Zašto uopće spavamo? "Cijena budnosti" je visoka, kaže DNK studija

Ptice to čine, pčele to rade, čak i obrazovane buhe to rade: Ne, ne zaljubljuju se, spavaju. Međutim, točno zašto sve životinje s živčanim sustavom koje je evoluirala da spavaju bila je dugogodišnja znanstvena tajna. Slumber se svakako dobro osjeća, ali to baš nema smisla - zašto bismo potrošili trećinu naših života?

U studiji objavljenoj u utorak. T Nature Communications, znanstvenici kažu da su shvatili zašto na staničnoj razini.Glavna stanična funkcija spavanja, objašnjavaju oni, je borba protiv oštećenja neuronske DNA koja se nakuplja tijekom budnog vremena. Spavanje omogućuje neuronima obavljanje učinkovitog održavanja DNK koje je neophodno za zdrav život: Znanstvenici već znaju da manje spavanja znači veću ranjivost na tjeskobu, frustraciju i loše zdravlje, ali sada su bliže razumijevanju zašto je to slučaj.

"Pronašli smo uzročnu vezu između sna, dinamike kromosoma, neuronske aktivnosti i oštećenja i popravka DNA s izravnom fiziološkom važnošću za cijeli organizam", navodi se u studiji dr. Sc. Lior Appelbaum. "Spavanje daje mogućnost smanjenja oštećenja DNA koja se nakupila u mozgu tijekom budnosti."

Applebaum i njegov tim ispitali su kako je spavanje povezano s nuklearnim održavanjem tako što su ispitali jedan od najčešće korištenih modelnih organizama za genetske i razvojne studije: zebrice. Ove prozirne zebrice su genetski modificirane tako da kromosomi u njihovim neuronima nose šarene kemijske oznake. Dok su ribe bile budne i spavale, znanstvenici su promatrali kretanje DNA i nuklearnih proteina unutar ribe mikroskopom visoke razlučivosti, što se može vidjeti na videu iznad.

Bili su svjedoci da su kromosomi, kad su budni, bili relativno neaktivni, i slomljena vlakna DNA nakupljena u neuronima. Međutim, kada su ribe zaspale, kromosomi su postali aktivniji, a oštećenja DNA koja su se nakupila počela su se popravljati. Naknadna analiza potvrdila je da je za održavanje nuklearne energije pojedinim neuronima potrebna životinja za spavanje.

Nagomilavanje oštećenja DNA, kaže Appelbaum, je "cijena budnosti". Tijekom budnosti, kromosomi su manje aktivni, ostavljajući ih ranjivim na oštećenje DNA uzrokovano zračenjem, oksidativnim stresom i neuronskom aktivnošću. Spavanje pokreće kromosomsku aktivnost i sinkronizira nuklearno održavanje unutar pojedinih neurona, dopuštajući da se mozak popravi dok se ne koristi u mjeri u kojoj je tijekom dana.

"To je poput rupa na cesti", kaže Applebaum. "Ceste nagomilavaju trošenje i habanje, posebno tijekom dnevnih špica, a najpogodnije i najučinkovitije je popraviti ih noću, kada postoji lagani promet."

Anekdotno, znamo da dobar san može biti restorativan. Sada se čini da je to također kvantitativno obnavljajuće za mozak, što mu omogućuje da prirodno popravi štetu dana.

Sažetak:

Spavanje je neophodno za sve životinje s živčanim sustavom. Ipak, jezgra stanične funkcije spavanja je nepoznata i ne postoji konzervirani molekularni marker za definiranje sna preko filogenije. Vremensko snimanje kromosomskih biljega u pojedinačnim stanicama žive zebrice otkrilo je da spavanje povećava dinamiku kromosoma u pojedinim neuronima, ali ne u dvije druge vrste stanica. Manipulacija spavanja, dinamika kromosoma, neuronska aktivnost i DNA dvocijevni prekidi (DSBs) pokazali su da je dinamika kromosoma niska i da se broj DSB-ova akumulira tijekom budnosti. Zauzvrat, spavanje povećava dinamiku kromosoma, koja je potrebna za smanjenje količine DSB-ova. Ovi rezultati uspostavljaju dinamiku kromosoma kao potencijalni marker za definiranje pojedinačnih stanica za spavanje i predlažu da je restorativna funkcija spavanja nuklearno održavanje.