Мухи устают от общения
|
Группа американских ученых, проведя эксперименты на дрозофилах, показала, что длительность сна плодовой мушки зависит от интенсивности «общения» с собратьями: чем больше социальная группа, тем дольше последующий сон. В то же время у мушек, лишенных зрения и обоняния, продолжительность сна не изменяется, каким бы массовым ни было окружение. В тех же экспериментах удалось обнаружить, что в регуляции длительности сна участвует дофамин. Длительность сна изменяется под действием тех же генов, которые отвечают за формирование долговременной памяти.
Как было установлено исследованиями последнего десятилетия, практически все многоклеточные животные спят. Сон необходим не только человеку и его ближайшим эволюционным родичам-млекопитающим, но и черепахам, ящерицам, рыбам и даже мухам и тараканам (см. Наука во власти сна). Удивительно, что мухи, существа, так непохожие на человека, спят примерно столько же, 7-8 часов ночью и некоторое время короткими промежутками днем. Подобно высшим животным, мухи, укладываясь спать, устраиваются поудобнее, принимая специфическую позу, перестают двигаться и реагировать на внешние раздражители. Помимо этого, последние исследования показали, что у мух и млекопитающих в регуляции сна участвуют многие сходные гены и белки. Это дало основание группе американских ученых из Института нейробиологии в Сан-Диего и Вашингтонского университета в Сент-Луисе выбрать плодовых мушек дрозофил в качестве модельного объекта для изучения регуляции продолжительности сна.
Одним из факторов, влияющих на сон, является активность контактов с себе подобными. Чтобы проверить это предположение, ученые поставили ряд изящных экспериментов. Различное число мушек помещали в колбы, а после этого измеряли, сколько им потребуется спать. Одинокие мушки спали заметно меньше, чем их собратья (чтобы исключить эффекты различного генотипа сравнивались только родные братья и сестры). Правда, различие проявлялось только в длительности дневного сна, ночной сон не изменялся. Если мушку, утомленную общением, пересаживали в одиночную камеру, то вскоре сон ее укорачивался. И напротив, если скучающую одиночку помещали в коллектив, то последующий дневной сон у такой мушки удлинялся. При этом чем больше коллектив (а его размер изменяли от 4 до 100 особей), тем больше потребность в сне. То есть после интенсивного общения мухам требуется отдых. До чего это знакомо нам, людям, устающим от суеты повседневных встреч!
|
В следующей серии опытов исследователи проверили, какой канал связи наиболее эффективно изменяет продолжительность сна — другими словами, какие органы чувств вовлечены в общение в мушином коллективе. Оказалось, что у слепых мушек продолжительность сна после коллективного общения не изменяется. То же и у мушек, так или иначе лишенных обоняния. Зато у глухих мушек продолжительность сна зависит от величины коллектива примерно так же, как и у здоровых мух. Это означает, что зрение и обоняние, по-видимому, играют более важную роль в мушином общении, чем слух.
Какие биохимические механизмы лежат в основе такой изменчивости в длительности сна? Измерения показали, что в регуляции этого процесса участвует дофамин, один из нейромедиаторов мозга. В мозгу мушек-одиночек этого вещества было в три раза меньше, чем у членов большого коллектива. Роль дофамина в регуляции длины сна подтвердил и другой опыт: у мушек-мутантов с постоянно повышенным уровнем дофамина сон не укорачивается при переводе в одиночную камеру.
Известно также, что дофамин участвует в формировании долговременной памяти у различных животных, в том числе у беспозвоночных. Вспомним, например, что долговременную память нобелевский лауреат Эрик Кандель (Кэндел) (Eric R. Kandel) начал изучать на моллюсках (см. Лауреаты Нобелевской премии 2000 года по физиологии и медицине). Дофамин увеличивает количество другого сигнального вещества — циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), тем самым вызывая каскад реакций, приводящих к изменению числа и конфигурации синапсов. Именно это и приводит к надежному запоминанию. Кратковременная память формируется за счет других механизмов и без участия дофамина.
Так вот, выяснилось, что у мушек дрозофил, у которых тренировали долговременную память, тоже удлинялся дневной сон. Кроме того, некоторые гены, участвующие в формировании долговременной памяти у мух, влияют на продолжительность сна. Если мушек, переведенных из коллектива в «одиночку», сон укорачивался, то у мушек, мутантных по генам долговременной памяти, продолжительность сна не изменялась. Такой эффект показали 17 генов из 43, задействованных в долговременном научении. Большинство из этих 17 генов экспрессируются (работают) в грибовидных телах головного ганглия, тех самых, что контролируют интеллектуальные функции у насекомых (о функциях грибовидных тел у стрекоз можно прочитать здесь).
Таким образом, теперь ясно, что общение так же тяжело дается мушкам, как и людям, и требует усиленного отдыха. Из запутанной биохимической подоплеки этой взаимосвязи удалось вытащить конец одной ниточки — дофамин. К этой ниточке привязаны не только сон и социальная активность, но и долговременная память. Потянешь за один узелок — сдвинутся и другие. Понятно, что перед нами только начало исследований этого биохимического клубка, однако здесь ученым безусловно поможет хорошая изученность генома модельного объекта и обилие его мутантных вариантов.
P.S. Лично мне во время чтения этой статьи было любопытно, как же изучают долговременную память у мушек. Не заставлять же их читать наизусть «Бородино», выученное на стадии куколки. Оказалось, ученые нашли хитроумное решение. Долговременная память у самцов мушек формируется, например, в результате удачного или неудачного ухаживания за самками. Отвергнутые самцы (которым экспериментаторы нарочно предлагали поухаживать, к примеру, за уже оплодотворенными самками), надолго запоминают свои сексуальные неудачи и в дальнейшем менее охотно ухаживают даже за готовыми к размножению самками. Именно эту память и использовали специалисты в описанном исследовании.
Источник: Indrani Ganguly-Fitzgerald, Jeff Donlea, Paul J. Shaw. Waking Experience Affects Sleep Need in Drosophila // Science, 2006. V. 313. № 5794. P. 1775–1781.
