией света (с использованием белков, заимствованных у микроорганизмов) давала тот же эффект: больше энергии — больше утечки — больше сна.
«Наши результаты показывают, что ответ может лежать в самом процессе, который питает наши тела: аэробном метаболизме, — сказал профессор Мизенбёк. — Когда утечка становится слишком большой, эти клетки, как автоматические выключатели, переводят систему в сон, чтобы предотвратить перегрузку».
Это объясняет известные связи между метаболизмом, сном и продолжительностью жизни. Мелкие животные, потребляющие больше кислорода на грамм веса, обычно спят больше и живут меньше. Люди с митохондриальными заболеваниями часто испытывают изнуряющую усталость без видимых причин — теперь это можно объяснить тем же механизмом.
«Это исследование отвечает на одну из больших загадок биологии, — заключил доктор Сарнатаро. — Почему нам нужен сон? Ответ, похоже, заложен в самом способе, которым наши клетки преобразуют кислород в энергию».