Meduzy nie mają mózgów, ale śpią

Nie mają mózgów, ani nawet niczego więcej niż rudymentarny system nerwowy, ale meduzy najwyraźniej mają pory snu.

Nowe badania wykazały, że meduzy wchodzą w stan podobny do snu. Jeśli badanie, opublikowane dzisiaj (21 września) w czasopiśmie Current Biology, zostanie potwierdzone przez przyszłe badania, meduzy są pierwszymi zwierzętami bez centralnego układu nerwowego, u których zaobserwowano sen. To odkrycie mogłoby wzmocnić teorię, że sen jest właściwością emergentną neuronów – innymi słowy, sen może być czymś, co komórki nerwowe połączone w sieć po prostu robią, nawet bez złożonej organizacji.

„Prawdziwą nowością tego, co pokazaliśmy jest to, że zwierzę, które jest prawie tak odległe ewolucyjnie od ludzi i wyższych zwierząt, jak tylko można, również wydaje się mieć ten zachowany stan behawioralny” snu, powiedziała współautorka badania Claire Bedbrook, doktorantka bioinżynierii w Kalifornijskim Instytucie Technologii.

Pochodzenie snu

Sen jest kluczowy dla przetrwania, ale nikt nie wie dokładnie, co robi i dlaczego po raz pierwszy wyewoluował. Badanie z 1995 r. opublikowane w czasopiśmie Behavioural Brain Research wykazało, że szczury pozbawione całkowicie snu umierały w ciągu trzech tygodni. Zwierzęta tak proste jak robak Caenorhabditis elegans, który ma tylko 302 neurony i niezwykle prosty centralny układ nerwowy, zostały znalezione, aby wykazać wzorce aktywności i odpoczynku, które wyglądają strasznie dużo jak sen.

Ravi Nath, absolwent Caltech i współautor nowego badania, zazwyczaj bada ten sleep-like stan w C. elegans. On i jego doradca w laboratorium, Paul Sternberg, zastanawiali się, czy mogliby znaleźć dowody na istnienie snu u jeszcze prostszych zwierząt. Nath powiedział Live Science.

Inny absolwent Caltech, Michael Abrams, przypadkowo hodował meduzy w laboratorium biologa Lea Goentoro w tym samym czasie dla zupełnie niepowiązanego projektu. Zauważył on, że jeden rodzaj, Cassiopea, czyli meduza odwrócona do góry nogami, wydaje się być mniej aktywna w nocy. Cassiopea spędza zdecydowaną większość czasu siedząc do góry nogami na dnie oceanu lub zbiornika, pulsując swoim dzwonkiem około raz na sekundę, Abrams powiedział Live Science. To siedzące zachowanie sprawia, że odwrócona do góry nogami meduza jest łatwym zwierzęciem do śledzenia behawioralnego.

Drzemiące galaretki

Abrams i Nath połączyli siły z Bedbrookiem, aby zbadać, co robią galaretki. Wiedzieli, że aby wykazać, że meduzy śpią, będą musieli udowodnić, że ich zachowanie spełnia standardowe kryteria snu: zmniejszona aktywność, która jest szybko odwracalna, w przeciwieństwie do śpiączki lub utraty przytomności; zmniejszona reaktywność na bodźce w porównaniu ze stanem czuwania; oraz regulacja homeostatyczna, co oznacza, że istnieje jakiś wrodzony „napęd” w kierunku snu i że zwierzę potrzebuje snu, aby funkcjonować.

Aby zmierzyć aktywność, badacze policzyli tempo pulsacji dzwonu w 23 meduzach przez sześć prostych dni i nocy. Stwierdzili, że tempo spadło o 32 procent w nocy, przechodząc od około 1155 pulsów na 20 minut w ciągu dnia do 781 pulsów na 20 minut w nocy. Kiedy badacze umieścili małą przekąskę o północy w słupie wody, meduzy ożywiły się i zaczęły pulsować w tempie dziennym, wskazując, że ten okres wyciszenia był łatwo odwracalny.

Ale czy meduzy były mniej wrażliwe niż zwykle? Aby się tego dowiedzieć, badacze umieścili meduzy w małych pojemnikach wykonanych z rury PCV z dnem z siatki. Podnieśli galaretki delikatnie w górę od dna zbiornika, a następnie gwałtownie janked pojemnik w dół, pozostawiając meduzy zawieszone w wodzie.

Cassiopea galaretki wolą siedzieć do pływania, więc zawieszone galaretki pulsacyjnie ich sposób w dół do podłogi zbiornika. Ale zrobiły to znacznie szybciej w ciągu dnia, zaczynając pulsować w 2 sekundy po utracie powierzchni spoczynkowej, niż w nocy, kiedy to zajęło im około 6 sekund, aby zacząć pulsować – prawie tak, jakby były groggily strząsając sen, zanim mogły zareagować.

Następnie badacze przetestowali, czy senne zachowanie u meduz było pod kontrolą homeostatyczną. Mówiąc prościej, pytanie brzmiało: Czy galaretki zachowywałyby się zmęczone następnego dnia, gdyby pozbawiono je spokoju w nocy? Aby się tego dowiedzieć, badacze wdmuchiwali delikatne impulsy wody w galaretki przez 10 sekund co 20 minut. Odkryli, że kiedy zakłócali meduzy w ten sposób podczas ostatnich 6 godzin nocy, meduzy wykazywały 12-procentowy spadek pulsowania w pierwszych 4 godzinach następnego dnia, tak jakby miały problemy z obudzeniem się. Kiedy badacze kontynuowali zakłócenia przez całą noc, meduzy były o 17 procent mniej aktywne przez cały następny dzień. Po pełnej nocy bez żadnych zakłóceń, meduzy wróciły do normalnego poziomu aktywności następnego dnia.

Ewolucja snu

Jednym z palących pytań jest to, czy podobne do snu zachowanie u meduz jest tym samym rodzajem zachowania, które ostatecznie dało początek złożonemu snu wyższych zwierząt. Naukowcy wiedzą, że te same geny i cząsteczki, które kontrolują sen u robaków i much również regulują sen u zeberek i ludzi, powiedział Nath. Naukowcy nie byli w stanie szukać tych genów i cząsteczek w tym badaniu, ale oni dawkować wodę meduzy z melatoniną i antyhistaminą pyrilamina, dwie substancje, które sprawiają, że ludzie senność. Meduza, zbyt, stał się mniej aktywny w obecności tych substancji, sugerując, że stan snu w najstarszych znanych zwierząt i u ludzi może mieć te same biologiczne korzenie.

„Jeśli jest to coś, co jest zachowane w tym, co obserwujemy w innych bezkręgowców, kręgowców lub ludzi, to co jest wspólnym mianownikiem?” powiedział Bedbrook. „Co one wszystkie mają wspólnego, co może być powodem, że te zwierzęta przechodzą przez ten stan snu?”

Następnym krokiem, powiedział Nath, może być użycie elektrod do śledzenia aktywności neuronów meduzy podczas stanu przypominającego sen.

„Chcielibyśmy zobaczyć, czy są inne gatunki meduz, które również śpią”, dodał Bedbrook. „Chcielibyśmy również zobaczyć, czy gąbki, następny poziom w dół, śpią, czy nie”. Gąbki w ogóle nie mają systemów nerwowych, choć posiadają niektóre z rudymentarnych genów i białek znalezionych w systemach nerwowych innych zwierząt.

Oryginalny artykuł na Live Science.