Возвращаясь к временнóй последовательности цикла сна-бодрствования, или, точнее, активности-неактивности, – остается открытым вопрос: почему все-таки сон и бодрствование должны существовать, если речь идет о сосуществовании между видами или между взаимодействием между видами и окружающей средой? Оксфордский нейробиолог Рассел Фостер[156] в провокационной короткой статье под заголовком «Нет никакой тайны во сне» предположил, что сон развивался как реакция на условия окружающей среды, к которым животное плохо приспособлено, и происходит тогда, когда оно находится в наибольшей опасности или когда ему просто нечего делать. И если животное приспособлено быть активным в течение дня, то остальное время должно быть чем-то заполнено, а сон может быть таким буферным состоянием. Однако, чтобы это действительно происходило и чтобы это было по-настоящему эффективным, необходим надежный механизм, который вынуждает каждый из видов, составляющих сообщество, и каждого индивидуума лично отключаться, «исчезать» из экосистемы или переходить в «режим ожидания» до тех пор, пока не наступит его час «возвращения» и пока он сам и вся экосистема не будут к этому готовы. Сон в этом контексте – особенно любопытное явление, поскольку он определяется, как мы уже упоминали, взаимодействием организма с окружающей средой. Вполне вероятно, что связь между организмом и внешним миром – сила и режим этой связи – стала ключевым фактором, который формировался и модифицировался под влиянием естественного отбора. Тем самым подход к научному исследованию этого неуловимого процесса становится особенно трудным. У нас есть мощные методологические средства для манипуляции сном, но что говорят результаты о значении сна с точки зрения взаимодействия между организмом и окружающей средой?
Денис Ноубл, физиолог, тоже из Оксфорда, в своей книге «Танец под ритм жизни»[157], разрабатывая аргумент против редукционизма, заявил, что «в биологии смысл и функция являются характеристиками явлений высшего порядка, а не отдельных молекул». В этом смысле при обсуждении функции сна проявляется любопытная дилемма. С одной стороны, естествоиспытатели, стремясь достичь самой сути вещей, начинают с поиска ответов на поставленные вопросы на как можно более низком уровне организации. И молекулярный уровень в этом случае самый желанный. С другой стороны, исследователи осознают, что сон – очень сложное явление, определяемое по большому счету на уровне всего организма или даже на надорганизменном уровне. Как же разрешить эту дилемму?
Глава XЭволюция сна
Область научной дисциплины, которая называется филогенетикой, занимается реконструкцией процесса исторического развития организмов, что способствует выяснению генетической детерминации изучаемого предмета или явления. Пришло время сформулировать вопрос: определяется ли сон генотипом организма? Существует множество доказательств этому, и в характеристиках сна установлена существенная генетическая составляющая. Исследования на близнецах показывают, например, что различные характеристики сна у гомозиготных (c одинаковыми аллелями) близнецов более схожи, чем у гетерозиготных (с разными аллелями). Но и генетики понимают основную проблему сна – его очень сложный фенотип.
Как уже обсуждалось, сон можно описать и изучить на многих уровнях: от молекулярного и клеточного до всего организма и популяции. Существует ли ген сна, и если он существует, то как его найти? Подразумевается, что необходимым свойством гена сна является то, что манипуляции с ним (например, мутация) должны приводить к определенному изменению характеристик сна. Этот подход – разумный и успешно используемый для изучения других явлений и ряда расстройств, включая нарушения сна, – все же оставляет открытым вопрос: применим ли он к сну? Иными словами, является ли он специфическим для сна?
Например, если ген отвечает за кодирование определенного ионного канала в клеточной мембране, регулирующего нейронную возбудимость и, как следствие, характеристики определенных форм мозговой активности во сне, то является ли он геном сна? Казалось бы, это так! Но насколько существенно его влияние как на активность мозга во время сна, так и на хотя бы некоторые аспекты активности мозга во время бодрствования? Или если, скажем, какой-то ген отвечает за изменения в метаболизме и в результате его «влияния» регуляция температуры тела во время сна нарушается, то будет ли он считаться геном сна? Наконец, если один из основных генов, ответственных за циркадианные ритмы, мутирует, в результате чего организм начнет спать в неподходящее время суток, сделает ли это явление его геном сна? Этот список можно продолжать до бесконечности, пока не будет получен ответ на главный и сложный вопрос: на каком же все-таки уровне организации сон должен быть определен и далее изучен? Было высказано предположение, что если и существуют истинные, первичные гены сна, то их невозможно обнаружить по той простой причине, что сон является жизненно важным поведением, и если удалить часть регуляторного механизма, необходимого для сна, то он или не сможет происходить, или будет до такой степени «ненормальным», что организм просто умрет в раннем возрасте. Не поэтому ли мы пока не можем обнаружить организм, который совсем не спал бы?
Нет никаких сомнений, что многие характеристики сна генетически определены. В настоящее время нам не хватает простого и понятного подхода к рассмотрению сложного фенотипа сна. Если взять общую продолжительность сна и построить график распределения количества сна между особями одного и того же вида, то, скорее всего, мы будем наблюдать ожидаемое «нормальное» распределение, а не кластеры коротко- и долгоспящих индивидуумов – это было бы убедительным признаком того, что существует один ген сна с «сильным влиянием». С другой стороны, количество сна может сильно варьировать даже у одного и того же индивидуума.
Исследования показывают, что даже относительно простые изменения окружающей среды в значительной степени влияют на поведение животного и как следствие – на его сон. Доступ к колесам, в которых бегают животные, или ограничение еды у мышей, например, может изменить количество их сна довольно значительно, иногда на несколько часов. Почему мы обладаем способностью «сознательно» уменьшать или увеличивать количество сна, неясно, но, возможно, это умение имеет важное адаптивное значение. Популярной идеей, но пока не продвинувшей науку в понимании сна, было его деление на основной – необходимый – и сон «для удовольствия». Эта гипотеза в некоторой степени напоминает понятие «мусорной ДНК» – той большей части ДНК в наших хромосомах, которая не кодирует белки. Правда, понятие «мусора» здесь также помогает мало, если мы будем принимать во внимание возможность еще неизвестной и даже неожиданной роли этой ДНК на самом деле. В знаменитых дебатах между биологами Линн Маргулис и Ричардом Докинзом выступивший модератором Денис Ноубл предположил, что мусорная ДНК может играть вспомогательную, структурную роль для активности экспрессии участков ДНК, кодирующих белки, что может быть актуально в контексте эпигенетики – способности «наследовать приобретенные признаки» и тем самым увеличивать фенотипическое разнообразие между индивидуумами. Пожалуй, нам не следует недооценивать масштабов нашего неведения.
Как упоминалось выше, сон – его продолжительность – сильно отличается от вида к виду, но внутри каждого вида продолжительность сна распределяется относительно равномерно[158], как минимум у той части животных, у которых это было изучено, и при условии, что окружающие условия стабильны. Существует что-то вроде континуума длительности сна: от короткоспящих животных, уделяющих сну всего несколько часов в день (например, крупные травоядные), до долгоспящих – летучие мыши, мелкие насекомоядные, хищники, которые могут спать большую часть суток[159]. Основываясь на существующих генетических и филогенетических данных, сделать какие-либо значимые выводы о сне чрезвычайно трудно, а то и невозможно. Нередки случаи, когда близкородственным видам требуется разный сон – как по структуре, так и по продолжительности. С другой стороны, виды, разошедшиеся друг с другом много миллионов лет назад, могут спать практически одинаково!
Самый простой пример дневного вида – человек, который обычно предпочитает спать ночью. Можно утверждать, что в этом есть биологический смысл: мы плохо приспособлены к ночной активности, хотя снова следует быть осторожным в плане определения направления причинно-следственной связи. Вполне возможно, что мы просто потеряли способность эффективно функционировать ночью и по другим, более веским причинам нам оказалось выгоднее проводить время, бодрствуя днем. Важно отметить, что культурный аспект также играет важную роль, так как нередки случаи, когда в некоторых обществах люди могут проводить значительное количество времени во сне в течение дня, а ночью – бодрствовать. Как вы проводите отпуск в Греции, Италии или Португалии летом? Знакомы ли вы с этим «сладким» словом «сиеста»? Когда все, кто может себе позволить, погружаются в послеобеденный сон – особенно когда на улице жарко[160]. Трудно более наглядно проиллюстрировать главную роль окружающей среды в формировании режима сна!
С другой стороны, существуют виды ночных приматов, которые считаются таковыми не только потому, что активны в темноте, но и адаптированы к ней. Это отражается в улучшенной чувствительности сетчатки и иных приспособлений глаза, как и других органов чувств, которые позволяют воспринимать окружающую среду: видеть или ощущать даже в темноте. Толстый лори, например, ведет ночной образ жизни. Этот вид, находящийся под угрозой исчезновения, встречается в Юго-Восточной Азии. В одном из недавних исследований сообщалось о продолжительном исследовании поведенческого сна у лори, который отслеживался с помощью датчиков движения, закрепленных на шеях животных. Примечательно, что лори уникальным образом умеют синхронизироваться с окружающей средой. Они начинают двигаться в течение 15–20 минут после захода солнца и устраиваться для сна в зарослях бамбука вскоре после его восхода. Колебания температуры окружающей среды, в свою очередь, оказывали влияние на то, насколько консолидированным или фрагментированным может быть дневной сон лори – прекрасный пример того, как сон в дикой природе определяется в результате взаимодействия животного с окружающей средой, в которо