Вчені вивели в лабораторних умовах дві популяції мух, природна тривалість сну у яких відрізнялася майже на 15 годин. Секвенування ДНК мало сплячих мух і «засонь» показало, що на тривалість сну впливають поліморфізми в генах з декількох базових сигнальних шляхів, які визначають безліч процесів в організмі. Саме тому феномен сну неможливо пояснити якоюсь однією причиною, резюмують автори у своїй статті, опублікованій в журналі.
Сон є однією з головних невирішених загадок у фізіології. У глобальному сенсі потреба у сні намагаються пояснити необхідністю економії ресурсів. Ймовірно, під час сну організм позбавляється від відходів метаболізму. Уві сні змінюється пластичність мозку і відбувається консолідація (збереження) спогадів.
Процеси, що нагадують сон, є у більшості живих істот, але його тривалість різна у різних видів, і навіть може змінюватися у одного і того ж виду в процесі життєдіяльності. Наприклад, діти сплять набагато довше, ніж дорослі, тому вважається, що сон необхідний для нормального розвитку організму. Людина, порівняно з іншими приматами, відрізняється коротким сном - наші далекі родичі сплять по 14-17 годин на добу, в той час як середньостатистичній людині достатньо семи годин.
Природні варіації тривалості сну змусили вчених припустити, що вона визначається генетичними факторами. На моделі мух-дрозофіл, які теж сплять, дослідники ідентифікували кілька мутацій, які призводили до значного скорочення тривалості сну. Наприклад, серед білків, мутації в яких знизили тривалість сну біля дрозофіл, виявилися калієвий канал, відповідальний за поляризацію мембрани нейронів, і нікотиновий рецептор. У згаданих роботах мутантні мухи відрізнялися меншою тривалістю життя, тому урізаний сон, ймовірно, став симптомом порушення будь-яких базових фізіологічних процесів.
Щоб вивчати вплив генетичних факторів на більш природній моделі, Сьюзан Харбісон (Susan Harbison) з підрозділу Національного інституту здоров'я США з колегами провели серед мух штучний відбір на тривалість сну протягом 13 поколінь. В результаті вченим вдалося вивести дві популяції, які разюче відрізнялися з природної потреби в сні. Мало сплячі мухи в середньому витрачали 3,3 години на добу на сон, а довго сплячі - 17,8 годин.
Секвенування ДНК мух із семи поколінь виявило тисячі генетичних варіацій, але дослідникам вдалося виділити серед них 126 основних, які відносилися до 80 кандидатних генів. У роботі вчені не поділяли поліморфізми, характерні для довгого або короткого сну, а просто зосередилися на пошуку генів, які були порушені в обох випадках. Тим не менш, дослідники відзначили загальну тенденцію для багатьох знайдених генетичних варіантів: варіанти відбиралися у мух з коротким сном, а ті, хто часто зустрічався, виявлялися характерними для довгого сну.
Багато знайдених поліморфізмів потрапили в ділянки, що кодують компоненти консервативних сигнальних шляхів, наприклад, Wnt-шляху, який залучений в ембріогенез і диференціювання клітин, і MAPK-шляху, який реагує на широкий спектр позаклітинних стимулів, і в числі іншого, регулює циркадні ритми у мух і ссавців. Крім того, до списку потрапили поліморфізми в генах рецепторів і переносників нейромедіаторів.
Таким чином, на тривалість сну вплинула велика сукупність різноманітних процесів в організмі. Таке складне генетичне «кодування» говорить про те, що значення сну для тварин не обмежується якоюсь однією функцією. Навпаки, сон є базовою потребою, яка еволюціонувала разом з іншими ключовими особливостями тварин.
Жодних очевидних змін у фенотипі мух, окрім тривалості сну, дослідники не виявили. Кількість сну не вплинула на тривалість життя мух. Проте, коли після завершення основного експерименту мало сплячим мухам дозволили вільно розмножуватися протягом 47 поколінь без тиску відбору, тривалість сну у них збільшилася. Ймовірно, такий короткий сон в природі складно підтримувати, тому без жорсткого відбору ця особливість в популяції не зберігається.
У людей нормальна тривалість сну лежить між шістьма і десятьма годинами. При цьому скорочення сну нижче індивідуальної норми загрожує негативними наслідками для здоров'я, в тому числі ожирінням, депресією і серцево-судинними захворюваннями. Ми розповідали, що одна безсонна ніч несе стільки ж шкоди для здоров'я, як півроку неправильного харчування. Довгий сон, навпаки, не призводить до будь-яких порушень, головне, щоб людина після нього відчувала себе відпочилою.