Недавние исследования мух доказали, что сон и бодрствование влияют на окислительно-восстановительный гомеостаз. Определенные группы нейронов в мозге насекомого, ответственные «за переключение» между состояниями бодрствования и сна, оказались особенно чувствительны к окислительно-восстановительной саморегуляции. Иначе, выдвинуто предположение, что сон «запускается» как непосредственный ответ на метаболический дисбаланс в этом центральном физиологическом механизме. Было бы интересно изучить скорость обмена веществ у мух и, в частности, проверить гипотезу о том, может ли она (скорость) служить мерой интенсивности сна. Несколько десятилетий назад было показано, например, что интенсивный полет у мухи приводит к переключению в потреблении энергетических субстратов от углеводов к липидам, что отражает снижение метаболизма и означает, что предшествующая деятельность оказывает фундаментальное влияние на последующую физиологию.
Возможно, главный вопрос в теме эволюции сна следует поставить так: как далеко по временному стволу древа жизни можно спуститься, обнаруживая следы сна? Археологи и палеонтологи шутят, что, насколько бы древней ни оказалась находка, свидетельствующая о раннем возникновении того или иного явления, где-то неподалеку ждет, пока его найдут, нечто еще более старое. Это можно было бы заявить и о сне, если находились бы ископаемые «следы сна».
Есть свидетельства того, что черви, появившиеся на Земле раньше позвоночных, спят[166]. Даже медузы, не имеющие организованной нервной системы, способны ко сну, который удовлетворяет всем необходимым для этого критериям: от уменьшения движения и реакции до гомеостатической регуляции. Не пора ли, перефразировав американского биолога Линн Маргулис, заявляющей о «паутине жизни», ввести в употребление понятие «паутина сна»? А рядом с древом жизни наконец-то обнаружить древо сна, не упомянутое в Книге Бытия.
Условия среды поменялись радикально с тех пор, когда сон впервые возник. Икскюлль считал, что каждое животное идеально приспособлено к окружающей его среде, что, естественно, должно включать в себя и его сон, будь он сложным и современным или примитивным и незрелым. Сон спящего индивидуума или сон как способ создания пустоты в гиперпространстве экосистемы, в которой множество ее обитателей делят пространственные и временные ниши. Существует бесконечный спектр мест обитания и видов различных экологических специализаций и предпочтений; следовательно, к предположению, что сон может принимать различные формы и является более гибким и пластичным, чем мы можем оценить в настоящее время, сто ит отнестись внимательно.
Наиважнейшим результатом понимания сна с филогенетической и экологической точки зрения станет оценка влияния деятельности человека, изменяющего экосистемы, что приводит к нарушению хрупкого баланса между организмами и их средой обитания: их экологическими нишами и их «умвельтами». Живым организмам приходится заново находить или создавать свое место в паутине жизни, в темпах, на много порядков превышающих привычный ритм эволюционных изменений, которые происходят в масштабе времени с единицей в «геологическую эпоху». Экологический гомеостаз сейчас, как никогда ранее, находится под угрозой. Наш долг и наша ответственность – предотвратить следующую катастрофу.
Глава XIПочему мы спим?
Центральная проблема в области науки сна – определение функции, смысла и предназначения сна, или, другими словами, поиск ответа на вопрос: почему мы спим? Простой и понятный каждому вопрос интригует поколения исследователей и до сих пор остается предметом жарких научных и философских споров и эмоциональных дискуссий. Самое удивительное в обсуждениях – существование противоположных точек зрения, которых придерживаются самые известные ученые, посвятившие всю жизнь его изучению.
В одном из своих последних интервью знаменитый хронобиолог и зоолог Серж Даан напомнил, что если в физике есть только один главный вопрос «как?», то в биологии к нему добавляется еще один, такой же важности – «почему?». Во многих языках, включая английский и русский, слово «почему» имеет двоякое значение. С одной стороны, короткое «почему?» можно развернуть до более конкретного вопроса «каким образом?» или «на каком основании?» произошло или происходит то или иное действие, и в нашем случае это означает поиск механизмов и биологического субстрата, обусловливающих и отвечающих за сон. С другой стороны, «почему» можно заменить словом «зачем», вопросительное значение которого – «ради чего?» или «с какой целью?». И в этом смысле подразумевается биологическое назначение сна, или, если использовать язык физиологии, – его функция.
«Структура определяет функцию», – говорят физиологи, значит, получив представление «из чего же состоит» сон, каково его «устройство», можно попытаться понять, зачем он вообще есть. Кибернетика снова может оказаться полезной для изучения «устройства сна». Суть любой саморегулирующейся системы, основанной на принципе отрицательной обратной связи, состоит в способности отвечать на возмущение или отклонение конкретных характеризующих то или иное явление величин от заданного значения. В свою очередь, компенсационные изменения возвращают переменные к их исходным значениям, или ренормализуют их. Таким образом, в относительно простых случаях, таких как термостат например, и причина, и цель его единственной функции, предназначения – поддержание определенного диапазона температуры. Но в случае со сном все намного сложнее.
На трудности, с которыми сталкиваются ученые, обращает внимание швейцарский исследователь сна, нейробиолог Пол Франкен, исследуя гомеостатическое регулирование сна, которое «требует наличия трех компонентов: датчика, который измеряет контролируемую переменную; интегратора, который обрабатывает информацию и сравнивает переменную с заданным значением или, скорее, с оптимальным диапазоном, в пределах которого регулируемая переменная может изменяться; и эффекторов, которые реагируют на команды интегратора, когда уровень переменной отклоняется от заданных значений. В связи с гомеостатической регуляцией сна ни одна из этих трех частей не известна наверняка, потому что мы не знаем, за какие функции сон отвечает. Нам многое известно о поведении параметров, которые отражают предшествующую историю сна и бодрствования, но нельзя исключать, что они сами не являются гомеостатически регулируемыми переменными, отражающими другие связанные с этим процессы». Итак, главным препятствием в исследованиях является то, что мы не знаем, на каком уровне биологической организации следует искать необходимые составляющие сна – как его причины и цели, так и биологический «субстрат» датчиков, интеграторов и эффекторов. Что является необходимым для сна, а что – всего лишь сопутствующие декорации?!
Треть жизни мы проводим во сне, по сути ничего не делая, а главное – не добываем пищу и не размножаемся. Должна же быть важная причина для такого бездействия! Помните фрагмент из рассказа Конан Дойла «Серебряный», когда детектив Скотланд-Ярда просит Шерлока Холмса указать на важные детали в расследуемом деле? Знаменитый сыщик советует обратить внимание «на странное поведение собаки в ночь преступления». «Но она никак себя не вела!» – отвечает удивленный детектив. Именно это и заслуживало, по мнению Холмса, особого внимания.
Стоит переключиться с прямого вопроса, зачем мы спим, на другой: почему так трудно найти на него ответ? Похоже, это самый сложный вопрос в биологии сна.
Почему же часть нашей жизни, когда, на первый взгляд, ничего не происходит, имеет такое важное значение? Уильям Демент, один из основоположников исследований сна, объяснял причину сна желанием спать: «Если мы не спим, нами больше и больше овладевает сонливость». Напоминает цитату из «Мнимого больного» Мольера, не правда ли? Александр Борбели, известный швейцарский ученый, в свою очередь, замечал, что, пожалуй, стоит переключиться с прямого вопроса, зачем мы спим, на другой: почему так трудно найти на него ответ? Похоже, это самый сложный вопрос в биологии сна.
Что же не так с исследованиями в этой научной области? Возможно, система знаний о сне еще не достигла стадии зрелости и пока не сложилась доминирующая парадигма, которая бы определяла и диктовала направление исследований – как, например, в нейробиологии циркадианных ритмов. Это наука ушла далеко вперед, и ученые, изучающие биологические часы, никогда не были зациклены на вопросе о том, в чем состоит их смысл, – считалось само собой разумеющимся, что циркадианные ритмы важны, их наличие объясняло адаптацию жизни относительно вращения Земли. Более важным стало прояснение механизма, который позволяет биологическим часам отсчитывать «правильное» время. Наличие периодичности в поведении животных и изменение физиологических переменных, происходящих примерно с 24-часовым ритмом, считается необходимой и достаточной отправной точкой при определении существования циркадианных ритмов (и планировании последующих исследований). Такая периодичность была обнаружена и у простейших организмов – бактерий, – и у самых продвинутых видов млекопитающих. Большинство, если не все живые организмы на Земле имеют важный механизм – внутренние часы, – позволяющие адаптироваться к предсказуемым изменениям окружающей среды[167]. За описание молекулярных процессов, регулирующих циркадианные ритмы организма, американские генетики Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг получили Нобелевскую премию в 2017 году в области физиологии и медицины. И если бы наука о биоритмах смогла объединиться с наукой о сне – без сомнения, прогресс был бы большим[168].
Однако, не договорившись, что такое сон и как его определять, мы просто начинаем срезать углы и обходить неудобные моменты, что часто препятствует получению желаемого результата. Но основной помехой для понимания того, почему мы спим, является наше упорство: мы продолжаем изучать сон на индивидуальном уровне, в лабораторных условиях, совершенно игно