Откуда взялись механизмы сна и бодрствования и зачем они нам нужны
Сон интересовал, волновал и пугал человечество с древнейших времен. Тем удивительнее, что полноценная научная методика для исследования этого состояния появилась относительно недавно — всего лишь к середине ХХ века. Только в 1953 году было сделано важнейшее открытие в нейронауках.
Выяснилось, что сон — это не монотонное состояние, как можно было бы подумать. Это две разные фазы, которые чередуются друг с другом в то время, когда мы спим. Они отличаются друг от друга по множеству параметров. И они получили названия «быстрая фаза сна» и «медленная фаза сна».
Быстрая фаза характеризуется в том числе и тем, что наши глаза в это время быстро вращаются под закрытыми веками. Именно поэтому американские ученые чаще всего называют эту фазу REM sleep (англ. — rapid eye movement, быстрое движение глаз). Именно в честь этой фазы сна названа американская рок-группа REM.
Встает вопрос: зачем нам эти две фазы и откуда они взялись? Ответить на него помогла бы ответить эволюционная биология, но, к сожалению, сон — это не часть тела. Его нельзя обнаружить на окаменевших останках. Поэтому ученые занимаются исследованием так называемых архаичных животных, то есть тех, которые эволюционно появились раньше нас с вами и даже раньше млекопитающих. Например, это рептилии.
Но тут перед учеными возникает парадокс: дело в том, что медленный сон — довольно архаичное состояние. Он наблюдается уже у круглых червей и рыбок Danio rerio. А быстрый сон по всем признакам тоже очень древнее состояние. Например, когда мы находимся в фазе быстрого сна, у нас активны архаичные области мозга, а также у нас отключается терморегуляция. Именно поэтому, если с нас в это время стянуть одеяло, мы начнем замерзать. Быстрый сон должен обнаружиться уже, например, у крокодила. Но эксперименты с ним показали, что крокодил спит достаточно монотонно. У него нет периода внутренней активации.
Чтобы разрешить этот парадокс, российский сомнолог Владимир Ковальзон предположил, что быстрый сон, который есть у человека и у млекопитающих, когда-то был не сном, а бодрствованием у рептилий. Таким образом, в ходе эволюции какая-то часть их активности постепенно стала быстрым сном, который есть у нас с вами.
Но остается открытый вопрос: зачем нужны эти две фазы? К сожалению, у ученых нет полноценного ответа на вопрос, зачем нам в принципе нужен сон, но есть множество гипотез. Одна из них принадлежит российскому физиологу Ивану Пигареву. Он считает, что сон нужен человеку, чтобы мозг устраивал себе своеобразную перекличку с внутренними органами. Он проверяет, все ли у них в порядке и не накопилось ли у них за день каких-нибудь поломок. А если эти поломки у них есть, он их чинит. К сожалению, определить, что за сигналы посылает мозг внутренним органам и что за сигналы он от них получает, пока не удается. Поэтому большинство других ученых относятся к гипотезе Ивана Пигарева со скепсисом. Сомнительное место в ней, например, такое: дело в том, что мозг и так управляет внутренними органами и прекрасно делает это днем с помощью периферической нервной системы.
По-другому к ответу на вопрос «Зачем нужен сон?» решил подойти старший научный сотрудник Института эволюционной физиологии и биохимии им. Сеченова Юрий Пастухов. Он обратил внимание на то, что часть белков в нашем организме синтезируется только во время сна. А синтез белков — это очень энергозатратный процесс. Поэтому он и не может происходить днем. Ведь днем нам нужна энергия на другие цели. Но не все так просто и с синтезом белков. Дело в том, что для того, чтобы правильно выполнять свои функции, им нужна не только правильная формула, но и правильная конфигурация (т.е. правильное расположение в пространстве). К сожалению, во время синтеза белков в нашем организме часть из них оказывается свернутой неправильно. Такие белки очень опасны для организма. Они могут привести к серьезным повреждениям мозга. К счастью, у организма есть ответ на эту проблему. Он синтезирует особый класс белков, которые называются «шапероны». Одна из их основных функций — как раз таки укладывать неправильно уложенные белки.
Так вот, согласно теории Юрия Пастухова, во время сна организм занимается выработкой белков и их правильной укладкой. В медленную фазу сна он вырабатывает обычные белки, а в быструю фазу сна — шапероны, которые укладывают то, что было синтезировано заранее.
Таким образом, эти две фазы сменяют друг друга в течение ночи, и, когда мы просыпаемся утром, все белки у нас оказываются правильно уложенными. Мы чувствуем себя бодрыми и готовыми начать новый продуктивный день.