что делают мухи ночью
Спящую муху будит запах любимой пищи
Группы животных, у которых обнаружен сон. Спят и книдарии, у которых вообще нет центральной нервной системы (ЦНС), и все остальные животные с ЦНС. Это означает, что сон был и у их общего предка. Следовательно, эволюция сна насчитывает не менее 600 млн лет. Признаки глубокого и неглубокого сна отмечены не только у хордовых, но и у мух. Однако, в полной мере фазы сна сформировались только у хордовых. Рисунок из статьи R. C. Anafi et al., 2019. Exploring phylogeny to find the function of sleep
Интересное исследование сна представила международная группа нейробиологов. Ученые показали, что чуткость сна у дрозофил следует тем же закономерностям, что и у млекопитающих: она максимальна в конце ночного цикла и заметно понижена в его начале и во время дневного сна. Также оказалось, что мухи реагируют на седативные средства (такие как алкоголь) схожим с млекопитающими образом. Но важнее то, что разбудить муху могут не все стимулы, а только некоторые, — в частности, неприятные для мухи запахи или же, напротив, очень привлекательные. Было установлено, что сила стимуляции может трансформироваться в нервных центрах спящей мухи. Так, голодные мухи быстрее просыпаются при подаче запаха пищи. Это означает, что, как и у млекопитающих, во сне нервные центры мухи не просто тормозят поступающую информацию, но модулируют ее в зависимости от внутреннего состояния организма. В этой модуляции участвуют особые нейроны, регулирующие сигналы от обонятельных рецепторов.
Все многоклеточные животные спят. Чтобы отличить сон от бодрствования (не у всех имеются такие явные указатели на эту часть жизни, как подушка и одеяло), ученые используют несколько критериев: специфическая поза, снижение интенсивности и разнообразия движений, заторможенные реакции на внешние раздражители. Согласно этим критериям, даже гидры и медузы — сравнительно просто устроенные животные с диффузной нервной системой — спят по несколько часов в день (H. J. Kanaya et al., 2020. A sleep-like state in Hydra unravels conserved sleep mechanisms during the evolutionary development of the central nervous system).
Особенно важен последний из указанных критериев — заторможенность реакций на внешние раздражители, — так как он предполагает, что животное на какое-то время становится практически беззащитным. Но все же животные должны воспринимать какие-то стимулы даже во сне. Ясно, что это будут или какие-то сильные раздражители (громкий звук, очень яркий свет и т. д.), или чрезвычайно важные для животного стимулы. Для людей такие стимулы более или менее известны: мы быстро просыпаемся, если нас зовут по имени, — имя является важнейшим стимулом для человека. Также родители быстро просыпаются на плач ребенка — это один из главнейших стимулов для них в первые годы жизни малыша (постепенно значимость этого раздражителя слабеет). Для некоторых других млекопитающих тоже есть кое-какая информация на этот счет. Так, собаки, кошки и крысы просыпаются, если во время сна им подать специальный сигнал, связанный с выработанным положительным пищевым подкреплением или же с отрицательным болевым подкреплением (например, с ударом током).
В отношении остальных животных нет ясности, просыпаются ли они при наличии важных для них стимулов или нет. Если смотреть на суть этого вопроса, то она будет в целом следующей: в состоянии ли мозг спящего животного — будь то муха или слон — анализировать поступающую информацию? Для ответа на этот вопрос практически не было исследований. И вот пионерская работа об этом появилась на страницах журнала Nature. Ее авторы поставили эксперименты на дрозофилах, фиксируя на видео, как спящие мухи, помещенные в прозрачные пластиковые контейнеры, реагируют на различную стимуляцию.
Сами опыты выглядят сравнительно просто: в контейнер к спящей мухе пускали тот или иной запах и смотрели, разбудит он ее или нет. Таким нехитрым образом удалось набрать достаточную статистику. Было проверено 22 запаха — как пищевых, так и не связанных с пищей, как привлекательных, так и не привлекательных для мух. Выяснилось, что неприятные запахи чаще будили муху, чем приятные, а пищевые запахи будили муху вернее, чем не связанные с пищей. С чем связана такая избирательность, пока рано судить.
Затем ученые установили, что у мух, как и у млекопитающих, чуткость сна зависит от времени суток и стадии сна. Самый глубокий сон, когда муху мало что может разбудить, приходится на начало сна в первой половине ночи и на дневной сон. Во вторую половину ночи мухи больше реагируют на стимулы.
Чуткость сна мух при действии стимула — приятного для них запаха 5-процентного уксуса. По вертикальной оси — вероятность пробуждения, по горизонтальной оси — время, привязанное к циркадному ритму (ZT — Zeitgeber time). Самый крепкий сон — дневной (siesta), но запах 5-процентной уксусной кислоты может прервать и его (правда, это наблюдалось менее чем в половине испытаний). Самый некрепкий — в конце биологической ночи: видно, что запах уксуса с очень большой вероятностью разбудит муху. На левом графике показано усреднение за полчаса, на правом — усреднение за три часа с наиболее частыми периодами сна у мух для разных концентраций уксусной кислоты (концентрации 10% и 30% для мух неприятны). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature
Вторая черта сходства сна мух и млекопитающих — действие седативных средств и их способность снижать чуткость сна. Для человека, как хорошо известно, таким средством является алкоголь. Пьяный быстро засыпает и его трудно разбудить, пока он не протрезвеет. Что же касается мух, то пить алкоголь им, конечно, не давали, а вместо этого предоставляли возможность нюхать его пары в течение часа. Этого вполне достаточно, чтобы муха опьянела. В этом состоянии мухи беспорядочно летают, бьются о стенки своего контейнера и быстро засыпают. Как выяснилось, пьяную муху, как и человека, разбудить гораздо труднее, чем трезвую.
Примерно также действует и депривация сна. Если мухе сутки не давать спать, то она потом засыпает крепче обычного и спит дольше — то есть «отсыпается». Здесь тоже усматривается параллель с млекопитающими.
Далее ученые приступили к более важному вопросу: как влияет внутреннее состояние мухи на чуткость сна и реакцию на стимулы. В экспериментах сравнили вероятность пробуждения голодных и накормленных мух при стимуляции запахом слабой уксусной кислоты — привлекательного для них пищевого индикатора. Как выяснилось, запах уксуса скорее разбудит голодную муху, чем накормленную. То же относится, кстати, и к остальным запахам, на которые реагировали спящие мухи.
Сравнение действия стимулов на голодных и накормленных спящих мух. Слева — непищевые стимулы, справа — пищевые (желтые линии соответствуют привлекательным запахам, черные — отталкивающим); пунктиром отмечены не значимые различия. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature
Это означает, что в мозге у мухи (точнее, в ее головных нервных ганглиях) интенсивность стимуляции модулируется ее внутренним состоянием. Иными словами, стимул каким-то образом становится для нее более значимым и потому более «побудительным». Входящий сигнал так или иначе трансформируется в нервных центрах, акцентируя ставшую важной информацию, например, о потребности в пище.
Здесь важно подчеркнуть, что не все запахи становятся более сильным стимулом для пробуждения у голодных мух по сравнению с сытыми, а только некоторые. Поэтому ученые рассудили, что версию о повышении общей запаховой чувствительности у голодных мух можно смело отбросить, а вместо этого нужно сосредоточиться на механизмах модуляции внешнего сигнала.
С помощью инактивации различных нейронов удалось найти те, которые усиливают сигнал от обонятельных рецепторов, поступающий в зону регуляции сна в нервных центрах мухи. Один из этих нейронов (он получил название MB011B), несущий информацию из грибовидных тел, тормозит запаховый сигнал; но если его инактивировать тем или иным способом, то запаховая информация поступит в центр сна и разбудит муху. Следовательно, в модуляции запаховых сигналов принимают участие нейроны, задача которых затормозить действие данный нейрон. Еще один путь модуляции затрагивает сами рецепторы: у голодных мух рецепторы, реагирующие на более концентрированный уксус, неприятный для мух, начинают работать вместе с рецепторами на 5-процентный уксус. Таким образом, пищевой сигнал усиливается.
Авторы работы подчеркивают, что эта модель регуляции сигналов очень проста. Однако учитывая сходство реакций спящих мух и спящих млекопитающих, она может с известными оговорками применяться для изучения базовых свойств сна у всех животных. Напомню, что у мух даже выявлены аналоги фаз быстрого и медленного сна. У мух фаза быстрого сна, которая у млекопитающих сопровождается быстрым движением глаз, выделяется по быстрому вытягиванию и втягиванию хоботка (B. van Alfen et al., 2021. A deep sleep stage in Drosophila with a functional role in waste clearance. Правда, пока не понятны содержательные границы этого сопоставления. Так или иначе, здесь важно, что на мухах можно расшифровать какие-то основополагающие нейронные схемы и их генетику, срабатывающие во время сна. Стоит все же заметить, что сон у мух хоть и имеет некоторое сходство со сном млекопитающих, но отличается от него кардинальным образом: мухи могут не спать всю жизнь без ущерба для ее продолжительности — по крайней мере, в экспериментах (Q. Geissmann et al., 2019. Most sleep does not serve a vital function: Evidence from Drosophila melanogaster). Млекопитающие при депривации сна долго не протянут.
Источник: Alice S. French, Quentin Geissmann, Esteban J. Beckwith & Giorgio F. Gilestro. Sensory processing during sleep in Drosophila melanogaster // Nature. 2021. DOI: 10.1038/s41586-021-03954-w.
Мухи ночью спят
– Если вы не знаете, то позвольте вам донести, что мух на нашей планете имеется около восьмидесяти тысяч разных видов. От комнатной назойливой серой мушки до смертельной африканской мухи Цеце. Привычная комнатная серая цокотуха умеет летать со скоростью пять метров в секунду, при этом успевая сделать двести взмахов крылышками. Ещё она может летать задом наперёд и спать на потолке. Интересно, что она пробует свою еду ногой… ну или лапой… если сомневается в её качестве. У неё, у этой всегдашней спутницы человечества ещё с пещерных времён, в двух несоразмерно огромных глазах четыре тысячи хрусталиков, у нас с вами их всего по два), а, кроме того, ещё и три простых глаза во лбу. А?! Каково?! А то, что мухи ночью спят. Цеце в нашем городе точно знаю что нет, а вот других разных мух полно. Кроме упомянутой комнатной, в горячем и пахучем воздухе нашего южно-бессарабского городка Чадыр летает, махая крыльями двести раз в секунду, множество мух: домашних, базарных, навозных, падальных, туалетных, винных, гнильных, фруктовых, бродильных, мясных, рыбных, помойных, бомжовых, сырных, коровьих, свиных само собой… всяких там овечьих, козловых и… всех не перечислишь.
На базаре в мясной лавке уже лет двадцать рубит мясо Терентий Степанович Муха. (Ещё у нас на «Механзаводе» есть начальник цеха Иван Иваныч Клоп, но речь на этот раз не о нём…). Если вы с Терентием Степановичем в добрых отношениях, то он, нарезая и заворачивая вам мясо, может многое рассказать про мух. А если вы, зайдя в его мясную лавку, начнёте выступать, что у него мухи летают и садятся на мясо, он вам расскажет, какую они приносят пользу человечеству…
Что можно рассказать о Терентии Степановиче, раз он является героем нашего рассказа. Сейчас, в наше капиталистическое время, он владелец магазина, мясомолочной продукции, у него дом, жена и четверо детей. Вполне благополучно сложившаяся жизнь, – если не считать нескольких лет тюрьмы, непонятно и неизвестно за что. Но начиналась она, его жизнь, в советское время.
* * *
Свадьба отошла и стала забываться. Дольше помнилось свадебное путешествие в Крымский санаторий. Ещё и тем, что к концу санаторного заезда у Ани случилась задержка – она поплакала на широкой груди Терентия и стала жить со своей беременностью и лелеять её. Терентий рубил мясо, стоял за прилавком, осваивал профессию под присмотром дяди Ёси, задачей которого было, используя свои связи, обеспечивать лавку мясом. К некоторым связям он подключал и Терентия. Иногда он становился за прилавок, а Терентий уезжал за товаром. У него пошли пока небольшие, но добавочные деньги. Сколько денег припрятано у Чарны Абрамовны никто не знал, кроме её самой. Еська голову давал на отрез, что у неё от мужа осталась куча денег. И на эти деньги можно было бы спокойно уехать в Израиль.
Два Ёськиных сына с жёнами и детьми засобирались туда. Многие уже уехали, но ручеёк ещё не превратился в речку. И всё ещё, подавших заявления в ОВИР, терзали на общих собраниях коллективов за предательство Родины. Кроме того, надо было заплатить огромные деньги за советский диплом, если у кого было высшее образование. Американцы применили против СССР санкции – поправку Джексона с Веником. Отъезжающих провожали на вокзалах и аэропортах с рыданиями, как на тот свет.
– Что им там, в том Израиле, как повидлом намазано.
– Мёдом, дядя Ёся, – поправлял Терентий, посыпая солью дубовую колоду.
– От мёда у меня изжога. Папа, дай денег оплатить диплом, папа, дай справку, что ты нас отпускаешь, принеси справку, что мама не может дать справку, потому что она в психушке. Папа, узнай, папа выясни, папа попроси… Старшему тридцать один, невроку, имеет голову на плечах, главный инженер. Без папы. ни-че-го…
– А вы с ними не поедете. – забеспокоился Терентий.
– Как я могу куда-то поехать, если мне надо раз в неделю ехать в Комрат навещать свою жену, между прочим, их мать. Когда они последний раз были у неё? А младшие внуки её ни разу не видели. И то правда, что она кроме меня никого не признаёт за своего. Пока она жива, куда я могу поехать, и что я там буду делать? У них своих мясников хватает. Вейцман, который вернулся и целовал асфальт на кишинёвском вокзале, почему, как ты думаешь, вернулся?
– Какой Вейцман? Тот мясник, которого показывали по телевизору?
– Хозяин поймал его на обмане и обвешивании покупателей, так его теперь не берут никуда по всему Израилю. Объявили ему бойкот. Будешь тут целовать советский асфальт. Так теперь наших мясников там никуда не берут на работу, у них дурная слава.
– А что же такое с вашей женой?
– Сумасшедшая… раз лежит в психушке.
Вечером, ложась в постель, Терентий рассказывал о событиях дня жене, рассказал и о проблемах дяди Ёси.
– Терёша, ты ничего не знаешь. Мой папа с Ёськой были большие друзья, почти что с самого детства. Папа поехал учиться во Львов на инженера, и через пять лет привёз оттуда жену… маму. Еська работал мясником и уже был женат. Когда он увидел мою маму, он влюбился в неё, и у меня есть подозрение, что у них был тайный роман. Мама даже хотела уехать к родителям во Львов. Не знаю почему, но тогда папа бросил работу на заводе и пошёл мясником к Ёське. Тогда у них роман и прекратился. Когда папа умер, Ёська несколько раз ночевал у мамы. И мне кажется, что даже в день похорон он остался у неё. Но я знаю, что она ему поставила условие, развестись с женой и жениться на ней.
– Ничего себе…– удивлялся Терентий. – Я подумать не мог, что дядя Ёся… и твоя мама… что у них такие страсти.
– Почему нет? Они же не старые…
– Ну, не старые… пожилые.
– Ёська ещё мужчина хоть куда… и моя мама тоже… хоть куда. Они могли бы сойтись и иметь немного счастья в жизни. Но у Ёськи беспокойная совесть… как он может развестись со своей больной женой, да ещё с умалишённой. И мама не хочет отступать от своего слова. Вот если бы его жена умерла…
Они немного полежали рядышком молча, возможно, ворочая в головах эту последнюю Анину фразу, потом Аня положила руку на грудь мужа, пощипала заросли кудряшек вокруг сосков, провела ноготком по животу, потом ещё дальше… дальше, и Терентий, всегда активно реагирующий на остренький ноготок жены, повернулся к ней и обнял сильными руками…
* * *
Через месяц вся еврейская община города провожала две семьи в Израиль.
Дорога для них предстояла дальняя и трудная. Дизелем до Кишинёва, затем поездом до Москвы, а из Москвы самолётом в Тель-Авив. С кучей детей и кучей чемоданов.
– Па-па! – рыдал старший сын на груди у Ёськи уже в московском аэропорту. –
Мы устроимся, пришлём вам с мамой вызов. Может быть, ей станет лучше, чтобы она выдержала дорогу.
– Всё, Миша, всё… – дрожащим голосом уговаривал сына Ёська, – иди на посадку, опоздаешь на трап.
И долго махал рукой отошедшему автобусу с пассажирами.
Через два дня в лавке он рассказывал Терентию, что всё-таки повёз обе семьи в Комрат, попрощаться с матерью и бабушкой. Бабушка осталась равнодушной к сыновьям, их жёнам и своим внукам, но очень переживала, принёс ли Ёська конфет.
– Почему конфет, дядя Ёся, – спрашивал Терентий.
– Эта женщина всегда любила сладкое. Но сейчас это у неё идея фикс. Конфеты! Больше ничего ей не нужно от меня, только конфеты. Колбасу, биточки, котлетки, – ничего ей не надо… конфетки. Не привозите много, ей вредно, говорят врачи. Семь конфет, по одной на каждый день. Конечно, она съедает сразу все. Или у неё отбирают другие больные. Это моё несчастье!
– А чего бы с ней не развестись? А? Дядя Ёся. Освободиться…
– Ой, Терентий, у евреев так не принято. Бросать своих больных. Или детей. Или стариков. Меня осудят… и вся родня, и вся махала, и все бессарабские мясники, и портные, и врачи. Что есть один еврей, в Чадыре, который бросил свою жену в сумасшедшем доме. Что, ты хочешь, чтобы я был как Вейцман? Это моё ярмо.
И он правил свои ножи один об другой, отвернувшись, чтобы Терентий не увидел две слезы на его щеках.
– Вы бы могли соединиться с Чарной Абрамовной… создать семью.
– Это счастье для нас недостижимо, дорогой Терентий. Пусть это счастье достанется вам с Анечкой.
Терентию было до слёз жалко и дядю Ёсю, и Чарну Абрамовну, и тем больше ему становилось их жалко, чем больше он чувствовал своё собственное счастье со своей Анечкой. И счастья этого тоже становилось всё больше, по мере того, как всё увеличивалось и поднималось Анечкино плодоносное чрево. Он уже догадывался, что это и есть любовь, стеснительное и насмешливое слово в его семье, и в его бывшей среде обитания. Теперь, если Анечка спрашивала его «ты меня любишь?», он не стеснялся ответить, что очень любит.
– Мне так жалко мою маму, – говорила она ночью, после жаркой любви с мужем, лёжа в его крепких объятьях и прижимаясь горячим выпуклым брюшком к его волосатому широкому животу. – Она могла бы быть счастлива с Ёськой, как мы с тобой. Ты же счастлив со мной, Терёша?
– Да, Анечка. Я очень счастлив.
– Но у них же всё меньше и меньше остаётся времени на счастье. Эта проклятая сумасшедшая не собирается умирать. Хоть бы какая-нибудь конфета оказалась отравленной. Кому она нужна, эта проклятая сумасшедшая, если от неё даже дети и внуки отказались. Неужели кто-нибудь захочет выяснять, от чего она умерла?
Терентий слушал её, немножко удивлялся её словам, её горячности. Её фантазии об отравленных конфетах умиляли и веселили его.
– А вдруг какой-нибудь врач удивится, как это у неё ничего не болело… ну, кроме головы, конечно… и вдруг она умерла и пена изо рта.
– Почему обязательно пена? Уснула и не проснулась, не захотела больше жить. А врач даже если и подумает, то не захочет связываться. Подумаешь, полоумная тётка умерла. Хлопот меньше и койка освободилась. И Ёська вздохнёт, что избавился от ярма. Он же говорил тебе, что это его ярмо?
– Говорил, говорил… давай спать. Мухи ночью спят.
Но он ещё долго не спал, слушая сонное сопенье Анечки и подрагивание её упругого, как детский резиновый мячик, животика под его рукой. О чём-то думал.
Но мы не знаем о чём… Возможно, о том, что у них в лавке есть отрава от крыс…
Могут ли насекомые спать?
Сон – неотъемлемая часть нашей жизни, критически важная для организма. Мы точно знаем, что человек и животные нуждаются во сне. Но когда взгляд падает на жужжащую на оконном стекле муху, мы уже не столь уверены и часто задаем себе вопрос «Спят насекомые или нет?».
Да, насекомым тоже нужно спать! Основным «виновников» сна у насекомых является наличие у них центральной нервной системы. Конечно, это не означает, что комнатная муха, до этого летавшая по всему дому, вдруг ляжет на бочок и заснет часов на шесть. Её сон будет выглядеть немного иначе: какое-то время насекомое будет просто неподвижно сидеть на столе, стене или даже на потолке. А вы даже не подумаете, что в это время маленькая букашка спит.
Дело в том, что у каждого живого существа сон проходит по-разному: человек, например, может спать лишь лежа, жирафы и слоны спят стоя, а летучие мыши вообще вверх ногами. Кроме того, продолжительность сна у всех живых существ совершенно разная: тот же жираф спит всего 2 часа в день, а летучая мышь – все 20. У насекомых продолжительность сна тоже варьируется – от несколько минут до нескольких часов, при этом та же муха может спать хоть на стене или потолке. Но есть то, что объединяет сон всех живых существ – это замедленная реакция на внешние раздражители.
Если к крупному животному или человеку у ученых есть возможность подключить датчики мозговой активности и определить, когда существо спит, то в случае с насекомыми остается лишь следить за их поведением и реакцией на внешнее воздействие. Именно так две независимые группы ученых из Института Неврологии в Калифорнии и Университета Пенсильвании доказали, что насекомые тоже могут спать.
Эксперимент проводился на плодовых мушках и заключался в том, что в течение ночи один контейнер с насекомыми постоянно трясли, не давая мушкам сидеть на месте. Другой контейнер не подвергался воздействию, и насекомые вели обычный образ жизни. После бессонной ночи ученые наконец то оставили первый контейнер в покое, и мушки внутри сразу же одновременно снизили активность. При этом при потряхивании банки насекомые реагировали не сразу, а с некоторым опозданием – как если бы спящего человека потрясти за плечо, то он проснется не сразу.
Левый контейнер в течение долгого времени подвергался внешнему воздействию — его регулярно встряхивали, не давая мушкам отдыхать.
Данные результаты были получены сразу в двух независимых исследованиях и многократно повторены, чтобы исключить вероятность совпадения. Более того, при детальном изучении специалисты заметили, что продолжительность сна у мушек зависит от возраста: молодые особи спят меньше, чем старые. Ради интереса ученые даже распылили в контейнере кофеин и с удивлением обнаружили, что на плодовых мушек он действует точно так же, как и на людей, заставляя бодрствовать дольше.
А вот так спят пчелы. По утверждению автора видеоролика, эта пчела Anthidium punctatum в течение долго времени оставалась неподвижной (спала), обхватив своими челюстями травинку.
В дальнейшем подобные эксперименты были проведены не только на плодовых мушках, но и на других насекомых (например, пчелах), и все они подтвердили, что насекомые могут спать.
Фотограф Miroslaw Swietek получил эти уникальные снимки насекомых в утренние часы. В это время насекомые покрыты утренней росой, но находятся во сне, поэтому их можно без труда сфотографировать, поднеся объектив фотокамеры максимально близко. Правда, по словам Мирослава, найти их мокрой травы невероятно сложно.
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 Университета Вашингтона 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.
См. также:
William J. Joiner, Amanda Crocker, Benjamin H. White, Amita Sehgal. Sleep in Drosophila is regulated by adult mushroom bodies // Nature, 2006. V. 441, p. 757-760 (8 June 2006) — здесь рассказано, какие биохимические каскадные реакции задействованы в цепочке «цАМФ—длительность сна», а также очерчен плацдарм этих действий — грибовидные тела нервного ганглия у мушки.