Сон у животных. Холоднокровные.

Холоднокровные животные состоят из классов земноводных, пресмыкающихся и рыб. Это достаточно высоко организованные животные, имеющие, как и теплокровные, довольно хорошо развитый мозг. Однако, если у теплокровных можно выделить три состояния сознания (бодрствование, медленный и быстрый сон), то у холоднокровных – только два (период активности и покоя).

По одной из гипотез, быстрый сон теплокровных – это эволюционно видоизмененное «примитивное»  бодрствование холоднокровных, запускающееся из эволюционно древних структур мозга. Именно поэтому у теплокровных в фазу быстрого сна исчезает функция терморегуляции (Jouvet, 2000; Rial et al., 2010; Ковальзон, 2012).

Иными словами, медленный сон и бодрствование теплокровных появились одновременно как качественно новая ступень эволюции, а примитивное бодрствование холоднокровных внедрилось в структуру медленного сна в виде эпизодов быстрого сна.

Итак, спят ли холоднокровные животные? Ведь они не имеют коры головного мозга, а рыбы не имеют век и если спят, то делают это с открытыми глазами.

У рептилий есть хорошо развитый мозг. Однако, характер ЭЭГ слишком сильно отличается от ЭЭГ мозга теплокровных животных. Тем не менее, все пресмыкающиеся спят. Это доказывают опыты по лишению сна, а также наблюдение за «поведенческим сном»: наличие периодов покоя и его повторяемость в 24 часовом цикле, типичная поза сна и высокий порог пробуждения. Этот подход применим и к другим холоднокровным животным.

Так, выяснилось, что лягушка имеет три сноподобных состояния: в первом в дневное время она внезапно цепенеет, как будто впадает в транс, очень похоже на каталепсию у человека; во втором принимают характерную позу (лапки поджаты к брюшку, а голова на поверхности воды), при прикосновении сильнее сжимается в комочек; и в третьем, очень похожем на наш медленный сон, все мышцы расслаблены, но такого сна у лягушек крайне мало.

sleeping frog

Кстати, такая каталепсия встречается также и у птиц, и у млекопитающих. Это как бы реакция оцепенения при угрозе жизни – животные притворяются мертвыми. Даже человек при испуге часто «столбенеет» или «цепенеет» от страха. Отличие каталепсии рыб и земноводных в том, что это не реакция на страх или врага, а естественный процесс.

Существует гипотеза, согласно которой дневной покой (оцепенение) и ночной покой – это реакция на максимальный уровень освещения днем и минимальный ночью. «Оцепенение – защитная реакция на свет» (Вейн, 1991). В девонский период первые амфибии, выбравшиеся на сушу, подвергались сильному воздействию света, и, как форма приспособления, такое оцепенение закрепилось генетически. В поддержку этой гипотезы говорит то, что рыбы меньше подвержены каталепсии, чем амфибии.

У некоторых костных рыб (линь) также были обнаружены три формы активности: двигательная активность (бодрствование), полный отдых (когда рыба лежит на дне неподвижно), и промежуточное состояние, когда рыба изредка двигает хвостом. Некоторые рыбы во время сна лежат на дне, другие дрейфуют в толще воды, третьи прячутся или зарываются в песок.

А вот рыбы-попугаи, например, готовясь ко сну, выделяют желеподобное вещество, в которое укутываются, как в одеяло. Не зря одной из лабораторных моделей по исследованию сна стала аквариумная рыбка данио-рерио (Danio rerio). Хотя надо сказать, что многие виды костных рыб во время миграций или когда идут на нерест проявляют круглосуточную активность и не показывают признаков сна. Этот вопрос еще остается открытым.

fish sleep

Рис.3. Danio rerio и график ее локомоторной активности. Источник: Chiu C.N., Prober D.A., Front. Neural. Circuits, 2013

Одна из важнейших функций сна – это переработка зрительной информации и сохранение ее в памяти. Для этого мозгу необходимо «выключить» приток сенсорной, в том числе зрительной информации, то есть войти в состояние сна. Однако у пелагических рыб (обитающих в толще океана) не так много зрительных стимулов, которые нужно обработать мозгу. Соответственно приток сенсорной информации в мозг и так очень низкий, что вероятно позволяет мозгу таких рыб обрабатывать информацию и формировать память без привлечения механизмов сна. Возможно также, что пелагические рыбы все же спят, не прекращая движения.

Некоторые костные рыбы (тунцы, макрель) постоянно находятся в движении, бороздя просторы океанов. Им жизненно необходимо пропускать сквозь жабры достаточное количество свежей воды для насыщения крови кислородом. Долгое время считалось, что, подобно тунцам и макрели, никогда не спят и акулы (хрящевые рыбы). Акулы тоже должны все время двигаться, чтобы обеспечить приток свежей воды к жабрам (челюстные мышцы не способны самостоятельно прокачивать воду через жабры в отличие от костных рыб).

Однако в последнее время были обнаружены подводные пещеры, в которых собираются для отдыха большое количество акул. Они находятся там практически неподвижно и плохо реагируют на внешние стимулы, например на приближение аквалангистов, хотя глаза их открыты и следят за происходящим вокруг.

sleeping sharks

В этих пещерах сложился определенный микроклимат, вода там менее соленая и насыщена кислородом из-за действия подземных ключей, что позволяет акулам не испытывать кислородный голод. Плюс к этому в таких пещерах существует что-то вроде течения, которое омывает жабры акулы, насыщая кровь кислородом. Вероятно, акулы спят в этих пещерах, хотя со 100% уверенностью утверждать нельзя. С другой стороны, за работы плавательных мышц у акул отвечает не головной, а спинной мозг (по крайней мере у катрана). Поэтому они вполне могут спать в движении. Не исключен и механизм однополушарного сна.

Некоторые акулы (акулы-няньки), а также скаты имеют так называемое брызгальце, при помощи которого происходит нагнетание воды через жабры. Такие акулы могут спать в обычном режиме, просто опускаясь на дно.

В следующем посте будет про сон у беспозвоночных животных.

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Sorry that something went wrong, repeat again!

6комментариев

сначала новые
по рейтингу сначала новые по хронологии
1

страшно подумать, что я на 70% рыба....

2
Андрей Саватеев

И на 99% - шимпанзе. Этот 1% так все меняет...

3
Андрей Саватеев

Спасибо, познавательно!

4

Использование данио в качестве лабораторной модели определяется несколькими факторами. Во-первых, генетическое сходство с человеком составляет 70%, во-вторых, за такими рыбками легче ухаживать и дешевле содержать в условиях лаборатории, в-третьих, рыбки дают много потомства (200-300 особей за одно спаривание, вместо 5-10 у мышей). Кроме того, это удобная модель для генетических исследований из-за довольно высокой скорости смены поколений. Преимуществом является также способность мальков абсорбировать химические вещества из воды, что позволяет без труда провоцировать генетические изменения простым добавлением мутагенов в воду. Плюс к этому они могут выдерживать более высокие дозы мутагенов, чем грызуны. Для исследований сна плюсом является то, что, в отличие от большинства грызунов, данио ведет дневной образ жизни. И последнее, эмбрионы и мальки данио абсолютно прозрачные. Это позволяет совершать генетические манипуляции и фармакологические эксперименты, используя неинвазивные методы визуализации (imaging techniques). В западных лабораториях также действует правило 3R, по которому исследователи должны причинять как можно меньше боли лабораторным животным, как только это возможно. Поэтому в эксперименты предпочитают брать как можно менее развитые в эволюционном отношении организмы. В этом плане данио наряду с мушками дрозофиллами являются оптимальными моделями.

5
Андрей Саватеев

Сергей, спасибо, очень интересно. Скажите - что такого необычного в данио-рерио, что она стала моделью для изучения сна?

6

По непроверенным соображениям, данио являются удобной лабораторной моделью благодаря своей живучести, неприхотливости и небольшому размеру около 2 см. (чем меньше размер, тем больше рыб можно заселить в один аквариум:)