Исследования, проведенные группой ученых из Южной Кореи и Японии, показали, что гидры — одна из простейших форм животной жизни, крошечный гидробионт, у которого нет мозга и большей части нервной системы — спят. По крайней мере, гидра периодически переходит в состояние покоя, отвечающее основным критериям сна.
Более века исследования сна были связаны с мозгом. Ученые пытались определить связь сна с памятью и обучением, записывали характерные изменения в мозговых волнах, которые соответствуют разным стадиям сна, и пытались понять, что их вызывает. Множество исследований подтверждают связь человеческого сна с мозгом. Однако ученые стали замечать, что простые организмы с меньшим объемом мозга тоже тратят значительное время на то, что очень похоже на сон. Вывод из этого открытия состоит в том, что первоначальная роль сна могла сильно отличаться от стандартного человеческого представления о нем. Если для сна не нужен мозг, сон может быть гораздо более широким явлением, чем считалось традиционно.
В 1970-х годах Ирен Тоблер, физиолог из Цюрихского университета, начала изучать поведение тараканов. Она задалась вопросом, спят ли беспозвоночные, в частности, насекомые, так же, как млекопитающие. Тоблер выделила набор поведенческих критериев для определения сна без электроэнцефалограммы: спящее животное не двигается; пробудить его труднее, чем просто отдыхающего; оно может принимать позу, отличную от позы в бодрствовании, или искать определенное место для сна. После пробуждения животное ведет себя, скорее, нормально, чем вяло. Тоблер добавила собственный критерий: спящее животное, чей сон был потревожен, позже будет спать дольше или глубже, чем обычно, — явление, которое Тоблер назвала гомеостазом сна. Тоблер пришла к выводу, что тараканы либо спят, либо делают что-то очень похожее.
Исследования Тоблер стали основой для работы Амиты Сегал из Медицинской школы Пенсильванского университета и Пола Шоу из Вашингтонского университета, которые провели параллельные исследования в 1990-х годах. Две группы сосредоточились на плодовых мушках. В январе 2000 года Сегал и ее коллеги опубликовали свою статью, в которой утверждалось, что мухи спят. В марте того же года Шоу и его коллеги опубликовали свою работу, подтверждающую это утверждение. Сегодня более 50 лабораторий используют плодовых мушек для изучения сна, что позволяет предположить, что сон обладает рядом основных свойств, присущих всему царству животных.
В 2008 году Дэвид Райзен, адъюнкт-профессор неврологии в Медицинской школе Университета Пенсильваниии и его коллеги сообщили о состоянии сна у круглого червя Caenorhabditis elegans. У эих животных всего 959 клеток тела, с 302 нейронами, которые, в основном, собраны в несколько кластеров в голове. В отличие от многих других существ, C. elegans спит не каждый день, а засыпает на короткие периоды во время своего развития. Он также спит после стресса, будучи взрослым.
В 2017 году ученые Калифорнийского университета в Беркли смогли доказать наличие сна у медузы Кассиопеи по модели, которой следовала Тоблер, когда она изучала тараканов. Если медузы спят, это говорит о том, что сон, возможно, возник более миллиарда лет назад и может быть фундаментальной функцией почти всех организмов в животном мире, многие из которых не имеют мозга.
Тело и нервная система гидры еще более рудиментарны, чем у медузы Кассиопеи. Тем не менее, как продемонстрировали исследователи из Университета Кюсю в Японии и Ульсанского национального института науки и технологий в Южной Корее, как только гидра входит в состояние покоя, ее будит импульс света, и, среди прочего, она спит дольше после депривации. Сон гидры имеет свои особенности: похоже, что это животное спит не раз в сутки, а раз в 4 часа.
Райзен подозревает, что по крайней мере для некоторых животных сон имеет в первую очередь метаболическую функцию. Во сне осуществляются биохимические реакции, которые не могут произойти в часы бодрствования, когда энергия направлена на сохранение внимания, движение и другие процессы. Например, C. elegans, похоже, использует сон для роста и восстановления тканей. У лишенных сна гидр деление клеток, которое является частью повседневной жизни, приостановлено. Нечто подобное было замечено в мозге недосыпающих крыс и у плодовых мух.
Все эти исследования вызывают вопросы о том, каким был самый первый организм, которому потребовался сон. Если это был общий предок гидр и людей, у него, вероятно, были нейроны и что-то вроде мускулов, которые позволяли ему двигаться — и отсутствие этого движения было характерно для его версии сна, удовлетворяющей его особые потребности. Сон мог помочь поддерживать рудиментарную нервную систему этого животного, его метаболизм или пищеварение.
