Wiemy, że śpią nawet chełbie, nicienie czy muszki owocowe. Żeby drzemać, organizm nie musi nawet mieć mózgu. Choć poznaliśmy najdziwniejsze obyczaje senne wielu gatunków, istota zjawiska pozostaje tajemnicą.
Sen towarzyszy nam od momentu, gdy przebywamy w łonie matki. Spędzamy wówczas w ten sposób nawet 95% czasu. Wiemy mniej więcej, co dzieje się nam, dorosłym podczas nocnego odpoczynku i co się stanie, jeśli zostaniemy go pozbawieni. I choć temu zagadnieniu bez wątpienia badacze poświęcili wiele nieprzespanych nocy, ewolucyjna funkcja snu pozostaje jedną z największych zagadek współczesnej biologii. Wciąż nie znamy ostatecznej odpowiedzi na najważniejsze pytania: dlaczego sen w ogóle istnieje oraz czy wszystkie zwierzęta śpią?
Ważniejszy niż pożywienie
Deprywacja snu może doprowadzić do śmierci. Wiemy o tym za sprawą eksperymentów, które dzisiaj uznalibyśmy za wyjątkowo okrutne. Zainicjowała je w XIX w. rosyjska badaczka z Sankt Petersburga, biochemiczka i neronaukowczyni Maria Manasseina, jedna z pierwszych kobiet, które ukończyły medycynę w Imperium Rosyjskim. To ona odkryła, że za fermentację odpowiadają enzymy, które można wyizolować z drożdży, nie jest zaś ona wynikiem działania niematerialnych i niefizycznych zjawisk zwanych siłami witalnymi – jak wcześniej sądzono. Jednak to nie Manasseina, lecz niemiecki chemik Eduard Buchner otrzymał za to odkrycie Nagrodę Nobla w 1907 roku. Świadom eksperymentów Rosjanki, powtórzył wyniki jej badań, opisał je i opublikował, ale nigdzie o niej nie wspomniał…
Manasseina w ramach innego eksperymentu próbie pozbawienia snu poddała szczenięta: 10 psów w wieku od dwóch do czterech miesięcy utrzymywanych w stanie ciągłej aktywności, aż w końcu wszystkie spotkała śmierć. Młodsze szczeniaki umarły szybciej niż starsze.
Wyniki autopsji zwierząt wykazały, że brak snu wpłynął niszczycielsko na ich mózgi. W 1894 r. podczas Międzynarodowego Kongresu Medycznego w Rzymie Manasseina ogłosiła: całkowity brak snu jest dla zwierząt bardziej śmiertelny niż całkowity brak pożywienia. Tym samym stała się pionierką badań nad snem, kładąc podwaliny pod nową gałąź nauk medycznych, czyli somnologię.
Kolejnych istotnych odkryć w tej dziedzinie dostarczyły inne przerażające eksperymenty, które przeprowadził niemal sto lat później – w latach 80. XX w. – ekspert od narkolepsji Allan Rechtschaffen z Uniwersytetu w Chicago. Tym razem wraz z zespołem wybrał do tego celu szczury. W specjalnie zaprojektowanych klatkach przetrzymywali pary zwierząt, które poddawano takim samym czynnikom stresującym, ale tylko jedno z nich miało możliwości zaśnięcia. Szczury kontrolne przespały w czasie eksperymentu 70% tego, ile by mogły, gdyby miały pełną swobodę, a eksperymentalne tylko 9%, co doprowadziło do ich śmierci po około 15 dniach.
Sekcja zwłok zwierząt wprawiła naukowców w konsternację. Okazało się, że pomiędzy szczurami kontrolnymi a tymi, które zmarły z powodu braku snu, nie było wiele różnić. Mało tego – naukowcy nie znaleźli żadnych oznak wskazujących przyczynę śmierci. Co prawda pozbawione snu gryzonie były chude, miały szorstkie i pożółkłe futro oraz powiększone nadnercza, ale to było wszystko. Nie zidentyfikowano żadnej anatomicznej przyczyny śmierci. Naukowcy próbowali ustalić, jaki wpływ na funkcjonowanie mózgu ma sen, ale bez skutku. Nie pomogło to rozwikłać zagadki, jaką jest znaczenie snu dla organizmu.
Drzemki nicieni
Wiemy, że śpią nie tylko kręgowce, lecz także takie zwierzęta jak karaluchy, chełbie, nicienie albo muszki owocowe. O śnie muszek, np. wywilżn karłowatych czy nicieni Caenorhabditis elegans, dwóch ulubionych organizmów modelowych naukowców m.in. ze względu na łatwość hodowli w warunkach laboratoryjnych, wiadomo całkiem sporo. Nicienie wykorzystują krótkie drzemki do wzrostu i naprawy tkanek albo regeneracji po stresie. U muszek owocowych pozbawienie możliwości snu powoduje, że zaczynają umierać po niespełna 10 dniach, a żadna nie jest w stanie przetrwać dłużej niż 20 dni, choć normalnie żyją prawie sześć razy dłużej. Deprywacja snu powoduje zmiany w ich jelitach, które na skutek nieprzespanych nocy stają się pełne reaktywnych form tlenu, czyli tzw. wolnych rodników tlenowych. Zwykle powstają one przy oddychaniu czy w wyniku pracy układu odpornościowego, a z organizmów regularnie usuwają je enzymy antyoksydacyjne. Gdy liczba wolnych rodników tlenowych gwałtowanie wzrasta, stają się niezwykle niebezpieczne dla zdrowia – powodują uszkodzenia DNA, białek oraz lipidów. U ludzi konsekwencje tego stanu rzeczy mogą prowadzić do nadciśnienia, chorób nowotworowych albo cukrzycy. Co ciekawe, jeśli pozbawionym snu muszkom pozwoli się spać normalnie, potrzebują około 15 dni, aby poziom wolnych rodników tlenowych w ich organizmach ponownie zbliżyły się do wyjściowego. Po takim czasie wywilżny są w stanie ponownie wytrzymać pozbawienie snu. Jeśli nastąpi to wcześniej, umierają.
Muszki owocowe i nicienie C. elegans to co prawda dość proste pod względem ewolucyjnym organizmy, ale ze scentralizowanym – podobnie jak u nas – układem nerwowym. A co ze zwierzętami, które mózgu nie mają? Czy one też śpią? Z artykułu opublikowanego w 2020 r. w magazynie „Science Advances” dowiedzieliśmy się, że drzemkom oddają się nawet tak mało skomplikowane organizmy jak stułbie pospolite. A przecież ich komórki nerwowe rozsiane są po całym ciele i nigdzie nie łączą się ze sobą w większej liczbie. Na dodatek zaobserwowano u nich czterogodzinne cykle czuwania i snu, a wystawienie ich na działanie melatoniny, hormonu stosowanego jako środek nasenny, zwiększyło długość i częstotliwość odpoczynku. Inny związek chemiczny, wpływający na układ nerwowy kwas gamma-aminomasłowy (GABA), powodujący uspokojenie, rozluźnienie i uczucie senności, spotykany także u ludzi i wielu innych zwierząt, znacznie zwiększył długość snu u stułbi. Okazało się również, że gdy stułbie nie mogły się zdrzemnąć, wstrzymywały podziały komórkowe w swoim ciele.
Jedno odkrycie szczególnie zaskoczyło badaczy. Związek taki jak dopamina, który u człowieka odpowiada m.in. za czuwanie, spowodował, że stułbie smacznie zasypiały. Wraz ze wzrostem złożoności kolejnych organizmów na naszej planecie w procesie ewolucji niektóre ze związków otrzymywały zatem nową rolę, jak chociażby wspomniana dopamina. Jednak najistotniejsza konkluzja płynąca z tych badań to odkrycie, że sen może być regulowany przez inne tkanki i komórki niż te budujące układ nerwowy. Zatem aby spać, wcale nie potrzeba mózgu. Oznacza to, że sen mógł pojawić się w świecie zwierząt jakiś miliard lat temu. Natomiast jego wpływ daleko wykracza poza układ nerwowy, w którym dawniej poszukiwaliśmy wszystkiego, co może być związane ze snem.
Skutek dnia i nocy
W zrozumieniu ewolucyjnej roli snu nie pomaga nam ogromne zróżnicowanie stanów odpoczynku i snu w królestwie zwierząt, w tym w obrębie samych ssaków. Naukowcy ukuli jednak kilka teorii na temat ewolucji snu. Większość z nich ma charakter fizjologiczny: śpimy, aby oszczędzać energię. Teoria regeneracyjna zakłada natomiast, że sen zapewnia odpoczynek i regenerację organizmu, utrwalanie tego, czego nauczyliśmy się na jawie, pozwala marzyć, wzmacnia odpowiedź immunologiczną i przeprowadza detoksykację mózgu. Z kolei teoria adaptacyjna sugeruje, że sen to sposób na trzymanie nas z dala od niebezpieczeństw, takich jak drapieżniki polujące w ciemnym lesie.
Jedna z najciekawszych hipotez próbująca wyjaśnić, dlaczego zwierzęta śpią, odnosi się do faktu, że od zarania dziejów na Ziemi występują okresy dnia i nocy. W tym czasie w cyklach dobowych drastycznym zmianom ulegają temperatura i natężenie światła, wymuszające na organizmach konieczność szybkiej adaptacji. Utrzymanie organizmu w stanie czuwania i wyposażenie go w cechy dające przewagę w obu tych niszach byłoby niezwykle kosztowne pod względem energetycznym i skomplikowane pod względem ewolucyjnym. Wczesne i całe późniejsze życie na naszej planecie musiało stawić czoła temu dylematowi: jak dostosować się do dnia, a jak do nocy. Ewolucja znalazła sposób na czasowe wymuszenie zmiany zachowania, czyli sen.
Z ewolucyjnego punktu widzenia potrzeba snu nie podlega dyskusji. Wszystkie dotychczas przebadane pod tym kątem zwierzęta – nawet te, które są aktywne z przerwami w dzień i w nocy, mają włączone zegary dobowe i potrzebują jakiejś formy snu. Różnorodność jego wzorców pokazuje, że jakakolwiek jest ostateczna przyczyna snu, niekoniecznie wymaga on jednego przedłużonego (około ośmiogodzinnego) okresu odpoczynku, ale w takiej czy innej formie jest on obecny.
Każdy śpi, jak może
U wielu zwierząt występują okresy spokoju behawioralnego, odpowiadające stanowi przypominającemu sen. Jednak czas jego trwania może być bardzo różny. Ogólna zasada w świecie ssaków jest taka, że większe gatunki śpią krócej niż mniejsze. Zatem nie każde zwierzę potrzebuje tyle samo odpoczynku co człowiek. Są takie, które zadowalają się drzemkami znacznie krótszymi od naszych, inne zaś śpią od nas znacznie dłużej. Do tej pierwszej grupy należą słonie – wystarczy im tylko trzy, cztery godzin snu dziennie, przy czym mogą czuwać nawet do 46 godzin bez żadnych konsekwencji dla ich organizmów. Choć prawdziwymi rekordzistami są kaszaloty, przesypiające w sumie niecałe dwie godziny w ciągu doby, w postaci krótkich drzemek po 10–15 minut. Do najdłużej śpiących należą małe nietoperze, potrafiące odpoczywać nawet do 20 godzin na dobę. Jednak nawet wśród tych latających ssaków długość snu jest bardzo zróżnicowana między gatunkami i są wśród nich takie, których sen trwa „tylko” około 14 godzin na dobę. Okazuje się, że w wypadku gatunku ludzkiego czas snu również jest bardzo zmienny i waha się od mniej niż pięciu godzin do ponad dziesięciu, co zapewne wynika z różnic genetycznych.
Niektóre zwierzęta w czasie snu zachowują się w niezwykły sposób. Przykładem takich stworzeń są żaby szklenicowate z Amazonii, zwane szklanymi ze względu na przezroczystą skórę na spodzie ciała, przez którą można dostrzec ich narządy wewnętrzne takie jak serce, wątrobę i przewód pokarmowy. W czasie snu gromadzą one krew w wątrobie, aby być mniej widocznymi dla drapieżników. Wydry morskie, obecnie zwane kałanami morskimi, czasami śpią na plecach, trzymając towarzysza lub towarzyszkę za łapkę. Najprawdopodobniej robią to po to, aby zapobiec oddalaniu się od siebie na otwartym oceanie lub po prostu dlatego, że to lubią. Kaszaloty w czasie krótkich drzemek śpią w niesamowity sposób, ustawiając ciało w pozycji pionowej z ogonami do dołu. Wyglądają wtedy jak gigantyczne spławiki zanurzone w wodzie. Gdy robią to w grupach, tworzy się w ten sposób wspaniały spektakl przyrody.
Ptaki takie jak albatrosy, fregaty, szlamniki, rycyki, dubelty czy jerzyki, które odbywają trwające niekiedy długie miesiące wędrówki, śpią w locie połową mózgu. Podobnie robią kaczki i gęsi, które drzemią, pływając po wodzie lub w spokojnym miejscu na brzegu, a także wieloryby i delfiny. Natomiast foki śpią na zmrożonej krze lodowej obiema półkulami, pod wodą zaś potrafią drzemać jedną półkulą. Opisane tutaj zjawisko nazywamy snem jednopółkulowym wolnofalowym. W jego trakcie jedna półkula generuje wolne fale, podczas gdy druga stale zachowuje pewien poziom czujności. Pozwala to ssakom morskim pływać, a ptakom latać. Naukowcy odkryli szczątkową formę takiego snu także u ludzi, ale jego rola pozostaje tajemnicą.
Innym intrygującym aspektem snu, odkrytym również u delfinów i wielu gatunków wielorybów, jest to, że w przypadku tych zwierząt faza snu REM, w której występują szybkie ruchy gałek ocznych, jest bardzo krótka albo nie występuje w ogóle. W jej trakcie u tych pływających ssaków następuje utrata napięcia mięśniowego, co mogłoby być niebezpieczne. Pewnie dlatego zwierzęta te zminimalizowały, a niektóre może nawet porzuciły w drodze ewolucji fazę snu REM. Dzięki temu zapewniają sobie stałą zdolność poruszania się, unikania drapieżników, utrzymywania kontaktu z innymi członkami grupy i – co może najważniejsze – mogą przebywać w pobliżu powierzchni wody, by w razie potrzeby szybko zaczerpnąć powietrza.
Dług snu
Z szybko rosnącej liczby badań wiemy, że zanieczyszczenie sztucznym światłem (ALAN; ang. artificial light at night) może wpływać negatywnie na rozmnażanie się wielu organizmów, ich rytmy biologiczne i dzienną aktywność, w tym na sen. Jego oddziaływanie jest jednak bardzo skomplikowane do uchwycenia, interpretacji i prób generalizowania, gdyż nawet na podobne do siebie gatunki potrafi wpływać w odmienny sposób. I tak np. podczas jednego z eksperymentów badacze za pomocą kamer na podczerwień monitorowali zachowanie sikor, modraszek i bogatek w budkach lęgowych, w których zamontowali wcześniej źródło światła w postaci LED. Obserwowali je nocą – najpierw gdy było ono wyłączone, a potem gdy zostało włączone. Stwierdzili, że bez żadnej wątpliwości sen obu sikor został zakłócony i znacznie się skrócił, przy czym w wypadku bogatek efekt ten był znacznie bardziej zauważalny niż u modraszek. Te pierwsze wchodziły do budek na nocleg zdecydowanie później i więcej czasu zajmowało im zasypianie, budziły się natomiast wcześniej i szybciej opuszczały budki o poranku.
Poddane podobnemu eksperymentowi jak opisany powyżej samice bogatek, które spędzały noc w oświetlanej budce, spały o połowę krócej niż zazwyczaj. Taka niewyspana samica jest bardziej narażona na różne niebezpieczeństwa, jak ataki drapieżników, ponieważ unikanie tak sprawnych łowców jak koty czy krogulce wymaga nie lada koncentracji.
Zbyt krótka w stosunku do potrzeb drzemka powoduje powstanie długu snu. I dotyczy on zwłaszcza tych zwierząt, które żyją w oświetlonych miastach.
Mimo braku pełnego zrozumienia ewolucji snu jedno jest pewne – jest on niezwykle ważny. Zatem sen to nie strata czasu, lecz biologiczny imperatyw, z którym nie powinniśmy walczyć, ale oddawać mu się z przyjemnością. Za każdym razem, gdy poczujemy taką potrzebę. No prawie…
Czytaj również:
