ют на динамику потребности во сне на макроуровне всего мозга и всего организма: и это то, что в итоге соединяет локальный и глобальный уровни регуляции сна.
Вернемся к теории Эрнста Майра о «непосредственных и конечных причинах» в биологии. В начале этой главы мы обсуждали явления, которые имеют отношение ко сну, и пришли к выводу о том, что «непосредственные причины» сна можно обнаружить на локальном уровне молекул, клеток, метаболизма или синапсов. Однако вопрос о «фундаментальных причинах», или функциях, остается открытым. Пример миграции птиц, упомянутый Майром, объясняется генетической предрасположенностью к миграции, которая представляет собой одну из основных – конечных – причин такого поведения. Однако это звучит скорее как попытка уйти от ответа, чем найти истинное объяснение. Должна существовать причина, по которой гены, определяющие миграцию, так «отобрались», что отбор принес пользу виду в целом! Возможно, что-то подобное происходит со сном.
Мы не можем решать, спать нам или не спать. Сон является обязательным поведением. Вопрос о том, дает ли сон непосредственную прямую пользу спящему организму, остается открытым. Гипотезы о функции сна затрагивают широкий спектр процессов – от молекулярных до поведенческих – и в то же время явно остаются в пределах «тела индивидуума». Маловероятно, что такой сложный фенотип возник и был бы устойчивым, не имея явного эволюционного преимущества. Только немногие сомневаются в том, что сон имеет свою функцию, свою миссию. Пришла пора начать рассматривать сон на других уровнях и с других перспектив – как явление, которое дает преимущества и способствует выживанию организмов «в-окружающей-среде». Все существующие сегодня теории сна объединены одним важным и фундаментальным сходством: в центре всегда присутствует индивидуум, который является одновременно и субъектом, и объектом сна – тем, кто спит и кто извлекает непосредственную выгоду из собственного же сна. Традиционно сон считается актуальным только на индивидуальном уровне, без учета его потенциальных преимуществ, которые возникают на уровне сообщества. Однако выживание в значительной степени определяется непрерывным взаимодействием отдельного организма и видов в целом с окружающей средой и с другими обитателями той же экосистемы, с которыми они сосуществуют и делятся ресурсами. Отдельные изолированные организмы не существуют и никогда не существовали. И сон, как и другие сложные адаптации, без сомнения, возник при сложной динамике взаимодействий на уровне экосистем.
Взаимоотношения между видами в рамках экосистемы строятся на существовании связей переменной силы, которые образуют сеть биотических взаимодействий, в идеальном случае обеспечивающих стабильность и баланс внутри сообщества. Связь между видами в рамках экологической сети, как правило, представлена в виде взаимодействующих трофических (пищевых) цепочек и является относительно жесткой на медленном временном масштабе эволюции видов, если система стабильна и не испытывает серьезных внешних возмущений. Тем не менее динамика межвидовых взаимодействий в экосистеме на более коротких временных промежутках рассматривается крайне редко. Ежедневные и годовые колебания разнообразных параметров окружающей среды должны оказывать значительное влияние на динамику межвидового взаимодействия в пределах экосистемы на временнóй шкале суток и сезонных изменений. Циркадианные изменения в переменных средах обеспечивают основную временнýю структуру, которая формирует модели активности и сна у разных видов. Однако даже близкородственные виды или виды, у которых возникают похожие потребности при изменениях окружающей среды, часто проявляют выраженные отличия в количестве и архитектуре сна. Следовательно, ожидается, что направленность и сила взаимодействия между видами будут сильно различаться не только в зависимости от ежедневных изменений в окружающей среде, но и в зависимости от количества и распределения сна среди видов в экосистеме.
Возникновение сна и бодрствования должно оказывать заметное влияние на экосистему, при этом время и распределение сна между видами, населяющими ее, – не только следствие колебаний окружающей среды, но и активный организующий принцип экосистемы. Например, в некоторых случаях время, проведенное во сне, соответствует времени, когда животные менее приспособлены к окружающей среде и более уязвимы к хищничеству. Однако, возможно, это также время, когда спящие виды не взаимодействуют активно с другими обитателями и, таким образом, косвенно способствует их деятельности, которая в противном случае не могла бы происходить. Кроме того, в других случаях сон как состояние бездействия, проведенное в безопасном месте, может фактически защитить животных от хищников и таким образом влиять на их ежедневные ритмы, вынуждая бодрствовать и охотиться в то время, когда их добыча также активна, и т. д. Поскольку стабильность и функционирование экосистем зависят от взаимодействия внутри сообщества, оптимальное возникновение сна у разных видов должно обеспечивать эволюционные преимущества индивидуумам, делая их более приспособленными. Эту форму динамического взаимодействия между видами можно представить как «экологическую сеть сна», которая приносит пользу экосистеме и тем самым позволяет отдельным видам процветать как ее часть.
Таким образом, одна из возможностей в поисках ответа на наши вопросы заключается в том, что конечная причина и биологическая роль сна может быть обнаружена не на уровне изолированного индивида, а в явлении более высокого порядка, функция которого проявляется на уровне экологических систем и может быть выявлена только на медленной эволюционной шкале времени. Появление новых фенотипов сна и бодрствования будет ограничено существующей структурой сообщества, по аналогии с эволюционно стабильной стратегией – концепцией, которую предложил британский биолог Джон Мейнард Смит в 70-х годах XX столетия. С другой стороны, сон может играть организующую роль в возникновении новых биотических взаимодействий и приводить к появлению и освоению новых временны́х ниш. В этих рамках циркадианные ритмы в первую очередь управляют временны́м аспектом взаимодействия между организмом и окружающей средой. В то время как гомеостаз сна играет роль в реализации генетической программы, которая гарантирует, что организмы получают определенное количество сна в течение 24 часов, что делает экосистему предсказуемой и обеспечивает ее стабильное существование.
Эту гипотезу будет нелегко проверить – интересующие нас процессы происходят во временных масштабах геологических эпох и в многомерном гиперпространстве экологических систем, которые состоят из бесчисленных взаимосвязанных экологических ниш, занятых индивидуумами с их особенными «умвельтами» и сложными взаимодействиями между особями и другими факторами вокруг. Впрочем, ничто не мешает нам пытаться смотреть дальше и дальше вглубь космоса, расшифровывать молекулярную структуру сложных биополимеров или прослеживать связи в мозге, где количество синапсов превышает количество звезд во всей видимой вселенной. Возможно, в данный момент нам не хватает методических средств, но это вопрос времени. Оно наступит, и тогда мы сможем посмотреть на сон во всей его сложности – в пределах оболочки индивидуального организма и за ее пределами. Ответы, ожидаемые или скорее неожиданные, появятся. Все, что требуется от нас, это набраться смелости распрощаться с догмами и теориями, которые уводят нас от ясных результатов, и ступить на свободную для нетривиальных идей дорогу познания.
История восьмаяХимия жизни и сна
По определению Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства NASA, жизнь характеризуется самоподдержанием (автономностью) и способностью к эволюционному развитию. А именно: «Жизнь – это самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции»[183]. Иначе, говоря о жизни, исследователи космоса обсуждают «химическую систему».
Все живые организмы на Земле состоят из довольно стандартного набора химических веществ: от простых элементов до сложных биополимеров и макромолекул.
Постоянство внутренней среды поддерживается гомеостатически в конкретных ограниченных рамках, которые определяют диапазон допустимых изменений всевозможных физиологических параметров. Эти процессы позволяют нам автономно существовать (иногда получая удовольствие от жизни) даже в очень агрессивных условиях окружающей среды.
При более близком рассмотрении оказывается, что независимость живых организмов – относительное понятие. Мы подвержены влияниям всевозможных химических веществ, которые, помимо прочего, могут влиять на сон, бодрствование и разнообразные их характеристики. Американский философ Фред Дретске замечал: «Органы чувств, по крайней мере экстерорецепторы, – это просто способ, созданный природой для того, чтобы внутренние процессы зависели от происходящего извне». В этой главе мы обсудим, насколько далеко зашла природа в своих изобретениях, позволяющих внеш нему миру влиять на наши внутренние процессы не только извне, но и изнутри, и попытаемся понять биологический смысл этого влияния. В центр нашего внимания мы поставим любопытный факт: большинство как простых и широко распространенных химических элементов, так и самых специализированных и сложных органических макромолекул, которые обладают психоактивными, изменяющими сознание и влияющими на сон свойствами, производится живыми организмами, нас непосредственно окружающими и с нами взаимодействующими: растениями, грибами, микроорганизмами, и, конечно, другими животными. В свою очередь, мы обладаем всевозможными рецепторами – специализированными молекулярными образованиями, которые опосредуют физиологический ответ на эти экзогенные вещества. Почему это происходит? Наш организм вырабатывает собственные вещества, подобные или даже идентичные экзогенным, например так называемые нейротрансмиттеры (нейропередатчики), которые действуют через те же самые рецепторы.