Спят ли рыбы? Да, и они даже могут дремать днем, как люди

Долгое время считалось, что сон у рыб — это лишь периоды неподвижности. Однако недавнее исследование показало, что у популярных аквариумных рыбок данио-рерио (zebrafish) существует сложная архитектура сна с различными фазами, которые сменяют друг друга в течение суток.

Ученым давно известно, что человеческий сон неоднороден: мы проходим через глубокие фазы и фазу быстрого сна (REM), сопровождающуюся движением глаз и высокой активностью мозга. В то же время научное сообщество полагало, что у большинства не млекопитающих сон устроен гораздо проще и ограничивается лишь снижением реакции на внешние раздражители. Новая работа, опубликованная в журнале Nature, опровергает это представление.

Исследователи из Института биологической кибернетики Макса Планка в Тюбингене (Германия) впервые выявили многоступенчатую структуру сна у рыб. С помощью систем видеонаблюдения высокого разрешения они несколько дней подряд отслеживали движения тела и глаз у большой группы рыб. В результате было выделено четыре различных подсостояния сна: три из них сопровождались специфическими движениями глаз (QEM-1, QEM-2, QEM-3), а одно проходило при их полном отсутствии (QNEM).

Оказалось, что эти фазы распределены во времени: фаза QNEM преобладает глубокой ночью, QEM-2 активизируется ближе к рассвету, а стадия QEM-1 проявляется почти исключительно днем. Последнее особенно заинтересовало ученых, так как это состояние по всем признакам напоминает полноценный сон в светлое время суток.

Эксперименты подтвердили, что дневная стадия QEM-1 не является просто пассивным отдыхом. В этот период рыбы гораздо слабее реагируют на визуальные и механические сигналы, а их общая нейронная активность заметно снижается. Более того, если рыб лишали этого дневного отдыха, они позже пытались компенсировать его более длительными и глубокими эпизодами сна — это явление называется гомеостатической регуляцией и характерно для всех высших животных.

Это напоминает дневной сон у людей. Короткий отдых днем помогает мозгу восстановиться и снижает уровень тревожности. Хотя фазу QEM-1 нельзя напрямую назвать «сиестой» или приравнять к фазе быстрого сна у человека, она доказывает, что способность мозга разделять сон на разные стадии возникла в процессе эволюции гораздо раньше, чем считалось прежде.

Примечательно, что эти циклы сохранялись даже в условиях постоянной темноты или постоянного освещения. Это означает, что сон рыб регулируется не только внешним светом, но и внутренними биологическими часами. Аналогичные закономерности были обнаружены и у других родственных видов рыб, что указывает на древнее происхождение таких механизмов.

«Нам очень интересно понять, какую роль играют эти стадии, — отмечают руководители лаборатории Дженнифер Ли и Дрю Робсон. — Сон важен для многих процессов: от закрепления памяти до очистки мозга от токсинов. Прозрачный мозг данио-рерио дает нам уникальную возможность буквально увидеть, как организованы эти процессы во времени». Сейчас ученые продолжают изучать нейронную активность, чтобы окончательно разгадать функции каждой стадии сна.