Доказательство физиологического сна акул приведёт к лучшему пониманию эволюции сна у позвоночных

В лабораторных экспериментах биологи доказали, что кошачьи акулы, подобные изображенной на фото, сфотографированной в ламинарии у берегов Тасмании, спят в течение дня, чтобы сохранить энергию. Алекс Мастард, Minden Pictures

Акулы получают пользу от краткосрочного дневного сна, и биологи из Австралии и Новой Зеландии думают, что они начали понимать, какую именно. Их эксперименты показывают, что акулы спят, чтобы экономить энергию между приемами пищи. Доказательство может привести к более четкой модели того, как сон развивался у позвоночных животных.

Существует множество свидетельств того, что позвоночные спят днем. И это совсем не открытие, посмотрите на своего кота, так что вполне вероятно, что акулы тоже не прочь вздремнуть. Однако до недавнего времени единственным доказательством были анекдотические сообщения аквалангистов о дремлющих акулах, говорит Майкл Келли, в то время биолог из Университета Ла-Троб. Келли и его коллеги провели последние несколько лет, проверяя эти отчеты в рамках официальных научных работ, пытаясь выяснить, действительно ли акулы спят, и если да, то какую выгоду они получают от этого.

Их последнее исследование сосредоточено на кошачьей акуле (Cephaloscyllium isabellum), длиной около метра, обитающей в прибрежных водах Новой Зеландии. Акула, названная так из-за отметин на ее коже, напоминающих окрас некоторых гладкошерстных кошек, ведет ночной образ жизни. Команда уже продемонстрировала, что хищники в лабораторных аквариумах проявляют периодические поведенческие признаки сна в течение дня: значительно меньше двигаются и медленнее реагируют на слабые электрические разряды в воде. Затем ученые выяснили, имеют ли акулы, которые визуально, казалось дремали, более медленный метаболизм, отличительный признак сна у многих животных.

Поместив семь акул по отдельности в индивидуальные герметичные резервуары, оснащенные датчиками кислорода, ученые отслеживали физическую активность каждой акулы в течение 24 часов, а также регистрировали уровень кислорода в аквариумной воде, чтобы оценить, насколько быстро животное использует газ для подпитки своего метаболизма.

У спящих акул скорость метаболизма ниже

Неудивительно, что акулы быстрее всего усваивали кислород во время активного плавания. Интенсивность потребления кислорода уменьшалась, когда они прекращали плавать, и еще больше снижалась во время поведенческих признаков сна, которые определялись как неподвижность в течение не менее 5 минут. Тело акулы при этом, находилось в почти горизонтальном положении. Результат исследования показал, что в среднем скорость поглощения кислорода, когда акулы казались спящими, составляла одну треть от уровня активной акулы и половину от уровня в относительном бездействии.

Полученные результаты ставят точку в деле о сне акул. Поведенческие факторы сна могут вводить в заблуждение и вызывать сомнения, но физиологические доказательства труднее игнорировать. Более того, исследование также намекает на причину, по которой акулы спят: для экономии энергии во время отдыха.

Рисунки вертикального (1) и горизонтального (2) положения тела, а также открытых (3) и закрытых (4) глаз, использовались для оценки поведенческих данных из видеозаписей.

Келли говорит, что подтверждение энергосбережения было бы важно, потому что акулы являются одной из низших ветвей эволюционного древа позвоночных. Поскольку последние эволюционировали и разделились на группы, включая рептилий, млекопитающих и птиц, вполне вероятно, что особенности и цели сна также эволюционировали и разнообразились. Акулы могли бы послужить моделью того, как выглядел сон у некоторых из самых ранних позвоночных, что привело бы к лучшему пониманию процесса эволюции сна.

Амита Сегал, нейробиолог из Института хронобиологии и сна Пенсильванского университета, убеждена, что акулы спят. Новое исследование помогает закрепить место акул в более широком контексте спящих животных. В настоящее время сон обнаружен у многих организмов, включая беспозвоночных, таких как плодовые мушки, черви, медузы и гидры, — говорит она.

Но Сегал говорит, что нет достаточных доказательств того, что акулы спят исключительно для экономии энергии. Даже у акул, говорит она, сон сложен и может выполнять множество функций.

Не все согласны с этим. Джером Сигел из Исследовательского центра сна Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе утверждает, что все животные, которые спят, делают это в первую очередь для экономии энергии. В последние годы многие исследователи утверждают, что сложные циклы сна млекопитающих, которые включают глубокий и быстрый сон, важны для консолидации памяти и выведения токсинов из мозга. Но Сигел считает, что доказательства существования этих дополнительных функций слабы.

Более глубокое понимание сна акул станет возможным только при изучении мозговой активности хищников, говорит Патрик Макнамара, нейробиолог из медицинской школы Бостонского университета, который считает, что новое исследование остается чрезвычайно ценным для науки о сне. В частности, Макнамара хотел бы знать, отключаются ли акулы полностью или держат какую-то часть своего мозга в состоянии боевой готовности, как это делает большинство морских млекопитающих.

Келли говорит, что его команда проводит такие эксперименты, хотя и признает, что работа будет сложной. Исследование 2019 года с участием рыбок Данио намекает на эти возможности. Используя методы флуоресцентной визуализации для отслеживания мозговой активности, исследователи выявили по крайней мере две различные фазы сна у рыб. Но эти эксперименты были облегчены тем фактом, что рыбы Данио, в отличие от акул, живут в пресной воде. Процедура регистрации мозговой активности у акул довольно специфична, поскольку электричество и соленая вода создают сложные условия для научных экспериментов, — говорит Келли.

Используемая литература и ссылки на исследования

1. Энергосбережение характеризует сон акул Опубликовано в журнале Biology Letters 09 марта 2022 г. DOI: 10.1098/rsbl.2021.0259, Pubmed
2. Нейронные признаки сна у рыбок Данио. Журнал Nature 571, страницы 198–204 (2019) Статья